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    固態電池的發展雖無絕對的鴻溝,但任然困難重重。

    2020-10-13 ryder

    固態電池領域有不同的技術路線,固體電解質可大致分為三類:無機電解質、固態聚合物電解質(SPE,SolidPolymerElectrolyte)、復合電解質。目前較多業者投入研究的材料包括固態聚合物、硫化物(Sulfide)、氧化物(Oxide)、薄膜(ThinFilm)等。像是戴森、蘋果各自收購的固態電池廠Sakti3和InfinitePowerSolutions,皆以薄膜為主,但制程復雜,量產難度高,先前市場傳出戴森、蘋果有意放棄,故現階段發展狀況不太明朗,而豐田、松下(Panasonic)、三星、寶馬、寧德時代投入硫化物電解質,輝能、索尼則是聚焦在氧化物。
    蘋果從2012年就開始積極布局固態電池及充電技術的專利,2013年收購了InfinitePowerSolutions。近兩三年汽車廠布局固態電池的消息大幅浮上臺面,像是豐田對外宣示將在2022年對外銷售搭載固態電池的電動車。另外,大眾汽車(Volkswagen)投資了由《麻省理工科技評論》TR35青年創業家JagdeepSingh參與創立的固態電池初創公司QuantumScape,去年6月加碼投資,并取得QuantumScape一席董事,預計在2025年建立固態鋰電池產線。
     
    而過去的電池大國日本,陸續舍棄掉鋰電池后,已經將研究重點轉向固態電池,日本科學技術振興機構(JST)、日本新能源產業技術開發機構(NEDO)都積極推動,這些動態讓外界開始關注這項技術。
     
    目前,包括韓國三星、日本豐田和我國寧德時代在內的眾多電池和汽車廠商,都加大了固態電池研發投入,已有部分電池進入裝車測試階段。盡管前景可期,但由于技術和工藝上的種種問題,發展固態電池的道路絕非一帆風順。
     
    首先,高效的電解質材料體系缺乏。目前固態電池材料發展很快,但綜合應用較為欠缺。
     
    作為固態電池的核心材料,目前在固體鋰離子導體的單一指標上已有所突破,但綜合性能尚不能滿足大規模儲能需求。現今固態電池采用的固態電解質普遍存在性能短板,距離高性能鋰離子電池系統的要求仍有不小的差距。
     
    1、固態電解質和電極的界面處理也是固態電池目前面臨的一大難題。
     
    在固體電解質中鋰離子傳輸阻抗很大,與電極接觸的剛性界面接觸面積小,在充放電過程中電解質體積的變化容易破壞界面的穩定。
     
    2、在固態鋰電池中,除了電解質和電極之間的界面,電極內部還存在復雜的多級界面,電化學以及形變等因素都會導致接觸失效影響電池性能。
     
    再次,長期使用時穩定性不理想也是長壽命儲能固態電池發展的瓶頸。固態電池在服役過程中結構與界面會隨時間發生退化,但退化對電池綜合性能的影響機制尚不明確,難以實現長效應用。
     
    所以,構建高性能固態電池需要從兩方面入手,一是構建高性能的固態電解質,二是提高界面的相容性和穩定性。
     
    若固態電池商用化,電動汽車將加速取代內燃機車的步伐。誰率先掌握這項技術,也將在未來競爭格局中握有更大的話語權。

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