[汽車(chē)之家 新能源]  新年伊始，多家車(chē)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(yíng)銷(xiāo)”,。事實(shí)上，目前業(yè)內(nèi)主流觀點(diǎn)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(lái)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(wèn)題解決了嗎？用戶(hù)是否還要為里程而焦慮？何時(shí)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(diǎn)是安全性高、能量密度大,；缺點(diǎn)則是成本較高,、難以快充；

　　★ 固態(tài)電池大規(guī)模商用預(yù)計(jì)會(huì)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(lái)中國(guó)的企業(yè)也在奮力直追,。

　　★ 蔚來(lái)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(shí)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(shí)現(xiàn)充放電功能。業(yè)內(nèi)也形象的將其稱(chēng)為“搖椅式電池”,，鋰離子就像運(yùn)動(dòng)員一樣,，在搖椅的兩端來(lái)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(lèi)和六氟磷酸鋰）,、隔膜（多孔聚烯烴）組成,。在工作時(shí)，除了需要液態(tài)電解質(zhì)來(lái)傳導(dǎo)鋰離子,，還需要隔膜來(lái)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(lái)代替電解液和隔膜,，在結(jié)構(gòu)上更簡(jiǎn)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(jiǎn)單，其正,、負(fù)極材料也會(huì)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(lèi),。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(diǎn)研究的對(duì)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,�,？偟膩�(lái)說(shuō)，固態(tài)電池是一個(gè)較大的門(mén)類(lèi),，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(cuò)誤的）

2,、固態(tài)電池有哪些優(yōu)點(diǎn),？

　　在了解固態(tài)電池的優(yōu)點(diǎn)前，先讓我們回顧下當(dāng)下鋰離子電池的“痛點(diǎn)”,，相信大家脫口而出肯定是“里程焦慮”和“不安全”,。事實(shí)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(shí)容易造成安全隱患,。而固態(tài)電解質(zhì)具有不可燃,、無(wú)腐蝕,、不揮發(fā)、不存在漏液等特性,，還擁有不錯(cuò)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(méi)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(zhǎng)：液態(tài)電解質(zhì)在充放電過(guò)程中,，會(huì)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(wèn)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(wàn)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(chǎng)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(chē)輛需要大功率放電時(shí),，還可能會(huì)出現(xiàn)供電不足的現(xiàn)象,。

　　● 成本相對(duì)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?yàn)楣虘B(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(lái)看，固態(tài)電池技術(shù)仍處在成熟技術(shù)到產(chǎn)業(yè)化過(guò)渡階段,，還需物料價(jià)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(diǎn)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(diǎn)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(lái)說(shuō),，從短期來(lái)看,，固態(tài)電池和傳統(tǒng)鋰離子電池各有利弊，可能會(huì)并行發(fā)展,；不過(guò)從長(zhǎng)期來(lái)看,，一旦快充和成本問(wèn)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(shì),。

4,、固態(tài)電池目前發(fā)展現(xiàn)狀

　　前面我們?cè)�提到，固態(tài)電池在安全性方面相比傳統(tǒng)（液態(tài)）鋰電池有了質(zhì)的提升,，這是與消費(fèi)者最緊密相關(guān)的特性,。除此之外，目前大力發(fā)展固態(tài)電池的另外一個(gè)原因是為了提高能量密度,，這一方面是用戶(hù)對(duì)續(xù)航里程的需求不斷提升,，另一方面則是政策的引導(dǎo)。

　　近年來(lái),，雖然新能源汽車(chē)補(bǔ)貼政策經(jīng)歷了多次調(diào)整,，但對(duì)于高續(xù)航、高能量密度的產(chǎn)品依舊大力支持,。不過(guò)有專(zhuān)家曾指出,，三元鋰離子動(dòng)力電池目前已經(jīng)可以看到能量密度的“天花板”（難以突破350Wh/kg），未來(lái)要突破瓶頸,，達(dá)到2025年的400Wh/kg,，可能需要寄希望于固態(tài)電池,。（注：目前主流商用鋰電池能量密度不到250Wh/kg）

　　由此可見(jiàn)，固態(tài)電池幾乎可以視為傳統(tǒng)（液態(tài)）鋰電池的繼任者,，這也是各國(guó)家和企業(yè)大力研發(fā)的原因,。根據(jù)國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)戰(zhàn)略網(wǎng)的統(tǒng)計(jì)顯示，截止到2018年12月31日,，全球在固態(tài)鋰電池領(lǐng)域提交專(zhuān)利申請(qǐng)共9232件,，其中日本在該領(lǐng)域的專(zhuān)利申請(qǐng)量最多，占申請(qǐng)總量的41%,；中國(guó)和美國(guó)次之,，占比分別為23%和18%；韓國(guó)占比為11%,。

　　在產(chǎn)業(yè)化進(jìn)度方面,，中日韓歐美共53家企業(yè)布局研發(fā)固態(tài)電池，其中9家專(zhuān)注硫化物固態(tài)電池,。其中,，日本聯(lián)合豐田、松下等公司和高校發(fā)展硫化物固態(tài)電池,，預(yù)計(jì)到2025,、2030年，硫化物全固態(tài)電池在日本動(dòng)力電池市場(chǎng)的滲透率分別達(dá)50%,、95%以上,；韓國(guó)三星也已經(jīng)開(kāi)發(fā)出60℃下1000多次循環(huán)的硫化物全固態(tài)電池。

　　在國(guó)內(nèi)方面,，固態(tài)電池的研發(fā)主要依托于中科院等科研機(jī)構(gòu),，并且在氧化物固態(tài)電池技術(shù)方面全球領(lǐng)先。值得一提的是,，近幾年部分企業(yè)開(kāi)始嘗試將科研成果進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化,，其中輝能科技、清陶能源,、北京衛(wèi)藍(lán),、贛鋒鋰業(yè)等已經(jīng)推出了商用產(chǎn)品。

5,、固態(tài)電池未來(lái)展望

　　雖然目前中國(guó)在固態(tài)電池領(lǐng)域的積累跟日本等國(guó)還有一定的差距,，不過(guò)得益于市場(chǎng)的巨大需求,，近年來(lái)也在不斷趕超,。另外，政策也給予了固態(tài)電池極大的關(guān)注,，在2019年末發(fā)布的《新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021-2035）》中,，還首次將固態(tài)電池上升到了國(guó)家層面,。

　　中科院院士歐陽(yáng)明高指出：“2025年的目標(biāo)（400Wh/kg）可以依靠正極材料由高鎳三元向高容量富鋰錳基材料轉(zhuǎn)變實(shí)現(xiàn)，但基本到達(dá)極限,；而要想實(shí)現(xiàn)2030年目標(biāo)（400Wh/kg）,，固體電解質(zhì)層面的突破是一條必由之路�,！�

　　正是由于潛力巨大,，全球不少車(chē)企已紛紛加碼固態(tài)電池領(lǐng)域。其中,，豐田的技術(shù)儲(chǔ)備最為深厚,，擁有一千多項(xiàng)固態(tài)電池的相關(guān)專(zhuān)利，并計(jì)劃在2021年的東京奧運(yùn)會(huì)上推出固態(tài)電池的商用車(chē)型,；大眾汽車(chē)也早在2012年就開(kāi)始布局固態(tài)電池領(lǐng)域,。此外，寶馬,、雷諾日產(chǎn)聯(lián)盟,、現(xiàn)代等海外車(chē)企也均在積極布局。

　　根據(jù)SNE Researchd的測(cè)算,，2025年固態(tài)電池全球市場(chǎng)空間有望達(dá)到60億元,，中國(guó)市場(chǎng)這一數(shù)值將有望達(dá)到30億元；2030年全球固態(tài)電池需求有望接近500GWh,，總產(chǎn)值將達(dá)200億元,。總的來(lái)說(shuō),，從長(zhǎng)期視角來(lái)看,，固態(tài)電池很有可能成為未來(lái)的主流電池。

6,、蔚來(lái)的固態(tài)電池是不是“真固態(tài)”,？

　　看完了以上對(duì)固態(tài)電池的介紹，讓我們?cè)倏磁袛嘞挛祦?lái)在NIO Day 2020上發(fā)布的固態(tài)電池是不是“真固態(tài)”,？根據(jù)官方介紹,，該電池的正極為高鎳材料，負(fù)極采用硅碳,，而電解質(zhì)為“固化工藝的固液電解質(zhì)”,。單從“固液電解質(zhì)”和硅碳負(fù)極來(lái)看，首先可以排除的是全固態(tài)鋰電池,。

　　而據(jù)蔚來(lái)汽車(chē)電池系統(tǒng)助理副總裁曾士哲的描述,，該電池仍需要電解液、隔膜,。事實(shí)上,，半固態(tài)鋰電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)（液態(tài)）鋰電池的結(jié)構(gòu)相近,，但與全固態(tài)電池還是有本質(zhì)的區(qū)別。另外,，蔚來(lái)創(chuàng)始人,、CEO李斌也表示：“全固態(tài)電池的量產(chǎn)還是很遠(yuǎn)的事情，原因是目前固態(tài)電池的市場(chǎng)需求很低,�,！币虼耍�也從��(cè)面證實(shí)了該產(chǎn)品是“半固態(tài)電池”,。

　　此外,，最近關(guān)注度較高的廣汽埃安石墨烯基電池和硅負(fù)極電池、智己汽車(chē)的摻硅補(bǔ)鋰電池,，在原理上也都不屬于固態(tài)電池的范疇,，它們都是在現(xiàn)有三元鋰電池的基礎(chǔ)上，對(duì)電極材料進(jìn)行了優(yōu)化,，從而提升電池的整體性能,，但并沒(méi)有本質(zhì)上的創(chuàng)新。

★ 全文總結(jié)：

　　總的來(lái)說(shuō),，固態(tài)電池的技術(shù)路線是正確的,，但目前還不具備商業(yè)化的條件，主流觀點(diǎn)認(rèn)為需要到2025-2030年才能大規(guī)模量產(chǎn),。因此,，各大車(chē)企開(kāi)始提前布局固態(tài)電池領(lǐng)域，這本身是無(wú)可非議的,，不過(guò)如果打著“固態(tài)電池”的噱頭,，來(lái)混淆概念、誤導(dǎo)消費(fèi)者,，這樣的做法也是萬(wàn)萬(wàn)不可取的,。你認(rèn)為固態(tài)電池能否成為革命性的“黑科技”？不妨在評(píng)論區(qū)進(jìn)行討論,。（文/汽車(chē)之家 侯明浩）