[汽車之家新能源] 新年伊始，多家車企紛紛推出續(xù)航1000公里的電池，隨后卻被中科院院士炮轟“夸大營銷”。事實上，目前業(yè)內(nèi)主流觀點認(rèn)為，鋰離子電池已經(jīng)到達(dá)極限，固態(tài)電池才是未來電池技術(shù)的發(fā)展方向。那么，固態(tài)電池究竟是什么？電池的安全問題解決了嗎？用戶是否還要為里程而焦慮？何時才能量產(chǎn)等等？本篇文章將為你一一解答。
快速了解全文：
★固態(tài)電池最大的優(yōu)點是安全性高、能量密度大；缺點則是成本較高、難以快充；
★ 固態(tài)電池大規(guī)模商用預(yù)計會在2025-2030年以后；
★ 目前三元鋰電池的能量密度已接近極限，全固態(tài)鋰電池有望成為下一代主流產(chǎn)品；
★ 豐田在固態(tài)電池領(lǐng)域積淀深厚，近年來中國的企業(yè)也在奮力直追。
★蔚來推出的“固態(tài)電池”為半固態(tài)鋰離子電池，與全固態(tài)鋰電池有本質(zhì)上的區(qū)別。
1、 什么是固態(tài)電池？
事實上，固態(tài)電池和傳統(tǒng)鋰電池（三元鋰、磷酸鐵鋰電池等）的工作原理是相同的，都是靠著鋰離子在電池的正負(fù)兩極之間反復(fù)轉(zhuǎn)移，從而實現(xiàn)充放電功能。業(yè)內(nèi)也形象的將其稱為“搖椅式電池”，鋰離子就像運動員一樣，在搖椅的兩端來回奔跑。而兩者不同的是，固態(tài)電池的電解質(zhì)是固態(tài)，而傳統(tǒng)鋰電池的電解質(zhì)是液態(tài)。
大家都知道，傳統(tǒng)（液態(tài)）鋰離子電池由正極（三元材料或磷酸鐵鋰）、負(fù)極（石墨或硅碳）、電解液（碳酸酯類和六氟磷酸鋰）、隔膜（多孔聚烯烴）組成。在工作時，除了需要液態(tài)電解質(zhì)來傳導(dǎo)鋰離子，還需要隔膜來隔絕正、負(fù)電極，從而避免系統(tǒng)短路。
而固態(tài)鋰電池則是采用固態(tài)電解質(zhì)來代替電解液和隔膜，在結(jié)構(gòu)上更簡單且具有較好的絕緣性，能夠有效避免因正、負(fù)極接觸而發(fā)生短路現(xiàn)象。當(dāng)然，固態(tài)電池并非只是更換電解質(zhì)那么簡單，其正、負(fù)極材料也會根據(jù)化學(xué)特性進(jìn)行重新匹配，從而達(dá)到更高的綜合性能表現(xiàn)。
需要注意的是，根據(jù)液態(tài)電解質(zhì)質(zhì)量百分比含量，固態(tài)電池還分為了“半固態(tài)”、“準(zhǔn)固態(tài)”、“全固態(tài)”三大類。可以看出，“固態(tài)電池”和“全固態(tài)電池”之間是包含關(guān)系，就好比“鋰電池”和“鋰離子電池”一樣。
再往下細(xì)分，全固態(tài)電池又分為了“全固態(tài)鋰一次電池”和“全固態(tài)鋰二次電池”，其中前者已經(jīng)投入商用（不可循環(huán)使用）；而后者則是目前行業(yè)內(nèi)重點研究的對象。其中，全固態(tài)鋰二次電池根據(jù)正負(fù)極材料的不同，又分為了全固態(tài)鋰離子電池和全固態(tài)鋰金屬電池。總的來說，固態(tài)電池是一個較大的門類，并不能一概而論。（注：目前大家普遍認(rèn)為固態(tài)電池就是全固態(tài)鋰電池，這是錯誤的）
2、固態(tài)電池有哪些優(yōu)點？
在了解固態(tài)電池的優(yōu)點前，先讓我們回顧下當(dāng)下鋰離子電池的“痛點”，相信大家脫口而出肯定是“里程焦慮”和“不安全”。事實上，傳統(tǒng)（液態(tài)）鋰離子電池的能量密度和熱失控一直是其發(fā)展道路上的“攔路虎”，而固態(tài)電池則在這兩方面都有了質(zhì)的提升。
●安全性較高：液態(tài)電解質(zhì)中含有易燃的有機(jī)溶劑，系統(tǒng)內(nèi)部短路時容易造成安全隱患。而固態(tài)電解質(zhì)具有不可燃、無腐蝕、不揮發(fā)、不存在漏液等特性，還擁有不錯的絕緣性，并且在高溫下不發(fā)生副反應(yīng)，因此安全性相比傳統(tǒng)（液態(tài)）鋰電池有了質(zhì)的提升。
●能量密度高：由于固態(tài)電池沒有隔膜和電解液，節(jié)約了近40%的體積和25%的質(zhì)量，從而可以提升電池組的能量密度。此外，再配合新的正、負(fù)極材料，比如鋰金屬做負(fù)極，理論上電池的比能量可以輕松突破350Wh/kg的天花板，甚至有望達(dá)到500Wh/kg。
●循環(huán)壽命更長：液態(tài)電解質(zhì)在充放電過程中，會出現(xiàn)界面膜和鋰枝晶刺穿隔膜等現(xiàn)象，固態(tài)電解質(zhì)則可以有效避免上述問題，從而大幅度提升電池的循環(huán)次數(shù)和使用壽命（在理想狀態(tài)下，循環(huán)次數(shù)能夠達(dá)到4.5萬次）。
● 適用范圍更廣泛：由于采用固態(tài)電解質(zhì)，電池的形態(tài)將不再受到嚴(yán)格限制；并且工作溫度范圍更廣（-25℃-60℃），因此可以適用于更多場景。此外，固態(tài)電解質(zhì)的電化學(xué)窗口更寬（5V以上），可以適用于高電壓型電極材料，有利于進(jìn)一步提升能量密度。
3、固態(tài)電池有哪些不足？
●電導(dǎo)率較低，難以進(jìn)行快充：由于固態(tài)電解質(zhì)與正、負(fù)極材料之間是固-固接觸的狀態(tài)（液態(tài)電解質(zhì)為液-固接觸），電極與電解質(zhì)之間的有效接觸面積較小，導(dǎo)致鋰離子的傳輸效率大大降低，因此電導(dǎo)率要比液態(tài)電解質(zhì)低10倍以上。較低的電導(dǎo)率也使得固態(tài)電池很難進(jìn)行快充，并且當(dāng)車輛需要大功率放電時，還可能會出現(xiàn)供電不足的現(xiàn)象。
●成本相對較高：成本是固態(tài)電池技術(shù)目前商業(yè)化最大的挑戰(zhàn)，主要是因為固態(tài)電池制備工藝尚處于研發(fā)階段，產(chǎn)業(yè)化還不完善，因此導(dǎo)致成本較高。整體來看，固態(tài)電池技術(shù)仍處在成熟技術(shù)到產(chǎn)業(yè)化過渡階段，還需物料價格下降、工藝改進(jìn)以及更加穩(wěn)定的供應(yīng)鏈體系。
★本章小結(jié)：
可以看出，固態(tài)電池的優(yōu)缺點非常鮮明，其具備更好的安全性、更高的能量密度以及柔性，這都是傳統(tǒng)（液態(tài)）鋰電池難以突破的瓶頸；固態(tài)電池的缺點同樣非常致命，其電導(dǎo)率較低而導(dǎo)致難以快充，并且成本較高短期很難進(jìn)行商業(yè)化。總的來說，從短期來看，固態(tài)電池和傳統(tǒng)鋰離子電池各有利弊，可能會并行發(fā)展；不過從長期來看，一旦快充和成本問題得到解決，固態(tài)電池將具有傳統(tǒng)鋰離子電池?zé)o可比擬的優(yōu)勢。
