固態(tài)電池能否取代鋰電池？

來源：李賽飛,電車資源刷新日期：2025-02-05 09:21:42 查看次數(shù)：10980

消費鋰電經(jīng)歷三十載征程，經(jīng)歷了日本獨大到中日韓“三足鼎立”的時期，在消費電子領域的格局已基本穩(wěn)定。動力電池作為新能源汽車核心零部件，電池的能量密度及規(guī)模直接決定了電動汽車的續(xù)航里程。

消費鋰電經(jīng)歷三十載征程，經(jīng)歷了日本獨大到中日韓“三足鼎立”的時期，在消費電子領域的格局已基本穩(wěn)定。動力電池作為新能源汽車核心零部件，電池的能量密度及規(guī)模直接決定了電動汽車的續(xù)航里程。因此，各大電池企業(yè)和汽車制造商都在想盡辦法突破電池“瓶頸”，具有高能量密度的固態(tài)鋰電池技術成為目前企業(yè)前沿技術首選方案。

近日，隨著2019年諾貝爾化學獎的誕生，來自美日等國的三名科學家因“開發(fā)鋰離子電池”，引起了動力電池行業(yè)的巨大轟動。作為三位諾獎得主在固態(tài)電池研究方面取得的成就，同樣受到大家關注，引燃了對固態(tài)電池的大討論。
動力電池在新能源汽車發(fā)展中扮演著十分重要的角色，自從2012年中國扶持新能源汽車開始，動力電池就備受各界關注，動力電池作為整車的核心零部件，不僅在價格方面占有很高的比例，在汽車續(xù)航里程方面也起到關鍵作用。隨著新能源汽車在行業(yè)的壯大，動力電池的研發(fā)技術也在一步步提升，并且出現(xiàn)了不同種類的電池，而近幾年最熱的便是固態(tài)電池。

一、2019年國內(nèi)外車企和電池公司都陸續(xù)布局固態(tài)電池技術

1、雷諾汽車高級副總裁吉爾斯.諾曼德在幾日前，公開表示，2025年將使用鈷態(tài)含量為零的固態(tài)電池，早在2018年初，雷諾日產(chǎn)-三菱聯(lián)盟設立10億美元風投基金，其首個投資項目便用于無鈷固態(tài)電池的研發(fā)。
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2、日前，從哪吒汽車官方獲悉，哪吒汽車正式與清陶科技達成全面合作關系，共同推進固態(tài)電池的研發(fā)與應用。
3、2019年4月天際汽車便與輝能科技達成了固態(tài)電池業(yè)務方面的合作。今年下半年蔚來汽車和愛馳汽車都陸續(xù)與輝能科技達成固態(tài)電池業(yè)務方面的合作，以搶先占領市場，完成固態(tài)電池的區(qū)域布局。
4、德國的大眾集團豪擲1億美元投資電池技術公司QuantumScape，力爭在2024年大規(guī)模生產(chǎn)固態(tài)電池。
5、寶馬也提出與美國固態(tài)電池商Solid Power達成戰(zhàn)略合作，希望盡快研發(fā)出車載固態(tài)電池。
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6、此外三星、戴森、奔馳等產(chǎn)業(yè)巨頭也紛紛布局涉足固態(tài)電池研發(fā)。
7、國內(nèi)除了中科院寧波材料所，中科院青島能源所、寧德時代、中航鋰電、比亞迪、贛鋒鋰業(yè)等多家研究機構和動力電池企業(yè)也都在從事固態(tài)電池的研發(fā)工作。
車企和電池公司以及研究院院紛紛布局固態(tài)電池技術，固態(tài)電池為何如此受歡迎呢?與傳統(tǒng)鋰電池比較有什么優(yōu)勢呢？

二、固態(tài)電池與傳統(tǒng)鋰電池優(yōu)缺點分析

固態(tài)電池發(fā)展于20世紀70年代，最早應用于心臟起搏器。固態(tài)電池是一種使用固體電極和固體電解質(zhì)的電池，是一種電池科技。固態(tài)電池具有不可燃、耐高溫、無腐蝕、不揮發(fā)的特性。固態(tài)電池一般功率密度較低，能量密度較高。

優(yōu)點：

①　直接使用金屬鋰做負極，重量輕且能量密度高，保證車輛續(xù)航能力。傳統(tǒng)鋰電池能量密度一般為200KW/kg,而固態(tài)電池能量密度可達400KW/kg.

②　固態(tài)電解質(zhì)取代傳統(tǒng)隔膜和電解液，電池厚度薄，體積小，質(zhì)量輕。

③　固態(tài)電池具有極好的柔韌性前景，可以保證其電池性能不衰退。

④　固態(tài)電解質(zhì)不燃燒，耐潮濕，電池安全系數(shù)比傳統(tǒng)鋰離子電池高。

缺點：生產(chǎn)成本高以及技術研發(fā)困難?

?傳統(tǒng)鋰電池使用液體電解質(zhì)，液體電解質(zhì)易燃、易爆、易揮發(fā)，在受到外部撞擊或者其他極端情況時，就會發(fā)生電池短路，起火燃燒的現(xiàn)象。
新能源汽車國家大數(shù)據(jù)聯(lián)盟8月公布的《新能源汽車國家監(jiān)管平臺大數(shù)據(jù)安全監(jiān)管成果報告》顯示，自5月起，新能源汽車國家監(jiān)管平臺共發(fā)現(xiàn)79起安全事故，58%的車輛起火原因是電池問題，86%的涉事車輛使用三元鋰電池。市場上目前最常見的是三元鋰和磷酸鐵鋰電池，但由于成本控制、安全、原材料渠道以及補貼政策的退坡等方面的原因，已無法滿足當下新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需求。

優(yōu)點：生產(chǎn)成本低，產(chǎn)品量產(chǎn)大。

缺點：安全系數(shù)低，容易爆炸，能量密度局限性大。

從上面的比較中可以看出，固態(tài)電池在成本以及技術方面的問題嚴重阻礙了固態(tài)電池的發(fā)展，而鋰電池在汽車發(fā)展中導致的車輛起火問題也嚴重影響了鋰電池的發(fā)展，雖然固態(tài)電池遭遇了瓶頸，但是在未來的時間里，可以攻克這個問題，然而鋰電池的問題最終會導致它被市場所淘汰。

三、固態(tài)電池發(fā)展阻力

技術困難：

固態(tài)電池在固態(tài)電解質(zhì)的導電率、內(nèi)阻界面阻抗及相容性上存在著問題，因而固態(tài)電池短時間內(nèi)不能量產(chǎn)應用于市場。
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①　固態(tài)電解質(zhì)材料限制大，電池整體阻抗和倍率性能低。固體電解質(zhì)是固態(tài)電池的核心，目前應用的固態(tài)電解質(zhì)有三種體系：聚合物、氧化物、硫化物。這三種固態(tài)電解質(zhì)材料各有優(yōu)勢，然而他們共同的缺點是：低離子電導率。低離子電導率會阻礙鋰離子在電池正負極之間的運動，導致鋰離子傳輸速度和效率降低，在高倍率大電流下運動能力變差，電池能量密度和功率密度都將下降。
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②　固態(tài)電解質(zhì)與正負極之間以固/固界面的方式接觸，接觸面積小，界面阻抗大，電池循環(huán)壽命、倍率性能差，導致充電速度緩慢。
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③　目前，針對無機固體電解質(zhì)的測試顯示，大部分固體電解質(zhì)機械性能相對較差，易破碎開裂，導致電池短路，發(fā)生泄漏。
成本昂貴：

毋庸置疑，固態(tài)電池成本是十分昂貴的，這與固態(tài)電解質(zhì)材料有很大關系，具有良好性能的材料成本昂貴，而成本可接受的材料的導電度與穩(wěn)定性較差。目前市場上的傳統(tǒng)鋰電池成本大約在200-300美元/千瓦時，而生產(chǎn)滿足智能手機供電需要的固態(tài)電池成本則需要1.5萬美元（按現(xiàn)有技術條件），那么可想而知生產(chǎn)滿足新能源汽車供電的固態(tài)電池成本為多少，據(jù)估算（按現(xiàn)有技術條件）成本費用約為9000萬美元。

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四、發(fā)展前景向好

固態(tài)電池發(fā)展前景向好，只需在時間里開花結(jié)果。

2019年10月9日,鋰電池斬獲諾貝爾化學獎，此次化學獎由三位科學家共同獲獎,以表彰三人在鋰電池開發(fā)上的貢獻,在國內(nèi)新能源環(huán)境低迷的情況下，這給車企、電池企業(yè)帶來了雨露，鋰電池再一次受到關注，而作為鋰電池全新領域的固態(tài)電池也被這些科學家所看好，兩年前，95歲高齡的古迪納夫帶領工程師團隊打造了一個新型全固態(tài)電池，不過僅限實驗，能否量產(chǎn)應用于市場還有待考究。而現(xiàn)年97歲的約翰·B·古迪納夫依然在不停地工作，攻克技術難題，尋找解決固態(tài)電池難題的辦法。
目前中國已成為世界上最大的汽車生產(chǎn)國和消費國，伴隨著環(huán)境污染和能源緊缺問題，新能源汽車在未來的發(fā)展中定會斬落頭角。而電動汽車也會逐漸普及全中國進入尋常百姓家，為了滿足廣大市民的出行需求和解決環(huán)境以及能源緊缺問題，固態(tài)電池的技術研發(fā)刻不容緩，現(xiàn)階段固態(tài)鋰電池量產(chǎn)產(chǎn)品很少，產(chǎn)業(yè)化進程仍處于早期。根據(jù)資料顯示，固態(tài)電池有望在2025年實現(xiàn)量產(chǎn)。
固態(tài)電解質(zhì)相對于液態(tài)電解質(zhì)電導率較低，因此為了降低電池的內(nèi)阻，提高電池的大電流放電能力，需要將固態(tài)電解質(zhì)膜盡可能的做薄。目前國內(nèi)有北京大學、中國電子科技集團等院所正在進行固態(tài)鋰電電解質(zhì)的研究。目前國家項目有計劃用材料基因組來做固態(tài)電池。
從海外各家企業(yè)實驗與中試產(chǎn)品來看，固態(tài)鋰電池能量密度優(yōu)勢已開始凸顯，明顯超過現(xiàn)有鋰電水平。相信在不久的將來固態(tài)電池的難題會被攻克。

電車資源小結(jié)

固態(tài)電池相較于鋰電池有太多優(yōu)勢，而隨著國家政策和世界格局的變化，電動汽車將會在全世界普及和發(fā)展，這為固態(tài)電池的發(fā)展提供了良好機遇，固態(tài)電池的量產(chǎn)有利于緩解世界環(huán)境和能源問題，為電動汽車提供綠色環(huán)保新動力。在未來的發(fā)展中傳統(tǒng)鋰電池會被“洗”掉，而固態(tài)電池雖然由于種種困難目前不能實現(xiàn)量產(chǎn)，但它只需在時間里等待開花結(jié)果。
來源 | 電車資源李賽飛

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