近年來(lái)，不少汽車(chē)廠商都透露過(guò)基于固態(tài)電池打造電動(dòng)汽車(chē)的計(jì)劃。例如“Fisker申請(qǐng)固態(tài)鋰電池專(zhuān)利，最高續(xù)航800km，充電1分鐘”、“大眾計(jì)劃研發(fā)續(xù)航1000km固態(tài)電池”等新聞屢見(jiàn)不鮮。這背后的“黑科技”——固態(tài)電池到底有什么能耐?離實(shí)際應(yīng)用還有多遠(yuǎn)?我們就來(lái)具體聊一下固態(tài)電池的現(xiàn)狀和前景。

固態(tài)電池有哪些優(yōu)點(diǎn)

目前，動(dòng)力電池全球化競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，雖然中國(guó)企業(yè)在本輪競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)了市場(chǎng)規(guī)模優(yōu)勢(shì)，但歐美、日韓等企業(yè)已經(jīng)在為下一階段做布局，是潛在的強(qiáng)大競(jìng)爭(zhēng)者。有不少專(zhuān)家呼吁建議，應(yīng)該關(guān)注固體電池發(fā)展的問(wèn)題。盡管目前固態(tài)電池還多處于試驗(yàn)階段，離走向產(chǎn)業(yè)化還有一定時(shí)間。但為了搶占未來(lái)發(fā)展的制高點(diǎn)，各企業(yè)對(duì)固態(tài)電池的研發(fā)已快馬加鞭，市場(chǎng)需求或推動(dòng)固態(tài)電池量產(chǎn)提前。

按照《中國(guó)制造2025》確定的技術(shù)目標(biāo)，2020年鋰電池能量密度到300Wh/kg，2025年能量密度達(dá)到400Wh/kg，2030年能量密度達(dá)到500Wh/kg。但是基于高鎳三元+硅碳負(fù)極材料，現(xiàn)有體系的鋰電池的能量密度很難突破300Wh/kg。而固態(tài)鋰電池的能量密度大約為傳統(tǒng)鋰電池的2.5—3倍，且杜絕了電池破裂或高溫等意外帶來(lái)的燃燒隱患。

全固態(tài)鋰電池具有極高的安全性，其固態(tài)電解質(zhì)不可燃、無(wú)腐蝕、不揮發(fā)、不漏液，同時(shí)也克服了鋰枝晶現(xiàn)象，搭載全固態(tài)鋰電池的汽車(chē)的自燃概率會(huì)大大降低。

電解質(zhì)材料是全固態(tài)鋰電池技術(shù)的核心，目前固態(tài)電解質(zhì)的研究主要集中在三大類(lèi)材料：聚合物、氧化物和硫化物。聚合物高溫性能好，已經(jīng)有商業(yè)化的應(yīng)用案例;氧化物循環(huán)性能良好，適用于薄膜柔性結(jié)構(gòu);硫化物電導(dǎo)率最高，是未來(lái)主要方向。

既然固態(tài)電池有這么多優(yōu)點(diǎn)，為什么沒(méi)有大力推廣呢?這是因?yàn)楣虘B(tài)電解質(zhì)具有高的電阻，在功率密度方面還存在一些待解決的問(wèn)題，需要從固態(tài)電解質(zhì)、正負(fù)極材料上著手。電導(dǎo)率、電池倍率、電池制備效率、成本控制方面都存在不小的挑戰(zhàn)，一旦這些問(wèn)題能夠有效解決，必將在未來(lái)掀起一場(chǎng)新的電池革命。

總體來(lái)看固態(tài)電池的發(fā)展，電解質(zhì)可能遵循從液態(tài)、半固態(tài)、固液混合到固態(tài)的路徑發(fā)展，最后到全固態(tài)。筆者認(rèn)為，2020年前采用高鎳正極+準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)+硅碳負(fù)極實(shí)現(xiàn)300Wh/Kg，2025年前采用富鋰正極+全固態(tài)電解質(zhì)+硅碳/鋰金屬負(fù)極電池實(shí)現(xiàn)400Wh/Kg，2030年前燃料/鋰硫/空氣電池實(shí)現(xiàn)500Wh/Kg。