中國儲能網(wǎng)訊：近日來，固態(tài)電池成為電池行業(yè)爭論的熱點。源頭是，日前，美國菲斯科汽車公司發(fā)布了一項全新的電池技術——固態(tài)電池，稱能夠讓電動汽車用戶的行駛里程增加到500英里（約804公里）以上，充電時間只需要1分鐘。甚至有觀點稱，固態(tài)電池可以“完秒”鋰電池?？鐕嚻笤诠虘B(tài)電池領域的腳步越來越快，這已不是第一次關于固態(tài)電池研發(fā)成果的新聞了。
固態(tài)電池如今發(fā)展到什么程度？真如外界所說的性能如此優(yōu)越？離商業(yè)化還有多遠？就此，《中國汽車報》記者采訪了相關專家了解到，固態(tài)電池有兩個顯著特點，一是能量密度大約為傳統(tǒng)鋰電池的2.5～3倍；二是更安全，杜絕了電池破裂或高溫等意外帶來的燃燒隱患。但固態(tài)電池也有兩個難點，一是電解質材料本身的問題；二是界面性能的調控與優(yōu)化問題。從目前來看，其商業(yè)化道路還很漫長。
國外固態(tài)電池成果頻現(xiàn)
近日，多個固態(tài)電池新動向吸引了行業(yè)的注意力。據(jù)外媒報道，菲斯科已經(jīng)申請了固態(tài)電池專利，并預計在2023年實現(xiàn)批量生產(chǎn)。菲斯科聲稱，菲斯科的固態(tài)電池采用了三維電極，能量密度是常規(guī)鋰離子電池的2.5倍。
不只菲斯科曝出固態(tài)電池消息，全球多個企業(yè)和機構也發(fā)布了固態(tài)電池最新進展。據(jù)《全球固態(tài)電池市場2017～2021》顯示，目前，豐田、松下、三星、三菱、寶馬、現(xiàn)代、戴森等數(shù)家企業(yè)都在加緊布局固態(tài)電池的儲備研發(fā)。法國Bolloré、美國Sakti3和日本豐田分別代表了聚合物、氧化物和硫化物三大固態(tài)電解質的技術開發(fā)方向。
有報告顯示，法國博洛雷公司已投入2900輛配置了其子公司Batscap生產(chǎn)的30kWh金屬鋰聚合物電池（LMP）的電動車；豐田開發(fā)出全固態(tài)鋰離子電池，能量密度為400Wh/L，豐田研究人員表示，這種電池大約在2020年實現(xiàn)商業(yè)化；松下的最新固態(tài)電池能量密度相對提高了3～4倍；本田與日立造船建立的機構已研發(fā)出Ah級電池，預計三年后量產(chǎn)。
對于研發(fā)方式，有些國外企業(yè)在固態(tài)電池領域單獨研發(fā)，有些則選擇聯(lián)合研發(fā)。比如，大眾汽車在固態(tài)電池的研發(fā)上相對較晚，但準備自己單獨研發(fā)。前不久，豐田宣布與松下合作研發(fā)固態(tài)電池，幾天之后，寶馬宣布與Solid Power公司合作研發(fā)固態(tài)鋰電池。博世與日本著名的GS YUASA（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。
國內加緊研發(fā)固態(tài)電池
在我國，中國科學院（以下簡稱“中科院”）在固態(tài)電池上的布局相對較早，目前5個研發(fā)團隊分別取得了不同的進展。如中科院化學所的郭玉國團隊開發(fā)了聚醚-丙烯酸酯的聚合物固體電解質，耐受氧化電壓為4.5伏；中科院寧波材料所的許曉雄團隊，開發(fā)了氧化物、硫化物固體電解質材料、陶瓷片、全固態(tài)電池，并與贛峰鋰業(yè)合作嘗試產(chǎn)業(yè)化。目前該團隊在國內已率先研發(fā)出容量為0.2Ah～10Ah的系列固態(tài)單體電池，10Ah固態(tài)單體電池能量密度達到260Wh/kg，循環(huán)1000圈容量保持率達88％；中科院青島生物能源所的崔光磊團隊開發(fā)了聚丙烯碳酸酯、纖維素、鋰鑭鋯氧復合的固體電解質，研發(fā)的電池能量密度達到了300Wh/kg，并首次在馬里亞納海溝完成了深海測試；中科院上海硅酸鹽研究所的郭向欣團隊，開發(fā)了聚環(huán)氧乙烷、鋰鑭鋯氧復合的固體電解質，并研制了2Ah級的固態(tài)鋰離子電池；中科院物理研究所提出并驗證了原位固態(tài)化的設想，研制的10Ah軟包電芯能量密度達到310～390Wh/kg，體積能量密度達到了800～890Wh/L，該電池可以在室溫90℃下循環(huán)。
此外，國內著名電池企業(yè)寧德時代也投入到固態(tài)電池的研發(fā)中，目前，寧德時代的聚合物鋰金屬固態(tài)電池循環(huán)達到300周以上，容量保持率達到82％。
商業(yè)化還需克服不少缺點
如今看來，固態(tài)電池發(fā)展如火如荼，長遠來看，又會呈現(xiàn)怎樣的發(fā)展態(tài)勢？一位固態(tài)電池權威專家告訴《中國汽車報》記者，固態(tài)電池的發(fā)展主要遵循兩條路線，一是聚合物路線；二是全無機陶瓷路線，全無機陶瓷路線又可以分成氧化物和硫化物兩個方向。目前，兩種技術路線都有難以克服的缺點，還不能大規(guī)模商業(yè)化運用。
陶瓷路線固態(tài)電池最大的問題是能量密度相對較低，類似于現(xiàn)有電池中的鈦酸鋰電池，比磷酸鐵鋰、三元材料電池的能量都低，但可以大倍率充放電。能量密度相對較低使得陶瓷路線的固態(tài)電池與現(xiàn)有電池相比沒有經(jīng)濟性優(yōu)勢。該專家告訴記者，日本在陶瓷路線固態(tài)電池上已布局10多年，具有領先優(yōu)勢。日本宣傳報道中提出的15分鐘可充滿電完全可信。
聚合物固態(tài)電池的能量密度較高，但充電倍率較小。據(jù)介紹，聚合物固態(tài)電池界面之間的內阻較大，充滿電需要5個多小時。也正是因為能量密度大，快充可能會帶來危險。由于內阻較大，聚合物固態(tài)電池在充電過程中會造成能量損失，這是無法忽視的問題。另外，聚合物固態(tài)電池最致命的問題是充電溫度較高，在常溫下充電倍率較低，這限制了大規(guī)模商業(yè)化應用。不過，目前我國大多數(shù)研究機構和企業(yè)瞄準的是聚合物固態(tài)電池。
從全球固態(tài)電池技術發(fā)展來看，我國并不落后，與國外先進技術不相上下。中科院青島生物能源所研究員崔光磊告訴《中國汽車報》記者，他帶領的團隊研發(fā)的固態(tài)電池成功在馬里亞納海溝進行“青能-1”全深海電源應用示范，使我國成為繼日本之后第二個掌握全海深鋰電源技術的國家。
中科院院士、清華大學教授歐陽明高前不久也專門談到固態(tài)電池的發(fā)展，他說，美國專注于有機-無機復合固態(tài)電解質的大容量固態(tài)鋰電池研發(fā)，以小公司、創(chuàng)業(yè)型公司為主。日本、韓國均采用無機固體電解質的大容量固態(tài)鋰電池研發(fā)，多家公司出臺了量產(chǎn)計劃。中國、日本和韓國的情況相類似，三個國家已經(jīng)有很大的鋰離子電池產(chǎn)業(yè)鏈，不希望推倒重來。
總體來看固態(tài)電池的發(fā)展，電解質可能遵循從液態(tài)、半固態(tài)、固液混合到固態(tài)的路徑發(fā)展，最后到全固態(tài)。在負極方面，從石墨負極過渡到硅碳負極。目前，我國正在從石墨負極向硅碳負極轉型，最后有可能轉向金屬鋰負極，但這條路線還存在技術的不確定性。
