詳解固態電池的技術路線以及技術瓶頸

固態電池的技術路線

固態電池范疇有不同的技術路線，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，去年六月加碼投資，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。

固態電池的技術瓶頸

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探測階段。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，但綜合使用較為欠缺。

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沖破，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解決也是固態電池目前面對的一大難題。

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，難以實現長效使用。

所以，構建高性能固態電池要從兩方面入手，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。

從某種意義上講，汽車的演化歷史就是電池的進化過程。若論起源，電動車也已經有了180多年的歷史，出現時間與燃油車不相上下。可鉛酸蓄電池、鎳氫電池均未使電動車的地位有所沖破。直至磷酸鐵鋰電池、三元鋰電池的升級才使得部分消費者逐步接受電動車。

聲明： 本站所發布文章部分圖片和內容自于互聯網，如有侵權請聯系刪除