固態(tài)電池必然是下一代動力電池的研發(fā)方向

動力電池是電動汽車最為核心的部件，其性能對于電動汽車的整體性能起著決定性的作用。在電動汽車飛速發(fā)展的時代，性能更為強大的電池無疑是各大車企和電池生產(chǎn)廠商永無止境的研發(fā)對象。

前有國產(chǎn)電動汽車巨頭比亞迪棄用磷酸鐵鋰電池，轉(zhuǎn)投三元鋰電池懷抱，后有沃特瑪技術(shù)路線錯誤，公司分崩離析，這正是由于磷酸鐵鋰電池在性能方面無法跟上電動汽車發(fā)展的步伐。在電動汽車高續(xù)航剛需的推動下，能量密度潛力更高的三元鋰電池取代曾經(jīng)被廣泛采用的磷酸鐵鋰電池成為了電動汽車發(fā)展中的必經(jīng)歷程。

然而技術(shù)的發(fā)展不可能一成不變，隨著電動汽車領(lǐng)域持續(xù)性的擴張，以及日趨成熟，電動汽車對于電池能力密度的需求也在持續(xù)增加。

今年的早些時間，美國菲斯科汽車公司便發(fā)布了一項全新的固態(tài)電池技術(shù)。據(jù)悉，這項技術(shù)的能量密度是常規(guī)鋰離子電池的2．5倍，能夠讓電動汽車的行駛里程數(shù)增加到500英里（約804公里）以上。更為驚人的是，其充電時間僅需1分鐘，甚至比傳統(tǒng)燃油汽車加油的速度還快。

隨后，全球多個車企和電池廠家也發(fā)布了固態(tài)電池相關(guān)的研發(fā)進展。目前，豐田、松下、三星、三菱、寶馬、大眾、現(xiàn)代、戴森等企業(yè)均在加緊布局固態(tài)電池技術(shù)的儲備。至此，有關(guān)固態(tài)電池“碾壓”鋰電池的相關(guān)話題成為了新能源汽車行業(yè)內(nèi)爭論的熱點議題。

近日，中國科學研究院宣布，由其牽頭承擔的納米先導專項“全固態(tài)電池”課題已經(jīng)通過驗收，這一技術(shù)進步將進一步推動國內(nèi)全固態(tài)鋰電池的規(guī)?；褂?。此消息一出，再一次將固態(tài)電池的話題推上“高潮”。

當前鋰離子電池的體系下，依賴高鎳三元正極、硅碳負極和電解液的組合，在未來五年內(nèi)將達到350瓦時／千克的極限，仍將無法滿足于動力電池在安全性、能量密度以及成本方面的要求。

固態(tài)電池擁有兩個十分顯著的優(yōu)勢，一方面由于采用了有機電解液的傳統(tǒng)鋰電池，在過度充電、內(nèi)部短路等異常情況下容易導致電解液發(fā)熱，從而引發(fā)自燃甚至自爆的安全隱患。固態(tài)電池基于固態(tài)材料不可燃、無腐蝕、不揮發(fā)、不漏液等條件，安全系數(shù)較之鋰離子電池有著先天的優(yōu)勢。

二來則是固態(tài)電池在最為關(guān)鍵的能量密度方面，有望徹底解決純電動汽車的里程焦慮。目前體系下的鋰離子電池已經(jīng)接近極限性能，即便是特斯拉NCA 18650電芯下的電池組，能量密度可以達到250瓦時／千克，應用于Model 3的21700電芯能量密度達到300瓦時／千克，支持續(xù)航里程400到500公里，也仍然無法解決續(xù)航里程焦慮。

在現(xiàn)有的技術(shù)路線下，如果三元鋰電池還想進一步提高能量密度，只能繼續(xù)提高鎳材料或者添加CA。但高鎳的熱穩(wěn)定性很差，在提高能力密度的同時，也意味著其穩(wěn)定性的下降，電池內(nèi)部的熱反應會更加劇烈，安全隱患也會從而變成更大的問題。

固態(tài)電池的電解質(zhì)無需隔膜和電解液，并不存在漏液、腐蝕等問題，可以簡化電池外殼及冷卻系統(tǒng)模塊，進一步減輕電池模組的重量，達到節(jié)能的效果。此外，全新的正負極材料配套可以使得電化學窗口達到5V以上，從根本上提高能量密度，有望達到500瓦時／千克。

正是基于安全和能量密度突破性進展雙方面的問題，當前新能源汽車行業(yè)主管部門對于動力電池的性能也提出了更高的要求。根據(jù)《汽車產(chǎn)業(yè)中長期發(fā)展計劃》和《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖》的相關(guān)指引，動力電池系統(tǒng)的能量密度需要在2025年至2030年達到350瓦時／千克以滿足市面上乘用電動汽車的續(xù)航里程要求。

從目前來看，僅憑借鋰電池的技術(shù)研發(fā)，這一目標顯然已經(jīng)無法實現(xiàn)。而為了保證動力電池的高能量密度和安全性，固態(tài)電池的研發(fā)進度給整個新能源汽車行業(yè)帶來了光明。因此，固態(tài)電池被廣泛認為是下一代動力電池正確的技術(shù)研發(fā)方向。

不過固態(tài)電池雖好，但根據(jù)現(xiàn)有的研發(fā)進展來看，也還有兩項技術(shù)難題尚未攻破。一是固態(tài)電解質(zhì)在室溫條件下的離子電導率不高，二是固態(tài)點解質(zhì)與正負極之間界面阻抗比較大。

目前全球各大車企和電池廠商們使用的聚合物、氧化物、硫化物等固態(tài)電解質(zhì)均存在這樣的問題。具體來說，聚合物耐溫性不夠，穩(wěn)定性較差、離子電導性偏低。氧化物抗阻能力比價強，但離子電導性也無法達到要求。硫化物雖然電導性不錯，又由于材料穩(wěn)定性不佳，導致離子傳輸性能欠缺。

往往一種全新研發(fā)的材料從實驗室走向市場應用層面，一般需要十年左右的時間。而固態(tài)電池的正處于研發(fā)階段，想要實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化還需要耐心等待。雖然大家廣泛認為固態(tài)電池具有高安全性、高能量密度的優(yōu)勢，但也只是正向研發(fā)的猜測，只有當其量產(chǎn)產(chǎn)品展現(xiàn)出絕對的優(yōu)勢時，才能真正取代三元鋰電池。

好比目前特斯拉的三元鋰電池技術(shù)已經(jīng)非常成熟，即便固態(tài)電池在短時間內(nèi)量產(chǎn)，其性能也只能達到前者的水平，并不會產(chǎn)生顛覆的意義。也就是說，固然大家一致看好固態(tài)電池，但其從研發(fā)階段到正式成為電池主導產(chǎn)品還有很長的路要走。所以，傳統(tǒng)的液體電解質(zhì)電池至少還有若干年的市場空間，不必擔心很快被淘汰。

綜合來看，安全性高、能力密度潛力大的固態(tài)電池必然是下一代動力電池的研發(fā)方向，但目前確實還沒有量產(chǎn)產(chǎn)品能夠在各方面明顯勝過于傳統(tǒng)鋰離子電池。我們只能寄希望于固態(tài)電池技術(shù)早日成熟，電動汽車的續(xù)航里程再也不會成為通勤焦慮。