[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)主流觀點認為，鋰離子電池已經(jīng)到達極限,，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兩極之間反復轉(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)來傳導鋰離子,，還需要隔膜來隔絕正、負電極,，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,、負極接觸而發(fā)生短路現(xiàn)象。當然,，固態(tài)電池并非只是更換電解質(zhì)那么簡單,，其正、負極材料也會根據(jù)化學特性進行重新匹配,，從而達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�,？偟膩碚f,，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、負極材料,，比如鋰金屬做負極,，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)的電化學窗口更寬（5V以上）,，可以適用于高電壓型電極材料，有利于進一步提升能量密度,。

3,、固態(tài)電池有哪些不足？

　　● 電導率較低,，難以進行快充：由于固態(tài)電解質(zhì)與正,、負極材料之間是固-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,，導致鋰離子的傳輸效率大大降低,，因此電導率要比液態(tài)電解質(zhì)低10倍以上。較低的電導率也使得固態(tài)電池很難進行快充,，并且當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,，其電導率較低而導致難以快充,，并且成本較高短期很難進行商業(yè)化�,？偟膩碚f，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)鋰離子電池無可比擬的優(yōu)勢。

4,、固態(tài)電池目前發(fā)展現(xiàn)狀

　　前面我們曾提到,，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)電池的另外一個原因是為了提高能量密度，這一方面是用戶對續(xù)航里程的需求不斷提升,，另一方面則是政策的引導,。

　　近年來，雖然新能源汽車補貼政策經(jīng)歷了多次調(diào)整,，但對于高續(xù)航,、高能量密度的產(chǎn)品依舊大力支持。不過有專家曾指出,，三元鋰離子動力電池目前已經(jīng)可以看到能量密度的“天花板”（難以突破350Wh/kg）,，未來要突破瓶頸，達到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，固態(tài)電池幾乎可以視為傳統(tǒng)（液態(tài)）鋰電池的繼任者,，這也是各國家和企業(yè)大力研發(fā)的原因,。根據(jù)國家知識產(chǎn)權(quán)戰(zhàn)略網(wǎng)的統(tǒng)計顯示，截止到2018年12月31日,，全球在固態(tài)鋰電池領(lǐng)域提交專利申請共9232件,，其中日本在該領(lǐng)域的專利申請量最多，占申請總量的41%,；中國和美國次之,，占比分別為23%和18%；韓國占比為11%,。

　　在產(chǎn)業(yè)化進度方面,，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，預計到2025,、2030年,，硫化物全固態(tài)電池在日本動力電池市場的滲透率分別達50%、95%以上,；韓國三星也已經(jīng)開發(fā)出60℃下1000多次循環(huán)的硫化物全固態(tài)電池,。

　　在國內(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)開始嘗試將科研成果進行產(chǎn)業(yè)化,，其中輝能科技,、清陶能源、北京衛(wèi)藍,、贛鋒鋰業(yè)等已經(jīng)推出了商用產(chǎn)品,。

5、固態(tài)電池未來展望

　　雖然目前中國在固態(tài)電池領(lǐng)域的積累跟日本等國還有一定的差距,，不過得益于市場的巨大需求,，近年來也在不斷趕超。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)電池上升到了國家層面,。

　　中科院院士歐陽明高指出：“2025年的目標（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)變實現(xiàn),，但基本到達極限；而要想實現(xiàn)2030年目標（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,，全球不少車企已紛紛加碼固態(tài)電池領(lǐng)域,。其中，豐田的技術(shù)儲備最為深厚,，擁有一千多項固態(tài)電池的相關(guān)專利,，并計劃在2021年的東京奧運會上推出固態(tài)電池的商用車型；大眾汽車也早在2012年就開始布局固態(tài)電池領(lǐng)域,。此外,，寶馬,、雷諾日產(chǎn)聯(lián)盟、現(xiàn)代等海外車企也均在積極布局,。

　　根據(jù)SNE Researchd的測算,，2025年固態(tài)電池全球市場空間有望達到60億元，中國市場這一數(shù)值將有望達到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200億元�,？偟膩碚f，從長期視角來看,，固態(tài)電池很有可能成為未來的主流電池,。

6、蔚來的固態(tài)電池是不是“真固態(tài)”,？

　　看完了以上對固態(tài)電池的介紹,，讓我們再看判斷下蔚來在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)”和硅碳負極來看,，首先可以排除的是全固態(tài)鋰電池。

　　而據(jù)蔚來汽車電池系統(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,，蔚來創(chuàng)始人,、CEO李斌也表示：“全固態(tài)電池的量產(chǎn)還是很遠的事情，原因是目前固態(tài)電池的市場需求很低,�,！币虼耍�也從��(cè)面證實了該產(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極電池、智己汽車的摻硅補鋰電池,，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,，對電極材料進行了優(yōu)化，從而提升電池的整體性能,，但并沒有本質(zhì)上的創(chuàng)新,。

★ 全文總結(jié)：

　　總的來說，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,，主流觀點認為需要到2025-2030年才能大規(guī)模量產(chǎn)。因此,，各大車企開始提前布局固態(tài)電池領(lǐng)域,，這本身是無可非議的，不過如果打著“固態(tài)電池”的噱頭,，來混淆概念,、誤導消費者，這樣的做法也是萬萬不可取的,。你認為固態(tài)電池能否成為革命性的“黑科技”,？不妨在評論區(qū)進行討論。（文/汽車之家 侯明浩）