電池技術(shù)再迎顛覆 固態(tài)電池橫空出世

2018年年底，成立于2010年的半固態(tài)鋰電池研發(fā)企業(yè)——美國24M公司對外宣布，該公司已獲得D輪2180萬美元融資，資本方來自高級陶瓷制造商日本京瓷集團和全球貿(mào)易公司伊藤忠商事。

這家公司系從曾經(jīng)的行業(yè)龍頭——美國磷酸鐵鋰電池企業(yè)A123分拆出來，由中國***科學家蔣業(yè)明博士創(chuàng)立。該公司宣稱將從2019年開始建立一個小型產(chǎn)業(yè)化工廠，希望在2020年交付首批產(chǎn)品，為電動汽車開發(fā)價格合理的高能量密度電池。

24M是新一輪全球動力電池產(chǎn)業(yè)競賽的一個縮影。從全球來看，中國、日本、韓國、德國、法國、美國、英國、澳大利亞等國家的諸多汽車企業(yè)和電池企業(yè)紛紛下注固態(tài)電池，希望打造下一個超級明星公司。

那么，為什么固態(tài)電池能受到如此大的追捧?

固態(tài)電池，即使用固體電極和固體電解質(zhì)的電池，而當前市面上最常見的鋰離子電池通常是含有液態(tài)電解質(zhì)的。

和鋰離子電池相比，固態(tài)電池的優(yōu)勢表現(xiàn)在兩個方面：能量密度大和安全性能好。

據(jù)中科院物理所研究員、固態(tài)離子學課題組組長黃學杰介紹，固態(tài)鋰電池采用金屬鋰作為負極，固體無機或高分子材料作為電解質(zhì)，能量密度比采用同類型正極材料的鋰電子電池高20%～30%。

除能量密度外，安全性是固態(tài)電池的更大優(yōu)勢。對此，中國科學院青島生物能源與過程研究所副研究員董衫木表示，目前液態(tài)鋰電池選擇使用的液態(tài)有機電解液易燃易爆，用固態(tài)電解質(zhì)代替液態(tài)電解液，是公認可以提升鋰電池安全性能最為有效的方法之一。

據(jù)清華大學材料學院副教授李亮亮分析，固態(tài)電解質(zhì)不易燃，還不會產(chǎn)生液態(tài)電解液，因此不帶腐蝕性，是解決電池安全性問題的有效方法，也符合未來電池發(fā)展的趨勢。同時，固態(tài)電解質(zhì)較高的機械強度也能有效地抑制電池循環(huán)過程中鋰枝晶的刺穿，使鋰金屬負極的應(yīng)用成為可能。

根據(jù)固態(tài)電池中固態(tài)電解質(zhì)的狀態(tài)，可以將固態(tài)電池分為全固態(tài)和半固態(tài)電池，前者的電解質(zhì)是純固態(tài)，但在電芯中有少量的液態(tài)電解質(zhì)，后者就是一半固態(tài)電解質(zhì)、一半液態(tài)電解質(zhì)，如前述的24M這家公司的產(chǎn)品。

雖然固態(tài)電池具有高安全性、高能量密度、循環(huán)次數(shù)高、相對較輕等特點，但界面阻抗大(電解質(zhì)跟材料界面是固—固狀態(tài)，不利于鋰離子傳輸)、快充難度大(高阻抗、低導電率導致內(nèi)阻大)、成本高等一系列問題尚待解決?！眲虐钯Y本合伙人王榮進如此分析。

中科院青島生物能源與過程研究所研究員崔光磊認為，現(xiàn)在的固態(tài)電池還停留在研發(fā)階段，主要是因為固態(tài)電池存在容量衰減、內(nèi)阻增加、內(nèi)路短、熱失控、日歷等失效行為，降低了電池的能量密度、功率密度、循環(huán)壽命、安全性和可靠性。

從實操的角度來看，清陶新能源材料研究院院長何泓材認為，固態(tài)電池研發(fā)和生產(chǎn)的挑戰(zhàn)主要在于：高離子導電率固態(tài)電解質(zhì)材料的開發(fā)、固體與固體之間的接觸界面高阻抗和穩(wěn)定性、固態(tài)電池特需設(shè)備的開發(fā)等。只有對這些挑戰(zhàn)都找到解決方案，固態(tài)電池才能夠?qū)崿F(xiàn)量產(chǎn)。

不少創(chuàng)業(yè)公司可能僅僅在其中一兩點上有自己的解決方案，最終還是沒能實現(xiàn)固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)化。

在王榮進看來，固態(tài)電池的應(yīng)用演進路徑是：先要在消費電子領(lǐng)域推廣，經(jīng)過充分的驗證后， 再經(jīng)過1～2年整車測試驗證，才能真正在汽車上使用，這一過程至少還需要5～7年。