鉅大LARGE | 點擊量：1118次 | 2021年05月17日
固態電池，為何說未來就要看固態電池？
其實，如今汽車圈正努力研發的固態電池，無論是使用固態聚合物電解質的成熟產品，還是采用氧化物或硫化物固態電解質的試制品，以及應用固體電解質與金屬鋰負極的實驗品，全都屬于鋰離子電池。所以，在汽車領域，固態電池并不會取代鋰離子電池，但它可能作為新型鋰離子電池繼續為電動汽車供應能量。
固態電池因何火熱？
業界之所以加速推進固態動力鋰離子電池的產業化，是因為使用液態電解質鋰離子電池即將變成發展電動汽車事業的絆腳石。一方面，這些液態鋰離子動力鋰電池普遍存在電解液氧化、電極膨脹、高溫失控等安全隱患，以至于不得不犧牲能量密度以換取相對較長穩定工作期限。這就導致目前大多數以石墨為負極材料的液態鋰離子動力鋰電池的能量/重量比最多只能達到280Wh/kg左右。雖然可以通過換用硅基合金制成的負極，使能量密度的上限提升至350Wh/kg左右，但這會極大影響到電池的安全性。
可與此同時，包括我國在內的多個國家都已經給動力鋰電池定下中長期戰略規劃目標。比如我國就在《我國制造2025》中明確規定：2020年，電池能量密度要達到300Wh/kg；2025年，電池能量密度達到400Wh/kg；2030年，電池能量密度達到500Wh/kg。如此高的目標，明顯已超出液態鋰離子電池的極限，是故最理想的解決方法自然是改用能量密度起碼比液態鋰離子電池高2倍的全固態鋰金屬電池。
技術有待突破
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
問題在于，使用固態電池雖可獲得更高的安全性和能量密度，甚至能夠制造出固態柔性薄膜電池，進而極大地拓展電池的應用領域。但若要用于量產電動汽車，現有的固態鋰離子電池卻有幾大短板亟待解決。
首先，固態電解質在室溫下的離子導電率并沒有比液態電解質好多少，以固態聚合物電解質為例，其工作溫度高達60～80℃，因此在實際應用時，這類固態電池不僅在常溫下難以實現快速充電，更要在啟動前先消耗本身的儲能為自己預熱。這意味著，相比使用液態電解質的鋰離子電池，固態電池在續航與充電性能上未必具有絕對優勢；也就是說，這會兒電動汽車大可不必換裝固態電池。
其次，由于電解質與電極同為固態物質或者固體，所以不能很好的兼容，以至于二者之間的界面阻抗也很大，而這又會影響到快充的效果。同時，接觸不良的界面還會破壞電解質與電極之間的穩定關系，進而埋下安全隱患。
此外，真實環境中的未知因素，又會引發實驗室里難以預料的問題。而這些都還只是尚未完善之固態電池自身的不足之處。若想進一步實現固態動力鋰電池的產業化，那生產商還得解決現階段固態電池成本偏高、生產工藝不成熟等問題。順便一提，為使固態電池里的固體電極與固體電解質穩定地結合在一起，工程師還需重新試驗多種材料，方能找到屬性最匹配的組合。因此并不能照搬液態鋰離子電池的制造相關經驗。
所以，盡管很早以前，發現電磁感應定律的法拉第就已經了解可以用硫化銀來當固體電解質，但有關固態電池的研發仍要等到20世紀50年代才算真正起步，而固態鋰離子電池更遲至2013年才出現，至于用于電動汽車的固態動力鋰電池，目前最多也只到小批量試產階段，大多數都尚未走出實驗室。
誰占橋頭堡？
誠然，已有不止一家汽車行業的相關制造商宣稱會在2020年至2030年之間，推出可用于量產車的固態鋰離子電池，甚至全固態鋰離子電池，但事實上，電池行業內部對此卻是持保留意見的，更加有人直言：單純的氧化物基固態電池眼下還處于非常早期的研究階段。不僅如此，汽車廠商也沒有完全把寶押在固態電池身上，仍在進化、完善的燃料動力電池便是最好的證據。只不過從目前來看，固態電池成為下一代主流動力鋰電池的可能性極大，站在戰略布局的角度，從科研單位到相關制造商乃至供應商，都必須盡早入局，以便將來在市場上競爭時，能掌握話語權和生產資源。僅此而已。
固態電池，由它們打頭陣
豐田早在2010年便已開始探索新一代電池技術，其中包括固態電池。此后，豐田于2014年拿出體積能量密度達到400Wh/L的實驗原型制品，并宣稱可在2025年實現商業化。而到2017年，豐田更與長期合作的動力鋰電池供應商松下達成協議，共同開發方形固態電池，以確保能在2025年將固態電池實用化。
在技術上，豐田主導的固態電池采用硫化物為電解質，此舉可獲得與液態電解質相近的離子導電率，并且易于加工，但在正極一側的界面電阻會新增，同時硫化物還易氧化，需通過優化生產工藝和電解質配方來改善實際效果。
想要分食固態動力鋰電池市場的，不止汽車制造商或汽車供應商，更加有來自其他行業的廠商。比如業務涉及多個領域的法國Bollore集團，就在2011年時將旗下子公司、歐洲電池大咖Batscap研發的固態聚合物鋰金屬電池裝進Pininfarina設計的車體內，打造出Bluecar系列微型電動汽車，主打共享租賃汽車市場。盡管這款體長僅3.65m的小車曾于2012年占到法國電動汽車市場27%的份額，后來更引來雷諾、標致雪鐵龍這樣的一線大廠為其代工，甚至出口到英國銷售，但受制于固態聚合物的性能，搭載著30kWh電池組的Bluecar最多只能續航250km，明顯不及現役主流電動汽車。
還有全液態電池？
有固態電池，當然就有液態電池。與目前使用液態電解質的鋰離子電池不同，真正的液態電池連電極都是液態的。相比固態電池，液態電池可以在更小的體積內儲藏更多的能量，并且只需更換電芯溶液就能補充電能，而不必花費漫長的時間坐等充電完成。另外，由于使用活性金屬作電極，所以就算接入傳統的電網，液態電池也能實現快速充放電，并可循環使用14000次左右。
事實上，業界更傾向于將液態電池用于電網存儲系統。不過，現在的液態電池仍未成熟到可以投入商業應用的程度，其電極材料可能有毒，而工作溫度則會高達500℃，大多數系統目前仍停留在演示階段。
