固態(tài)電池是后鋰電時(shí)代的必經(jīng)之路

傳統(tǒng)液態(tài)鋰電池不會(huì)是動(dòng)力電池的技術(shù)終點(diǎn)、固態(tài)電池是后鋰電時(shí)代的必經(jīng)之路早已是行業(yè)共識(shí)。

我們所期待的動(dòng)力電池技術(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(huì)選擇這樣的一個(gè)話題，也是因網(wǎng)友們的一句話，現(xiàn)在新能源車型采用動(dòng)力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(shì)之處呢？為何現(xiàn)在也沒能實(shí)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(shuí)？

首先我們說固態(tài)電池優(yōu)勢(shì)前先要問問它是誰(shuí)？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(shí)候指的是固態(tài)鋰電池。

我們都知道傳統(tǒng)鋰電池，是由正極、隔膜、負(fù)極，再灌上電解液制造而成，而固態(tài)鋰電池，簡(jiǎn)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(xiàng)參數(shù)都不錯(cuò)，同樣其他車企也在對(duì)固態(tài)電池進(jìn)一步研發(fā)。

■ 固態(tài)電池的優(yōu)勢(shì)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(dòng)車使用的動(dòng)力電池中能量密度最高是特斯拉使用的21700 NCA三元鋰電池，電芯的能量密度高達(dá)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(rèn)為三元鋰電池的能量密度能夠達(dá)到300Wh/kg就到頭了，其最高電池能量密度可達(dá)400Wh/kg。

而固態(tài)電池可提供的能量密度可以達(dá)到傳統(tǒng)鋰電池兩倍左右。同時(shí)電池設(shè)計(jì)自由度增加，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(qiáng)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)能達(dá)到的能量密度也僅為140Wh/kg，體積能量密度達(dá)到230Wh/L。

并且，固態(tài)電池的物理性質(zhì)優(yōu)勢(shì)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(fù)極，從而減輕負(fù)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(dá)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(huì)發(fā)生起火，所以傳統(tǒng)鋰電池面臨的各種安全問題，它在一定程度上可以說是成功的規(guī)避了。

同時(shí)，對(duì)于目前電動(dòng)車普遍存在的充電時(shí)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Model 3為例，實(shí)測(cè)快充時(shí)間為0.65小時(shí)。

但相對(duì)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(diǎn)。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)的鋰電池并無區(qū)別。但是仔細(xì)來看，固態(tài)電池?fù)碛械闹T多優(yōu)點(diǎn)，在一定程度上解決了目前三元鋰電池、磷酸鐵鋰這些主流電池的一些技術(shù)瓶頸，同時(shí)為下一代鋰電技術(shù)提供了強(qiáng)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”一樣存在，同樣它存在一些技術(shù)性的難點(diǎn)，也讓它在這么長(zhǎng)時(shí)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)電池還需要解決三個(gè)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(dòng)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(fù)極之間搭建傳輸通道以實(shí)現(xiàn)電池內(nèi)部電流的導(dǎo)通，決定鋰離子運(yùn)輸順暢情況的指標(biāo)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(yuǎn)低于液態(tài)電解質(zhì)，而兩者的最大區(qū)別就是一個(gè)液體導(dǎo)電另一個(gè)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(fù)極相互運(yùn)輸?shù)耐〞承浴?/p>

第二點(diǎn)便是固態(tài)電解質(zhì)與正負(fù)極之間是以固體對(duì)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作用，并且在一定程度上增加電導(dǎo)率。

第三點(diǎn)便是成本問題。因?yàn)楣虘B(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(diǎn)，因?yàn)殡妱?dòng)汽車不是頂級(jí)超跑，是要成為未來主流的一種車型。

■ 邦點(diǎn)評(píng)：

目前固態(tài)電池并沒有實(shí)現(xiàn)大面積的生產(chǎn)以及應(yīng)用，一切都只是最初的試驗(yàn)階段，沒有實(shí)行大規(guī)模的商業(yè)化。

固態(tài)電池可以說它的優(yōu)點(diǎn)一籮筐，但最大短板價(jià)格以及本質(zhì)的技術(shù)難點(diǎn)尚未得到解決，但是對(duì)于這個(gè)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(shí)代、國(guó)軒高科、蜂巢等鋰電企業(yè)在參與固態(tài)電池的研究，其打破難點(diǎn)也只是時(shí)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(guó)內(nèi)的話表現(xiàn)最為猛烈的便是國(guó)軒高科，將在2022年開始進(jìn)行固態(tài)電池技術(shù)的迭代升級(jí)，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(duì)此我們也拭目以待。
責(zé)編AJX