中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：日前，有媒體從美國(guó)媒體Motor1獲悉，豐田將推出一款全新電動(dòng)車，配備目前正在研發(fā)的全固態(tài)電池，這款固態(tài)電池可大幅提升全新電動(dòng)車的續(xù)航里程，并且縮短充電時(shí)間。這款新固態(tài)電池電動(dòng)車預(yù)計(jì)將于2022年正式上市。
無(wú)論是出于政策的支持，還是滿足環(huán)保法規(guī)的考慮，抑或是因?yàn)橘Y本的青睞，純電動(dòng)汽車的普及都已成為未來(lái)的必然趨勢(shì)。主流汽車廠商已經(jīng)表態(tài)，2020年之后純電動(dòng)汽車將會(huì)成為主流，燃油汽車則逐漸淡出歷史舞臺(tái)。
當(dāng)然，即便這一切終將成為事實(shí)，但從目前整個(gè)汽車行業(yè)的發(fā)展來(lái)看，純電動(dòng)要成為主流尚需時(shí)日，主要原因無(wú)非幾方面：成本高、充電難、續(xù)航里程和充電時(shí)間局限。所以，目前似乎混合動(dòng)力技術(shù)更適合形勢(shì)。不過(guò)，一直主打混動(dòng)領(lǐng)域的豐田已經(jīng)計(jì)劃進(jìn)軍純電動(dòng)市場(chǎng)，并計(jì)劃要靠一塊“固態(tài)電池”鬧一場(chǎng)革命，那么這塊固態(tài)電池到底有什么魔力呢？今天小編帶大家看看吧！
目前無(wú)論是數(shù)碼電子還是汽車行業(yè)，鋰電池都是最主流的技術(shù)之一，然而鋰電池始終避不開安全問(wèn)題，尤其在汽車領(lǐng)域，鋰電池的散熱問(wèn)題需要嚴(yán)格的熱管理系統(tǒng)加以規(guī)避。其次，目前純電動(dòng)汽車無(wú)法大范圍普及，最主要的一個(gè)原因是鋰電池的能量密度降低，制約了續(xù)航里程的提升，再者即便是大量使用了快充技術(shù)，鋰電池的充電時(shí)間也是有瓶頸的，無(wú)法徹底達(dá)到消費(fèi)者的期許。
比起鋰電池，固態(tài)電池似乎有著不可取代的優(yōu)勢(shì)：
第一，固態(tài)電池里沒有氣體、沒有液體，所有材料都以固態(tài)形式存在，與鋰電池相比穩(wěn)定性與安全性更好；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；
第二，固態(tài)電池的能量密度一般是鋰電池的兩倍，這直接決定了純電動(dòng)汽車的續(xù)航里程，如果說(shuō)目前鋰電池的純電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航瓶頸只在500公里左右，那么采用了固態(tài)電池的純電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航焦慮基本能徹底解決；
第三，固態(tài)電池體積更小、更輕薄，而且可以根據(jù)需求調(diào)整電池的形狀，如此一來(lái)，純電動(dòng)汽車的電池布局可以更靈活，也不會(huì)過(guò)分侵占車內(nèi)空間，車身重量的問(wèn)題隨之得到解決；
固態(tài)電池能量密度更高、安全性更高、不會(huì)在高溫下發(fā)生副反應(yīng)、同時(shí)也不必設(shè)計(jì)像三元鋰電池那么復(fù)雜的熱管理系統(tǒng)，可以節(jié)約成本同時(shí)降低重量。一個(gè)簡(jiǎn)單的對(duì)比：特斯拉-松下生產(chǎn)的85kWh電池組質(zhì)量達(dá)到了900kg，而固態(tài)電池創(chuàng)業(yè)公司Seeo Inc相同容量的電池組重量只有323kg。
固態(tài)電池發(fā)展仍需時(shí)間
這似乎聽起來(lái)很美好，甚至?xí)蔀榧冸妱?dòng)汽車領(lǐng)域的未來(lái)之星。但固態(tài)電池同樣有著繞不開的缺點(diǎn)：
一、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。
二、現(xiàn)階段固態(tài)電池的成本依然高昂，而且生產(chǎn)速度慢，過(guò)去幾年固態(tài)電池受限于容量，更多的只能應(yīng)用在小型電子產(chǎn)品里。
這也是為什么特斯拉和松下要孜孜不倦的搗鼓三元鋰電池，還吸引寧德時(shí)代、比亞迪、LG化學(xué)和三星SDI這些主流動(dòng)力電池玩家紛紛加入三元鋰電池研發(fā)陣列的原因。
總而言之，固態(tài)電池的發(fā)展還處于早期階段，上面的數(shù)據(jù)和特性都帶有實(shí)驗(yàn)性質(zhì)，距離商業(yè)化還有一段路要走。下面這張圖是固態(tài)電池和鋰電池等近十年來(lái)國(guó)內(nèi)專利申請(qǐng)量對(duì)比：
從圖中便可看到，固態(tài)電池與鋰電池之間的差距，雖說(shuō)如此，固態(tài)電池商業(yè)化的攔路虎是成本過(guò)高，隨著資本和技術(shù)研發(fā)的投入不斷加大，成本也會(huì)一路下降至可商業(yè)化的水平。三元鋰電池就是一個(gè)例子，2008年，特斯拉電動(dòng)跑車Roadster搭載的電池組成本高達(dá)1200美元/kWh，到2016年，特斯拉電池組成本已經(jīng)下降至190美元/kWh。
在固態(tài)離子學(xué)中，固態(tài)電池是一種使用固體電極和固體電解液的電池。固態(tài)電池一般功率密度較低，能量密度較高。由于固態(tài)電池的功率重量比較高，所以它是電動(dòng)汽車很理想的電池 。
專家預(yù)測(cè)，2020年固態(tài)電池技術(shù)研發(fā)有望取得突破性進(jìn)展，在成本、能量密度和生產(chǎn)過(guò)程等方面進(jìn)一步趕超鋰離子電池技術(shù)。2030年，鋰離子電池將不再是電動(dòng)汽車電池主流，但其在某些電子原件領(lǐng)域仍有一席之地。
“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)也如此表示。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。
現(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。
當(dāng)然，現(xiàn)今技術(shù)日新月異，發(fā)展迅速，固態(tài)電池可能是未來(lái)電池技術(shù)的發(fā)展方向之一，但也不能說(shuō)固態(tài)電池就是最好的。此外比如燃料電池、超級(jí)電容器、鋁空氣電池、鎂電池等，在理念上都有較大的發(fā)展空間，而最終，要看哪種路線發(fā)展更快、更接地氣，更能在商業(yè)化的規(guī)模和成本方面達(dá)到完美的平衡點(diǎn)。要達(dá)到完美的平衡點(diǎn)，首先，使用的材料必須不能是高成本且稀有的。其次，要在各個(gè)行業(yè)和領(lǐng)域都有實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用的可能。
從理論的提出時(shí)間來(lái)看，固態(tài)電池并不是一個(gè)新的概念，但多年來(lái)，研發(fā)上的進(jìn)展并沒有想象那么快速。韓國(guó)三星的一位技術(shù)人員認(rèn)為，即便最終能做到成本上的降低，電池從實(shí)驗(yàn)室到最終的量產(chǎn)也需要不短的時(shí)間。正如液態(tài)鋰電池，在上世紀(jì)70年代，相關(guān)的理念和實(shí)驗(yàn)認(rèn)證就在齊頭并進(jìn)地推進(jìn)，但真正大規(guī)模的使用，已經(jīng)是20世紀(jì)末了。
