鉅大LARGE | 點擊量：723次 | 2021年06月10日
動力電池革命即將來臨？固態(tài)電池離我們還有多遠(yuǎn)？
我們所期待的動力電池技術(shù)革命，似乎馬上就要來了。目前來看，最靠譜的只有固態(tài)電池，但它依舊充滿了技術(shù)挑戰(zhàn)。
而在近日，豐田汽車公開表示，豐田即將于2021年正式亮相固態(tài)電池及相關(guān)技術(shù)；至于正式量產(chǎn)上市時間，目前尚未得到確認(rèn)。其實豐田的固態(tài)電池是想在東京奧運會期間亮相，從而應(yīng)用于奧運會期間的服務(wù)車輛，但由于疫情原因?qū)е聤W運會推遲一年，豐田也不得不將此計劃順延至2021年。
目前幾乎所有的純電動車型全部使用的都是液態(tài)鋰離子電池，盡管它們可以提供合理的續(xù)航里程和可接受的充電時間，但它們無法與固態(tài)電池所承諾的可能性相提并論。
01固態(tài)電池“你是誰？”
所謂的固態(tài)電池，最基本的區(qū)別從字面可以理解。固態(tài)電池電解質(zhì)為固態(tài)，相當(dāng)于鋰離子遷移的場所轉(zhuǎn)到了固態(tài)的電解質(zhì)中。而傳統(tǒng)鋰電池采用的是液態(tài)電解質(zhì)，是可以流動的。
目前可以確定的是，固態(tài)電池將會是下一代鋰電技術(shù)的頂點，只要將其攻破，動力電池的進(jìn)步將是顛覆性的，而問題的核心就在于電解質(zhì)。雖然在工作原理上，與傳統(tǒng)的鋰電池并無區(qū)別。但是仔細(xì)來看，差別又是巨大的，也正是這些“差別”讓固態(tài)電池的優(yōu)勢變得十分突出。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
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%
很明顯，從化學(xué)性質(zhì)上，固態(tài)肯定要比液態(tài)來的穩(wěn)定，因此在安全性方面，固態(tài)電池具有不可燃、耐高溫、無腐蝕、不揮發(fā)的特性，如此一來，傳統(tǒng)鋰電池的安全問題直接就被解決了。
目前，傳統(tǒng)鋰電池的能量密度最高可以達(dá)到300-400Wh/kg，固態(tài)電池可提供的能量密度可以達(dá)到傳統(tǒng)鋰電池的兩倍左右。可見固態(tài)電池?fù)碛懈叩哪芰棵芏龋阋越鉀Q新能源汽車的續(xù)航問題。
同時固態(tài)電池在重量方面的優(yōu)勢也十分明顯，其對空間環(huán)境要求并沒有那么高。最重要的一點就是可以不必使用嵌鋰的石墨負(fù)極，通過直接使用金屬鋰來做負(fù)極，從而減輕負(fù)極材料的用量，加上簡化封裝、冷卻系統(tǒng)、縮小空間等方式都能減少電池重量。同時在使用壽命方面，固態(tài)電池在理想情況下，能夠達(dá)到45000次左右的循環(huán)次數(shù)。
02固態(tài)電池“難”在哪兒？
目前，固態(tài)電池存在的技術(shù)難點有三，一是固態(tài)電解質(zhì)材料的鋰離子電導(dǎo)率偏低。
現(xiàn)在有三種固態(tài)電解質(zhì)，分別為聚合物電解質(zhì)、氧化物電解質(zhì)、硫化物電解質(zhì)。聚合物電解質(zhì)需要在60度的溫度下才能正常工作。氧化物電解質(zhì)的鋰離子電導(dǎo)率比液態(tài)的還要低很多。相對于氧化物，硫化物由于相對較軟，更容易加工，通過熱壓法可以制備全固態(tài)鋰電池，但還存在空氣敏感，容易氧化，遇水容易產(chǎn)生硫化氫等有害氣體的問題。
再有就是固跟固界面接觸性和穩(wěn)定性差。液體跟固體結(jié)合是很容易的，但是固體和固體接觸性和穩(wěn)定性就不是太好，這是固態(tài)電解質(zhì)鋰電池很大的一個問題。最后就是制造成本偏高，固態(tài)電池制備工藝復(fù)雜，且固體電解質(zhì)較貴，現(xiàn)階段固態(tài)動力電池的成本普遍偏高。
03賽道很寬，潛力巨大
目前為止，固態(tài)電池并沒有實現(xiàn)大面積的生產(chǎn)以及應(yīng)用，一切都只是最初的試驗階段，沒有實行大規(guī)模的商業(yè)化，但是以現(xiàn)在的發(fā)展趨勢，固態(tài)電池的量產(chǎn)已經(jīng)指日可待。
根據(jù)相關(guān)機構(gòu)預(yù)測，全球固態(tài)鋰電池的需求量在2021年、2025年、2030年分別有望達(dá)到1.7GWh、44.2GWh、494.9GWh，2030年全球固態(tài)電池市場份額有望達(dá)到1500億元以上。目前，固態(tài)電池市場的競爭主要集中在歐美、日本、中國這三大區(qū)域。
日本方面，首當(dāng)其沖的就是豐田了，而且在固態(tài)電池方面的研發(fā)起點相對比較早。早在08年就與伊利卡固態(tài)電池創(chuàng)業(yè)公司展開了合作。2019年，宣布與松下合作，而且是以合資公司的形式，深度綁定利益，畢竟松下電池是距離固態(tài)電池量產(chǎn)落地最近的供應(yīng)商之一，豐田絕對不能讓它跑了。
最近豐田方面也希望成為全球首家量產(chǎn)搭載固態(tài)電池汽車的廠商，將于明年推出原型車，在2021-2030這個十年的初期開始面向市場銷售。據(jù)了解，汽車搭載以后充滿電只需要10分鐘，相比于傳統(tǒng)電動汽車縮減了至少三分之二。
與此同時，三菱、日產(chǎn)也在布局固態(tài)電池的相關(guān)產(chǎn)業(yè)。其中，日產(chǎn)汽車也計劃打造自己的固態(tài)電池汽車，希望在2028年前推出實車。
韓國方面，依舊是兩大企業(yè)LG化學(xué)和三星SDI。目前來看，LG電池事業(yè)分拆完成，LGEnergySolution（LG能源解決方案）正式成立。LG能源解決方案表示，將加速全固態(tài)電池和鋰硫電池等新一代電池技術(shù)的開發(fā)，制定戰(zhàn)略，實現(xiàn)可持續(xù)增長。
今年3月，三星稱，公司新研發(fā)的全固態(tài)電池能夠?qū)崿F(xiàn)900Wh/L高能量密度，電池一次充電后可讓汽車行駛800公里。
歐美的話，以大眾集團(tuán)支持的固態(tài)電池初創(chuàng)公司QuantumScape為主力，正在開發(fā)一種“無陽極”的固態(tài)電池。而這種全新的理念，完全區(qū)別于常規(guī)固態(tài)電池結(jié)構(gòu)，不僅僅提高了能量密度，還降低了生產(chǎn)時的材料成本，簡化制造流程，且由于固態(tài)分離器的不可燃特性，即便是在高溫環(huán)境下依然具有非常好的安全性能。
國內(nèi)來看，寧德時代、國軒高科、蜂巢等鋰電企業(yè)，以及比亞迪、蔚來、北汽集團(tuán)、長城汽車等車企都有參與固態(tài)電池研究，其中最為“激進(jìn)”的便是國軒高科。在今年9月國軒高科表達(dá)了公司在固態(tài)電池方面的布局，2022年開始進(jìn)行固態(tài)電池技術(shù)的迭代升級，生產(chǎn)高安全固態(tài)電池，2025年將生產(chǎn)出能量密度超過400Wh/kg的全固態(tài)電池。
目前固態(tài)電池距離商業(yè)化還有一定距離，但未來隨著產(chǎn)業(yè)投入的逐漸加大，生產(chǎn)難點、成本等問題都將迎刃而解。而以目前固態(tài)電池的“硬”實力來說，取代液態(tài)鋰電池也只是時間問題。
