中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊:“如果能量密度進(jìn)一步提高，大于500瓦時(shí)/公斤的話，從現(xiàn)在開始就要考慮固態(tài)鋰電池，以及鋰空氣電池、鋰硫電池等新的電化學(xué)體系探索研究”，中國(guó)工程院院士陳立泉在談到電池的未來(lái)發(fā)展時(shí)表示。電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)中長(zhǎng)期發(fā)展需要進(jìn)行技術(shù)儲(chǔ)備，固態(tài)電池有望成為我國(guó)下一代車用動(dòng)力電池的重要技術(shù)路線。
未來(lái)的技術(shù)路線為何會(huì)是固態(tài)電池?
當(dāng)今占據(jù)技術(shù)主流的是鋰離子電池，但是從長(zhǎng)期來(lái)看，固態(tài)電池或許更能滿足人們對(duì)高能量和高安全性的現(xiàn)實(shí)需求。
工作原理上，固態(tài)鋰電池和傳統(tǒng)的鋰電池并無(wú)區(qū)別。傳統(tǒng)的液態(tài)鋰電池被稱為“搖椅式電池”，搖椅的兩端為電池的正負(fù)兩極，中間為液態(tài)電解質(zhì)。鋰離子像一個(gè)運(yùn)動(dòng)員，在搖椅兩端來(lái)回奔跑，鋰離子從正極到負(fù)極再到正極的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，電池的充放電過(guò)程就完成了。而固態(tài)電池只不過(guò)其電解質(zhì)為固態(tài)，具有的密度以及結(jié)構(gòu)可以讓更多帶電離子聚集在一端，傳導(dǎo)更大的電流，進(jìn)而提升電池容量。
固態(tài)電池有很多優(yōu)勢(shì)，發(fā)展前景值得期待。其中，兩個(gè)最明顯的優(yōu)勢(shì)就是能量密度更高，運(yùn)行更安全。使用了全固態(tài)電解質(zhì)后，鋰離子電池可以不必使用嵌鋰的石墨負(fù)極，而是直接使用金屬鋰來(lái)做負(fù)極，這樣可以大大減輕負(fù)極材料的用量，使得整個(gè)電池的能量密度有明顯提高?，F(xiàn)在許多實(shí)驗(yàn)室中，都已經(jīng)可以小規(guī)模批量試制出能量密度為300-400Wh/kg的全固態(tài)電池。固態(tài)電池在大電流下工作不會(huì)因出現(xiàn)鋰枝晶而刺破隔膜導(dǎo)致短路，不會(huì)在高溫下發(fā)生副反應(yīng)，不會(huì)因產(chǎn)生氣體而發(fā)生燃燒，因此，安全性被認(rèn)為是固態(tài)電池發(fā)展的最根本驅(qū)動(dòng)力之一。
然而，固態(tài)電池也有缺點(diǎn)。固態(tài)電解質(zhì)電導(dǎo)率總體偏低導(dǎo)致了其倍率性能整體偏低，內(nèi)阻較大，充電速度慢，且成本總體偏高，現(xiàn)在的固態(tài)電池如果要和普通鋰離子電池在傳統(tǒng)市場(chǎng)上競(jìng)爭(zhēng)，并沒(méi)有太大的優(yōu)勢(shì)。因此，發(fā)揮固態(tài)電池本身高安全性、高溫穩(wěn)定性、可能達(dá)到的柔性等其它多功能特性，與傳統(tǒng)鋰離子電池在差異化的市場(chǎng)中進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)，可能是固態(tài)電池近期內(nèi)比較有希望的市場(chǎng)突破方向。
固態(tài)電池的研發(fā)現(xiàn)狀
在材料方面，中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所、中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所為代表的團(tuán)隊(duì)，已經(jīng)開發(fā)了一系列的氧化物和硫化物的粉體、陶瓷片等，已經(jīng)開始對(duì)社會(huì)提供樣品和供貨。
中科院化學(xué)研究所在雙功能聚合物電解質(zhì)相關(guān)研究中，成功開發(fā)出新型雙功能聚合物電解質(zhì)，并實(shí)現(xiàn)紫外光固化技術(shù)制備，其實(shí)現(xiàn)的高室溫離子電導(dǎo)率和機(jī)械強(qiáng)度，可用于室溫固態(tài)金屬鋰電池。
中科院青島生物能源與過(guò)程研究所在高能量密度固態(tài)電池研究中取得進(jìn)展，針對(duì)固態(tài)電池發(fā)展中固固界面阻抗過(guò)大的瓶頸問(wèn)題，研究成員創(chuàng)造性地提出“原位自形成固態(tài)電解質(zhì)”的解決方案，有效降低界面阻抗和提升電池綜合性能。目前中科院青島能源所已開發(fā)出6Ah大容量三元固態(tài)鋰電池，具有能量密度高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、安全性能佳等優(yōu)勢(shì)。2017年1月15日，該所研發(fā)的固態(tài)鋰電池隨中科院深海所的深潛器出海，啟程遠(yuǎn)赴馬里亞納海溝進(jìn)行全海深示范應(yīng)用，這是我國(guó)首個(gè)自主研發(fā)可應(yīng)用于深潛器的高能量密度、高性能全固態(tài)鋰電池。
此外，由清華大學(xué)南策文院士團(tuán)隊(duì)創(chuàng)建的清陶(昆山)能源發(fā)展有限公司也是國(guó)內(nèi)較早開展全固態(tài)鋰電池技術(shù)研發(fā)的團(tuán)隊(duì)之一。南策文院士表示：“清陶發(fā)展把實(shí)現(xiàn)全固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)化定為2017年的首要任務(wù)，將重點(diǎn)解決材料匹配、裝備升級(jí)、產(chǎn)品一致性等核心問(wèn)題，力爭(zhēng)于2017年9月推出第一批全固態(tài)鋰電池產(chǎn)品?！?
企業(yè)的固態(tài)電池布局
電池中國(guó)網(wǎng)發(fā)現(xiàn)，豐田、松下、三星、三菱以及國(guó)內(nèi)的寧德時(shí)代等電池行業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)都已經(jīng)積極布局固態(tài)電池的儲(chǔ)備研發(fā)。
相對(duì)而言，技術(shù)成熟度較高、技術(shù)沉淀較深的當(dāng)屬法國(guó)的Bolloré、美國(guó)Sakti3和日本豐田。這三家也分別代表了以聚合物、氧化物和硫化物三大固態(tài)電解質(zhì)的典型技術(shù)開發(fā)方向。在歐洲比較出名的Bolloré，采用的是聚合物電解質(zhì)體系，三星采用的則是硫化物電解質(zhì)體系。英國(guó)富豪詹姆斯-戴森(James Dyson) 在2015 年公司收購(gòu)了固態(tài)電池企業(yè) Sakti3 ，2016年8月，戴森表示，將出資 14 億美元興建一座電池工廠。德國(guó)汽車零部件巨頭博世(BOSCH)，2015年收購(gòu)美國(guó)電池公司“Seeo”。博世和Seeo然后與日本著名的GS YUASA(湯淺)電池公司和三菱重工共同建立了新工廠，主攻固態(tài)陽(yáng)極鋰離子電池。
2016年12月17日，寧德時(shí)代研發(fā)經(jīng)理郭永勝在“第七屆全球新能源汽車大會(huì)(GNEV7)”上介紹了公司固態(tài)鋰金屬電池的研發(fā)進(jìn)程，他表示，寧德時(shí)代在做固態(tài)電池之前對(duì)全球做固態(tài)電池的企業(yè)做了調(diào)研，目前該項(xiàng)目還處于早期階段。寧德時(shí)代在研發(fā)過(guò)程中，也在關(guān)注固態(tài)電池的制造問(wèn)題，固態(tài)電池整個(gè)制造工藝跟傳統(tǒng)的鋰離子的制造工藝不同，需要新的設(shè)備，新的工藝，所以寧德時(shí)代也同時(shí)進(jìn)行工藝的研發(fā)。
從整體來(lái)看，固態(tài)電池現(xiàn)在的制備技術(shù)成熟度還有待加強(qiáng)，能形成規(guī)模產(chǎn)能的企業(yè)有限，技術(shù)規(guī)?；瘮U(kuò)產(chǎn)需要克服的困難還有很多，仍處于推廣發(fā)展期。但可以預(yù)期的是，隨著研發(fā)和工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，全固態(tài)電池中的科學(xué)和工藝上的問(wèn)題會(huì)逐漸得到緩解，在未來(lái)幾年，固態(tài)電池產(chǎn)品的市場(chǎng)會(huì)迎來(lái)蓬勃發(fā)展的機(jī)遇。
