“固態(tài)電池取代三元鋰電池將是今后的發(fā)展趨勢?！边@種看法近來業(yè)界輿論呼聲較高。
全固態(tài)電池是當(dāng)前學(xué)術(shù)界的研究熱點(diǎn)，也是產(chǎn)業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)，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(shí)際推廣應(yīng)用還需要時(shí)間。
近日，隨著哪吒汽車與清陶達(dá)成全面深度合作，共同推進(jìn)固態(tài)電池的研發(fā)與應(yīng)用。固態(tài)電池的話題再次成為相關(guān)熱點(diǎn)，同時(shí)也預(yù)示著離固態(tài)電池真正的量產(chǎn)應(yīng)用更近了一步。據(jù)悉，合眾旗下第二款量產(chǎn)車哪吒U將首次搭載兩家企業(yè)研發(fā)的固態(tài)電池，計(jì)劃年底前量產(chǎn)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(diǎn)，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(rèn)為是下一代鋰電池的選擇。
謹(jǐn)慎樂觀的固態(tài)電池
固態(tài)電池雖有強(qiáng)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(guān)鍵性問題還需要有突破性進(jìn)展。
如目前固態(tài)電池幾大待解難題有：溫度較低的時(shí)候，內(nèi)阻比較大；材料導(dǎo)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(fù)極成膜技術(shù)還需進(jìn)一步研究等。
有行業(yè)專家認(rèn)為：真正意義上的全固態(tài)電池技術(shù)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(shù)難點(diǎn)，即電解質(zhì)與電極之間形成高電阻界面，還存在技術(shù)不確定性，未來還需要較長時(shí)間的科研攻關(guān)。
好消息是，搭載固態(tài)電池的哪吒U電動車即將小批量產(chǎn)，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?fù)Q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(fù)存在。
三元鋰電池困境
隨著天氣轉(zhuǎn)暖，電動汽車自燃問題再一次觸動了人們的神經(jīng)。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(zhì)+石墨負(fù)極，而固態(tài)電池材料中沒有可燃的液態(tài)有機(jī)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(shè)計(jì)方面，已經(jīng)采取了先進(jìn)的電源管理技術(shù)、冷卻技術(shù)、密封技術(shù)、散熱技術(shù)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(xiǎn)。導(dǎo)致其燃燒的根本原因，是鋰離子電池電解質(zhì)屬于可燃的有機(jī)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(jīng)接近極限，很難再有大的突破。有觀點(diǎn)認(rèn)為：依靠三元鋰電池技術(shù)路線，動力電池能量密度難以突破350Wh/kg。而按照我國相關(guān)產(chǎn)業(yè)規(guī)劃，動力電池的能量密度需要在2025年至2030年達(dá)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(zhì)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(zhì)取代當(dāng)前有機(jī)電解液和隔膜，具有高安全性、高體積能量密度，同時(shí)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(jìn)一步提升質(zhì)量能量密度，在提高安全性的同時(shí)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(yàn)階段，以期在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)并解決問題。不過隨著參與量產(chǎn)企業(yè)的增多，說明固態(tài)電池至少取得了階段性進(jìn)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(shù)正在成為世界范圍內(nèi)的競爭熱點(diǎn)。全球多個(gè)車企和電池廠家發(fā)布了固態(tài)電池相關(guān)的研發(fā)進(jìn)展。
日本經(jīng)濟(jì)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(chǎn)、松下、GS湯淺、東麗、旭化成、三井化學(xué)、三菱化學(xué)等頂級產(chǎn)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(shù)在2030年實(shí)現(xiàn)800公里續(xù)航目標(biāo)。
韓國也不甘落后，目前，三星SDI、LG化學(xué)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(yīng)用于手機(jī)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(lǐng)導(dǎo)人會面討論電池技術(shù)，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(xué)也在研究固態(tài)電池，據(jù)稱技術(shù)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(jī)構(gòu)已研發(fā)出Ah級電池，預(yù)計(jì)不久后量產(chǎn)。
國內(nèi)在進(jìn)行固態(tài)鋰電開發(fā)的企業(yè)包括寧德時(shí)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(shí)代以硫化物電解質(zhì)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(zhì)的界面反應(yīng)問題。清陶能源研發(fā)高固含量的全陶瓷隔膜和無機(jī)固體電解質(zhì)，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(shù)，通過高通量測試技術(shù)確定聚合物固態(tài)電解質(zhì)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(lǐng)域。
技術(shù)創(chuàng)新決定未來
固態(tài)電池實(shí)現(xiàn)了電池結(jié)構(gòu)從電極材料+電解液的固液界面向電極材料+固態(tài)電解質(zhì)的固固界面轉(zhuǎn)化。在固態(tài)電池發(fā)展過程中，固態(tài)電解質(zhì)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(diǎn)，也都在研發(fā)中取得了一定成果。據(jù)悉，大部分科研團(tuán)隊(duì)和企業(yè)目前處于基礎(chǔ)研究到中試放大和小批量量產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
據(jù)介紹，在固態(tài)電池領(lǐng)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(zhì)方面的研究基礎(chǔ)雄厚，正全力應(yīng)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(zhì)，并且已投產(chǎn)固態(tài)電池生產(chǎn)線。研發(fā)方面日本仍處于領(lǐng)先，但產(chǎn)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(zhì)，但誰能率先解決穩(wěn)定性問題，誰就能迅速占領(lǐng)固態(tài)電池的市場。
業(yè)內(nèi)專家普遍認(rèn)為：新能源汽車轉(zhuǎn)向固態(tài)電池只是可能的一個(gè)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(zhuǎn)向固態(tài)電池，還取決于固態(tài)電池本身的技術(shù)進(jìn)步和市場推廣。顯然，目前說固態(tài)電池時(shí)代來臨還為時(shí)尚早，但其希望無疑在逐漸增大。
