“固態(tài)電池取代三元鋰電池將是今后的發(fā)展趨勢。”這種看法近來業(yè)界輿論呼聲較高。
全固態(tài)電池是當前學術界的研究熱點，也是產業(yè)界關注的焦點，它的安全性比起同電極體系的液態(tài)鋰離子電池有明顯提高，但在電動汽車上實際推廣應用還需要時間。
近日，隨著哪吒汽車與清陶達成全面深度合作，共同推進固態(tài)電池的研發(fā)與應用。固態(tài)電池的話題再次成為相關熱點，同時也預示著離固態(tài)電池真正的量產應用更近了一步。據(jù)悉，合眾旗下第二款量產車哪吒U將首次搭載兩家企業(yè)研發(fā)的固態(tài)電池，計劃年底前量產500臺。
與傳統(tǒng)鋰電池相比，固態(tài)鋰電池具有安全性能高、循環(huán)壽命長、能量密度高、耐受溫度范圍大、可柔性化等優(yōu)點，可解決目前傳統(tǒng)鋰電池面臨的安全性較差和續(xù)航里程短的問題，被認為是下一代鋰電池的選擇。
謹慎樂觀的固態(tài)電池
固態(tài)電池雖有強大的優(yōu)勢，但在發(fā)展過程中，仍然存在待解的問題，有些關鍵性問題還需要有突破性進展。
如目前固態(tài)電池幾大待解難題有：溫度較低的時候，內阻比較大；材料導電率不高，功率密度提升困難；制造大容量單體困難；大規(guī)模制造中的正負極成膜技術還需進一步研究等。
有行業(yè)專家認為：真正意義上的全固態(tài)電池技術現(xiàn)在仍不成熟。其中，固態(tài)電池的固態(tài)界面接觸性是重要的技術難點，即電解質與電極之間形成高電阻界面，還存在技術不確定性，未來還需要較長時間的科研攻關。
好消息是，搭載固態(tài)電池的哪吒U電動車即將小批量產，據(jù)悉，該車的固態(tài)電池能量密度有望超過500Wh/kg，即如果一臺續(xù)航600公里的鋰離子電池電動車把電池換成固態(tài)電池，續(xù)航可以超過2000公里。如果真是這樣，電動汽車的里程焦慮將不復存在。
三元鋰電池困境
隨著天氣轉暖，電動汽車自燃問題再一次觸動了人們的神經。其中，自燃原因大多指向了動力電池。
現(xiàn)階段新能源乘用車大多采用三元鋰電池，其材料體系為三元正極+液態(tài)電解質+石墨負極，而固態(tài)電池材料中沒有可燃的液態(tài)有機溶液，安全系數(shù)相對提高了很多。
據(jù)介紹，三元鋰電池在200℃左右就會分解，并釋放出氧分子，使燃燒更加劇烈。盡管目前動力電池在電池模塊和系統(tǒng)設計方面，已經采取了先進的電源管理技術、冷卻技術、密封技術、散熱技術等，基本滿足了電動汽車對安全性的要求，但依然存在著熱失控、過熱、起火燃燒等危險。導致其燃燒的根本原因，是鋰離子電池電解質屬于可燃的有機溶液。
還有就是電池的能量密度，目前，三元鋰電池單體能量密度已經接近極限，很難再有大的突破。有觀點認為：依靠三元鋰電池技術路線，動力電池能量密度難以突破350Wh/kg。而按照我國相關產業(yè)規(guī)劃，動力電池的能量密度需要在2025年至2030年達到350Wh/kg。顯然，開發(fā)新一代電池已迫在眉睫。
固態(tài)電池好處與前景
固態(tài)電池，是一種使用固體電極材料和固體電解質材料，不含有任何液體的電池。固態(tài)電池采用全新固態(tài)電解質取代當前有機電解液和隔膜，具有高安全性、高體積能量密度，同時與不同新型高比能電極體系（如鋰硫體系、金屬-空氣體系等）具有廣泛適配性，可進一步提升質量能量密度，在提高安全性的同時增加續(xù)駛能力，從而有望成為下一代動力電池的解決方案。
目前，固態(tài)電池的小批量裝車仍屬于試驗階段，以期在實際應用中發(fā)現(xiàn)并解決問題。不過隨著參與量產企業(yè)的增多，說明固態(tài)電池至少取得了階段性進展，未來更加光明。
全球聚焦固態(tài)電池
無疑，固態(tài)電池技術正在成為世界范圍內的競爭熱點。全球多個車企和電池廠家發(fā)布了固態(tài)電池相關的研發(fā)進展。
日本經濟省曾宣布出資16億日元（約合人民幣1億元），聯(lián)合豐田、本田、日產、松下、GS湯淺、東麗、旭化成、三井化學、三菱化學等頂級產業(yè)鏈力量，共同研發(fā)固態(tài)電池，希望以成熟的固態(tài)電池技術在2030年實現(xiàn)800公里續(xù)航目標。
韓國也不甘落后，目前，三星SDI、LG化學等都投入到固態(tài)電池的研發(fā)之中。據(jù)了解，三星的固態(tài)電池可能最初應用于手機上，下一步將開發(fā)車用動力固態(tài)電池。近日，三星與現(xiàn)代領導人會面討論電池技術，引發(fā)了三星為現(xiàn)代提供固態(tài)電池的猜想。此外，LG化學也在研究固態(tài)電池，據(jù)稱技術水平與三星不相上下。
此外，寶馬宣布與SolidPower公司合作研發(fā)固態(tài)鋰電池；博世與GS湯淺電池公司及三菱重工共同建立了新工廠，主攻固態(tài)陽極鋰離子電池；本田與日立造船建立的機構已研發(fā)出Ah級電池，預計不久后量產。
國內在進行固態(tài)鋰電開發(fā)的企業(yè)包括寧德時代、國珈星際、江蘇清陶能源、臺灣輝能、中航鋰電等。其中，寧德時代以硫化物電解質為主要研發(fā)方向，采用正極包覆解決正極材料與固態(tài)電解質的界面反應問題。清陶能源研發(fā)高固含量的全陶瓷隔膜和無機固體電解質，目前已與北汽、哪吒汽車開展合作。國珈星際采用材料基因組技術，通過高通量測試技術確定聚合物固態(tài)電解質的最佳組成。此外，如贛鋒鋰業(yè)、比亞迪、萬向123等也都宣布布局固態(tài)電池領域。
技術創(chuàng)新決定未來
固態(tài)電池實現(xiàn)了電池結構從電極材料+電解液的固液界面向電極材料+固態(tài)電解質的固固界面轉化。在固態(tài)電池發(fā)展過程中，固態(tài)電解質主要有硫化物、氧化物、薄膜以及固態(tài)聚合物等多種方案。每種方案各有優(yōu)缺點，也都在研發(fā)中取得了一定成果。據(jù)悉，大部分科研團隊和企業(yè)目前處于基礎研究到中試放大和小批量量產的關鍵環(huán)節(jié)。
據(jù)介紹，在固態(tài)電池領域，中國最大競爭對手是日本。日本在硫化物類固態(tài)電解質方面的研究基礎雄厚，正全力應用于固態(tài)電池的研發(fā)。中國更著眼于氧化物類固態(tài)電解質，并且已投產固態(tài)電池生產線。研發(fā)方面日本仍處于領先，但產業(yè)化方面中國有望趕超。盡管中、日布局的固態(tài)電池采用不同的電解質，但誰能率先解決穩(wěn)定性問題，誰就能迅速占領固態(tài)電池的市場。
業(yè)內專家普遍認為：新能源汽車轉向固態(tài)電池只是可能的一個方向，目前被視為液態(tài)鋰電池最有可能的替代者。但是否能夠全面轉向固態(tài)電池，還取決于固態(tài)電池本身的技術進步和市場推廣。顯然，目前說固態(tài)電池時代來臨還為時尚早，但其希望無疑在逐漸增大。
