將來可期的固態電池

10月9日，諾貝爾化學獎授予了三位鋰離子電池發明者——美國科學家約翰?古迪納夫，美國科學家斯坦利?威廷漢以及日本科學家吉野彰。其中，被稱為“鋰離子電池之父”、現年97歲的古迪納夫近期研究的重點是鋰離子電池的前沿范疇——固態電池。

隨著科學的進步，液態鋰離子電池的安全性已經不能滿足人們對于鋰離子電池的需求，科學家們正在研究更加安全和更高效的固態電池。其實，在這之前，關于固態電池的消息也是不斷：

9月20日，愛馳汽車與輝能科技達成合作協議，雙方將共同開展固態電池作為車載動力電池相關技術的開發與使用，推進動力固態電池商業化落地。

澳大利亞聯邦科學與工業研究組織近日宣布，將與日本化學品制造商Piotrek合作開發高能固態鋰離子電池，計劃在將來5年內面向全球市場推出，用于電子設備、無人機和電動車等范疇。

日前，雷諾汽車高級副總裁吉爾斯·諾曼德對外表示，到2025年，雷諾旗下電動車可能會使用鈷含量為零的固態電池。

有消息曝出，哪吒汽車與清陶新能源科技有限公司達成了全面深度合作，二者將共同推進固態電池的研發與使用，并加快在新能源車型上的商業化落地。

眾多企業的紛紛布局，讓固態電池成為市場上的寵兒。那固態電池受追捧的原由有哪些呢？

安全，還是安全！

我們都了解，動力電池被稱為電動車的“心臟”。而鋰電池具有能量密度高、自放電率低、循環效率高等優勢，在新能源市場上頗受歡迎。但是，目前的鋰電池技術尚未成熟，安全性不穩定，電動車電池起火、爆炸事故不斷。其實事故頻發的很大原由是電池內部使用了液態電解質。

專家認為，用固態電解質代替液態電解液，是能夠提升鋰離子電池安全性能的有效辦法之一。原由是固態電解質不易燃，且不會萌生液態電解液，可以處理電池的安全性問題，是最有可能成為下一代動力電池的技術路線。

固態電池使用固體電極和固體電解質，不僅可以有效地減少體積和質量，同時提升鋰離子電池的能量密度，能夠很好地處理當前三元鋰離子電池高安全和高能量密度這一矛盾，或許會成為動力電池技術將來發展的緊要方向。

固態電池的原理是：固態電解質所具有的密度及結構可以讓更多帶電離子集中在一端，以傳導更大的電流，進而提升電池容量。這樣，同樣的電量，固態電池體積更小。此外，由于沒有電解液，固態電池的成本低、重量輕。

因為符合將來電池發展的趨勢，目前，眾多國內外車企業和電池廠商，都在加大固態電池布局。

最有可能搶占下一個先機

業內對于固態電池將成為將來電池的發展方向已達成共識，國內外企業都在加大固態電池的研發速度，希望搶占市場先機，由此也帶來了行業上的競爭。

據外媒報道，韓國研究人員研發出一種技術，可以制成用于電動車的全固態二次電池。他們使用鋰、鑭、鋯和氧材料，制成了高強度的復合電解質片。此類電池結構可以大大減小電池包的體積,同時消除電池爆炸或起火的風險，即使在空氣中使用剪刀切割該電池，該電池也不會起火或爆炸。

由日本新能源產業技術綜合開發機構（NEDO）牽頭投資100億日元，豐田、本田、日產、松下等23家日本汽車、電池和材料企業，以及京都大學、日本理化學研究所等15家學術機構將共同參與研究，計劃到2022年全面掌握全固態電池相關技術。

國內方面，中科院青島能源所儲能院崔光磊團隊長期從事復合聚合物固態電解質研究，目前已研制出全海深高能量密度高安全固態鋰離子電池動力系統，能量密度達300Wh/kg，并且在馬里亞納海溝完成1萬米的高壓環境下完成深海探測。

中科院寧波材料所許曉雄團隊從事氧化物與硫化物固體電解質研究，已經開發出能量密度達到260Wh/Kg的10Ah固態單體電池。借助寧波材料所的技術，江西贛鋒鋰業在寧波當地投資5億元人民幣籌建億瓦時固態動力鋰離子電池加工線。第一代固態鋰離子電池技術通過中汽研汽車檢驗中心檢驗，放電容量約13Ah，能量密度約245Wh/Kg，循環1000次后容量保持率大于90%。

此外，包括寧德時代、國軒高科在內的鋰電巨頭也都有涉獵固態電池的布局、研發。

將來雖已來 但瓶頸仍存

盡管今朝的固態電池技術已經取得很大的沖破，但離商業化還有很長一段路要走，一些技術瓶頸還需要多方一起努力去沖破。

固態電池最大的技術瓶頸是固體電解質離子電導率低。電解質可為鋰離子在正負極之間搭建傳輸通道以實現電池內部電流的導通，決定鋰離子運輸順暢情況的指標被稱為離子電導率。離子電導率的高低筆直影響了電池的整體阻抗和倍率性能，一般聚合物固體電解質的電導率都比較低。

界面阻抗大也是制約固態鋰離子電池循環性能的一大難題。目前固體電解質與固體電極之間的界面接觸阻抗值是電解質本體阻抗的10倍以上，嚴重影響了離子的傳輸，導致電池的循環壽命、倍率性能差。

此外，大部分無機固體電解質屬于陶瓷電解質，機械性能相對較差等也是固態電池需要處理的問題。

后記：固態電池的發展，要經過半固態-準固態-全固態電池的過程，成本等問題也有待攻克。有專家認為，固態電池真正實現小規模量產預計在2020年以后，大規模使用需要更長的時間。但不可否認的是，固態電池已經邁生產業化的步伐，將來可期！

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