鉅大LARGE | 點擊量：839次 | 2021年05月12日
固態(tài)電池離我們還有多遠？
傳統(tǒng)液態(tài)鋰離子電池不會是動力鋰離子電池的技術(shù)終點、固態(tài)電池是后鋰電時代的必經(jīng)之路早已是行業(yè)共識。我們所期待的動力鋰離子電池技術(shù)革命，似乎馬上就要來了。不過，最“靠譜的”固態(tài)電池，但它依舊充滿了技術(shù)挑戰(zhàn)。
之所以今天會選擇這樣的一個話題，也是因網(wǎng)友們的一句話，現(xiàn)在新能源車型采用動力鋰離子電池為何始終徹底解決不了安全性以及電池老化、壽命短等問題。那一直傳的神乎其神的固態(tài)電池到底有何優(yōu)勢之處呢？為何現(xiàn)在也沒能實現(xiàn)？本著為網(wǎng)友答疑也是自己重新回爐學(xué)習(xí)下，聊一聊相比傳統(tǒng)液態(tài)鋰離子電池更好的固態(tài)電池為何遲遲沒能落地呢？
固態(tài)電池它是誰？
首先我們說固態(tài)電池優(yōu)勢前先要問問它是誰？所謂的固態(tài)電池從字面上便可很好的理解，固態(tài)電池，將液態(tài)的電解液變?yōu)楣虘B(tài)，其固態(tài)電池大多數(shù)時候指的是固態(tài)鋰離子電池。我們都了解傳統(tǒng)鋰離子電池，是由正極、隔膜、負極，再灌上電解液制造而成，而固態(tài)鋰離子電池，簡單來說就是電池里面沒有氣體、液體，所有材料都以固態(tài)形式存在，用固態(tài)電解質(zhì)代替隔膜和電解液。
目前來說，主流的固態(tài)電解質(zhì)分為聚合物、氧化物、硫化物。而近日豐田汽車公開表示將于2021年正式亮相固態(tài)電池及相關(guān)技術(shù)。而豐田汽車所走的技術(shù)路線則是采用硫化物作為固態(tài)電解質(zhì)?？梢哉f這種固態(tài)電解質(zhì)各項參數(shù)都不錯，同樣其他車企也在對固態(tài)電池進一步研發(fā)。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
固態(tài)電池的優(yōu)勢在哪里？
首先，固態(tài)電池一定程度上解決了電池的續(xù)航能力，目前量產(chǎn)電動汽車使用的動力鋰離子電池中能量密度最高是特斯拉使用的21700NCA三元鋰離子電池，電芯的能量密度高達260Wh/kg，它的鎳鈷鋁比例為8:1.5:0.5，屬于"高鎳電池"。而業(yè)內(nèi)普遍認為三元鋰離子電池的能量密度能夠達到300Wh/kg就到頭了，其最高電池能量密度可達400Wh/kg。而固態(tài)電池可供應(yīng)的能量密度可以達到傳統(tǒng)鋰離子電池兩倍左右。同時電池設(shè)計自由度新增，相同容量下電池變得更加輕巧，畢竟電池的續(xù)航能力就是新能源車的命。
反觀，現(xiàn)在新能源車型采用的三元鋰離子電池以及目前比亞迪帶來的磷酸鐵鋰刀片電池，前者擁有更強的能量密度，但其安全性以及壽命都要比刀片電池低一些。不過，刀片電池目前量產(chǎn)量達到的能量密度也僅為140Wh/kg，體積能量密度達到230Wh/L。
并且，固態(tài)電池的物理性質(zhì)優(yōu)勢也是十分明顯。首先便是重量問題，可以直接使用金屬鋰做負極，從而減輕負極材料的用料。并且在封裝、冷卻系統(tǒng)、縮小空間等方式均能減少電池重量，而且固態(tài)電池在理想狀態(tài)下，充電循環(huán)次數(shù)可達45000次左右。
值得注意的是，固態(tài)電池采用的固態(tài)電解質(zhì)，具有不可燃、不揮發(fā)、不腐蝕也不存在漏液的問題，在高溫下固態(tài)電池也不會發(fā)生起火，所以傳統(tǒng)鋰離子電池面對的各種安全問題，它在一定程度上可以說是成功的規(guī)避了。
同時，有關(guān)目前電動汽車普遍存在的充電時間以及充電效率，固態(tài)電池似乎同樣能夠解決，目前搭載三元鋰離子電池的首要代表車型特斯拉，可以說充電速度是比較快的，按照Model3為例，實測快充時間為0.65小時。但相對固態(tài)電池充電僅需十分鐘左右就可比肩目前市面多數(shù)充至80%電量的車型，而這也是新能源車型重要的轉(zhuǎn)折點。不過目前能夠?qū)崿F(xiàn)快速充電業(yè)界還是有疑問。
綜合來看，可以確定的是，雖然在工作原理上固態(tài)電池與傳統(tǒng)的鋰離子電池并無差別。但是仔細來看，固態(tài)電池擁有的諸多優(yōu)點，在一定程度上解決了目前三元鋰離子電池、磷酸鐵鋰這些主流電池的一些技術(shù)瓶頸，同時為下一代鋰電技術(shù)供應(yīng)了強有力的技術(shù)依托。但是，雖然固態(tài)電池在現(xiàn)在車企眼中跟“寶貝兒”相同存在，同樣它存在一些技術(shù)性的難點，也讓它在這么長時間下也沒能成功落地。
固態(tài)電池同樣有“Bug”！
目前，技術(shù)層面上全固態(tài)電池還要解決三個難題：第一便是離子導(dǎo)電率：（電導(dǎo)率是用來描述物質(zhì)中電荷流動難易程度的參數(shù)。電池中，電解質(zhì)的功能在于電池充放電過程中為鋰離子在正負極之間搭建傳輸通道以實現(xiàn)電池內(nèi)部電流的導(dǎo)通，決定鋰離子運輸順暢情況的指標被稱為離子電導(dǎo)率。）
上文也提及了固態(tài)電解質(zhì)的三種分類體系，但綜合而言無論哪一種聚合物體系，其中的離子導(dǎo)電率要遠低于液態(tài)電解質(zhì)，而兩者的最大差別就是一個液體導(dǎo)電另一個是固態(tài)導(dǎo)電，所以鋰離子的通過率是一定程度決定了正負極相互運輸?shù)耐〞承浴?/p>
第二點便是固態(tài)電解質(zhì)與正負極之間是以固體對固體的接觸，接觸面積小，緊密型要差很多。而目前現(xiàn)階段大部分的產(chǎn)品仍需加入液態(tài)電解液用來緩解界面的阻抗用途，并且在一定程度上新增電導(dǎo)率。
第三點便是成本問題。因為固態(tài)電池現(xiàn)在的技術(shù)難度很高，所以生產(chǎn)效率很低，導(dǎo)致成本高居不下，大概是三元鋰離子電池的幾十倍，導(dǎo)致無法大規(guī)模應(yīng)用，也算是固態(tài)電池的一大缺點，因為電動汽車不是優(yōu)秀超跑，是要成為未來主流的一種車型。
點評：
目前固態(tài)電池并沒有實現(xiàn)大面積的生產(chǎn)以及應(yīng)用，一切都只是最初的試驗階段，沒有實行大規(guī)模的商業(yè)化，固態(tài)電池可以說它的優(yōu)點一籮筐，但最大短板價格以及本質(zhì)的技術(shù)難點尚未得到解決，但是有關(guān)這個全新的產(chǎn)品來說，外有豐田汽車、LG化學(xué)、三星SDI，內(nèi)有寧德時代、國軒高科、蜂巢等鋰電公司在參與固態(tài)電池的研究，其打破難點也只是時間的事情。
目前，在車企行列中豐田以及大眾是固態(tài)電池布局靠前的車企；國內(nèi)的話表現(xiàn)最為猛烈的便是國軒高科，將在2022年開始進行固態(tài)電池技術(shù)的迭代升級，生產(chǎn)高安全固態(tài)電池，2025年將生產(chǎn)出能量密度超過400Wh/kg的全固態(tài)電池。對此我們也拭目以待。
