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固態(tài)電池會(huì)取代鋰電池的地位嗎？

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• 電車插座

11月19日，第二屆技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展論壇在昆山召開。在論壇開幕式上，清陶（昆山）能源發(fā)展有限公司邀請(qǐng)參會(huì)嘉賓參觀了國(guó)內(nèi)首條建成投產(chǎn)的固態(tài)池產(chǎn)線。據(jù)悉，這條生產(chǎn)線可日產(chǎn)1萬只固態(tài)電池，電池的能量密度可達(dá)400Wh以上，目前產(chǎn)品將主要投用于特種電源、高端數(shù)碼等領(lǐng)域，并預(yù)計(jì)將在2020年進(jìn)入動(dòng)力電池領(lǐng)域，為車企提供電池。此消息一出，幾乎是業(yè)界轟動(dòng)。

動(dòng)力電池對(duì)于電動(dòng)車來說就如同"心臟"一般，并且價(jià)格也占據(jù)整車的半數(shù)以上，因此，電池技術(shù)對(duì)于新能源行業(yè)的發(fā)展至關(guān)重要，如果無法突破目前水性鋰電池電容量的"瓶頸"，整個(gè)行業(yè)很有可能陷入較為困頓的局面。在未來，不僅僅是家用車，就連交通工具可能都要應(yīng)用電力能源，屆時(shí)對(duì)電池的要求將會(huì)更高。因此，可塑性更高的固態(tài)電池就成為了許多企業(yè)努力的方向，包括豐田、寶馬、奔馳、大眾等國(guó)際知名車企，以及日本經(jīng)濟(jì)省出資聯(lián)合的各大企業(yè)，都已開始著手布局這個(gè)領(lǐng)域。

在昆山清陶公司的這次產(chǎn)線展示中，人們看到了這一幕：僅有指甲蓋厚度的電池包在被剪刀剪斷后，不僅沒有爆炸，甚至還在正常供電。此外，即使將其彎折上萬次，電池容量衰減也沒有超過5%，并且針刺后電池進(jìn)水沒有燃燒或爆炸。事實(shí)上，固態(tài)鋰電池的確具備非常多的優(yōu)點(diǎn)，因固態(tài)電解質(zhì)具有不可燃、無腐蝕、不揮發(fā)、不漏液的性質(zhì)，不會(huì)使車輛發(fā)生自燃事件，大大加強(qiáng)了安全性，的確是一種理想的電動(dòng)車電池材料。

目前主流電動(dòng)車普遍使用的三元鋰電池，其實(shí)存在一定的缺陷，因?yàn)闊o論從化學(xué)結(jié)構(gòu)是電池結(jié)構(gòu)來說，三元鋰材料都非常容易發(fā)熱。如果不能把壓力及時(shí)傳導(dǎo)出去，電池就有爆炸的風(fēng)險(xiǎn)，今年發(fā)生的數(shù)起電動(dòng)車自燃事件，也大半有此緣故。且就續(xù)航角度而言，三元鋰電池的單體能量密度目前也面臨瓶頸，很難有所突破。如果要提高能量密度，只能增加鎳的含量或者添加CA，但高鎳的熱穩(wěn)定性很差，容易產(chǎn)生劇烈反應(yīng)。因此，目前只能在電池容量與安全性之間做出取舍。

即使是非常擅長(zhǎng)科技與技術(shù)研發(fā)的豐田也表示，固態(tài)電池在2030年才能實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，可見固態(tài)電池的研發(fā)還是存在部分難題。事實(shí)上，固態(tài)電池由于不需要液體的浸潤(rùn)，僅需要固態(tài)電解質(zhì)將正負(fù)極片隔開，那么金屬物質(zhì)材料的選擇就變得非常關(guān)鍵。而目前這項(xiàng)技術(shù)最大的挑戰(zhàn)也就在于，由于固態(tài)電解質(zhì)電導(dǎo)率總體低于液態(tài)電解液，這導(dǎo)致了目前固態(tài)電池的倍率性能整體偏低，內(nèi)阻較大，所以固態(tài)電池暫時(shí)無法滿足快充要求。不過，導(dǎo)電率與溫度關(guān)系非常大，因此溫度較高的狀態(tài)下工作，會(huì)使得電池更好地發(fā)揮性能。此外，電池的導(dǎo)電率要維持在正常的水平，電流過高過低都有可能引起其他問題。

如今，以松下、寧德時(shí)代為首的企業(yè)的三元鋰電池研發(fā)技術(shù)已經(jīng)是"爐火純青"，即使是在短時(shí)間內(nèi)將固態(tài)鋰電池研發(fā)出來，也難以實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。畢竟，一項(xiàng)新的技術(shù)走向世界時(shí)，總是需要企業(yè)擁有相應(yīng)的產(chǎn)品量產(chǎn)能力，才能實(shí)現(xiàn)大面積的推廣與應(yīng)用。盡管目前的固態(tài)鋰電池還面臨著很多的問題，在能量密度上也暫時(shí)沒有太大的優(yōu)勢(shì)，但其的確擁有非常高的安全性，如果能研發(fā)出合適的金屬材料，或許整個(gè)動(dòng)力電池行業(yè)，都將迎來新的突破。這也是我們希望看到的，畢竟不懈鉆研，才是真正的科研精神。

• 張老師說養(yǎng)車

在回答這個(gè)問題之前我們需要首先了解一下什么是鋰電池，什么是固態(tài)電池。

所謂的固態(tài)電池，顧名思義就是使用固體材料作為電解質(zhì)，相比于傳統(tǒng)的鋰電池來講，全固態(tài)電池優(yōu)勢(shì)明顯，在相同能量下用固態(tài)電解質(zhì)取代電解液和薄膜，全固態(tài)電池，更薄且體積更小。而且由于固態(tài)電解質(zhì)取代了傳統(tǒng)鋰離子電池中可能燃爆的有機(jī)電解液，這樣解決了高能量密度和高安全性能兩大難題，從而消除了電動(dòng)汽車用戶的“續(xù)航焦慮”，甚至渴望實(shí)現(xiàn)快速充電。

固態(tài)電池因其安全性高，能量密度高等優(yōu)勢(shì)被看作是新能源汽車電池技術(shù)路線的發(fā)展方向，目前全球多個(gè)國(guó)家都在致力于固態(tài)電池的研發(fā)。目前國(guó)內(nèi)除了中科院寧波材料所，中科院青島能源所，寧德時(shí)代，中航鋰電比亞迪等多家研究機(jī)構(gòu)和動(dòng)力電池企業(yè)，也都在從事固態(tài)電池的研發(fā)工作。

而相比來說鋰金屬電池一般是以使用二氧化錳為正極材料，金屬鋰或其合金金屬為負(fù)極材料，使用非水電解質(zhì)溶液的電池。而鋰電池廣泛的被應(yīng)用于手機(jī)，筆記本電腦，數(shù)碼相機(jī)，電動(dòng)車，電動(dòng)工具，新能源汽車等行業(yè)。它的優(yōu)點(diǎn)是能量比較高，具有高儲(chǔ)存能量密度，是鉛酸蓄電池的6~7倍，同時(shí)使用壽命較長(zhǎng)，正常使用的話壽命可達(dá)6年以上。重量輕，相同體積下的重量約為鉛酸蓄電池的1/6~1/5，高低溫適應(yīng)性強(qiáng)可以在零下20度到60度的環(huán)境下使用，綠色環(huán)保。但是鋰電池也并不是完美的一個(gè)狀態(tài)，因?yàn)樗谑褂眠^程當(dāng)中安全性能相對(duì)較差，有發(fā)生爆炸的危險(xiǎn)，同時(shí)鋰電池是需要使用保護(hù)線路的，以防止電池被過充電或者過放電。

固態(tài)電池可能是未來電池技術(shù)的發(fā)展方向之一，但就目前技術(shù)來講的話，并不是一個(gè)最佳的，首先在于它的一個(gè)價(jià)格，液態(tài)鋰電池的成本大約在每千瓦時(shí)200~300美元，固態(tài)電池它的成本要在1.5萬美元，最終選擇哪條路線，這個(gè)還是需要看一下哪條路線發(fā)展更快，更加接地氣，所謂的接地氣就是在商業(yè)化的規(guī)模和成本方面都能夠達(dá)到一個(gè)完美的平衡點(diǎn)，首先使用的材料必須不能是高成本且稀有的，其次要在各個(gè)行業(yè)和領(lǐng)域都有實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用的可能。

從理論上提出的時(shí)間來看，固態(tài)電池并不是一個(gè)新的概念，但是就目前來說它的研發(fā)進(jìn)展并沒有想象中那么快速。不過從使用性能的提升上看，固態(tài)電池還是非常值得期待的。

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