固態(tài)電池成行業(yè)新寵 商業(yè)化之路卻道阻且長(zhǎng)
近日，“固態(tài)電池”頻頻躍上新聞稿，究竟什么來(lái)頭？不僅豐田，寶馬也計(jì)劃量產(chǎn)固態(tài)電池車(chē)，隔空“叫板”特斯拉，但是據(jù)業(yè)內(nèi)人士表示，固態(tài)電池的商業(yè)化之路“道阻且長(zhǎng)”！吃瓜群眾只想說(shuō)：“扎心了！老鐵！”
據(jù)媒體報(bào)道稱(chēng)，豐田配備固態(tài)電池可大幅提升全新電動(dòng)車(chē)的續(xù)航里程，并且縮短充電時(shí)間。這款新固態(tài)電池電動(dòng)汽車(chē)預(yù)計(jì)將于2022年正式上市。豐田為何有如此的信心？
通過(guò)專(zhuān)利數(shù)量比較可以看出，豐田擁有的固態(tài)電池專(zhuān)利數(shù)量遙遙領(lǐng)先，此外中國(guó)軍團(tuán)中，寧波大學(xué)、中科大、華為、中國(guó)電科十八所、中科院物理所占據(jù)了專(zhuān)利排行榜前十中的五個(gè)席位。可以看出，在鋰電池盛行當(dāng)?shù)赖谋尘跋?，我?guó)對(duì)固態(tài)電池的研究仍在不斷升溫。
固態(tài)電池到底“何德何能”吸引眾多企業(yè)與機(jī)構(gòu)對(duì)其進(jìn)行研究？
相較于傳統(tǒng)鋰電池，固態(tài)鋰電池的差異在于電解質(zhì)固態(tài)化。全固態(tài)鋰電池與傳統(tǒng)鋰電池一樣，包括電池各單元(正極、負(fù)極、電解質(zhì))，其工作原理與傳統(tǒng)鋰電池的原理相同。
在早期日本媒體的報(bào)道中，提到固態(tài)電池的優(yōu)點(diǎn)只有一條：充電快。豐田發(fā)言人說(shuō)，豐田全新電動(dòng)汽車(chē)配備的全固態(tài)電池，可在幾分鐘內(nèi)完成充電過(guò)程，但是對(duì)具體的產(chǎn)品規(guī)劃不予評(píng)論。
固態(tài)電池優(yōu)點(diǎn)
安全性極高。與傳統(tǒng)鋰電池相比，全固態(tài)電池最突出的優(yōu)點(diǎn)是安全性。液態(tài)電解質(zhì)易燃易爆，以及在充電過(guò)程中鋰枝晶的生長(zhǎng)容易刺破隔膜，引起電池短路，造成安全隱患。而固態(tài)電解質(zhì)不可燃、無(wú)腐蝕、不揮發(fā)、不存在漏液?jiǎn)栴}，也克服了鋰枝晶現(xiàn)象，因而全固態(tài)電池具有極高安全性。
能量密度高。固態(tài)電池電解質(zhì)能阻隔鋰枝晶生長(zhǎng)，材料應(yīng)用體系范圍大幅提升，為具有更高能量密度空間的新型鋰電池技術(shù)奠定基礎(chǔ)。目前，固態(tài)電池研發(fā)可提供的能量密度基本可達(dá)300-400Wh/kg。
循環(huán)性能強(qiáng)。固態(tài)電解質(zhì)解決了液態(tài)電解質(zhì)在充放電過(guò)程中形成的固體電解質(zhì)界面膜的問(wèn)題和鋰枝晶現(xiàn)象，大大提升了鋰電池的循環(huán)性和使用壽命，理想情況下循環(huán)性能表現(xiàn)優(yōu)異，能夠達(dá)到45000次左右。
適用范圍擴(kuò)大。固態(tài)電解質(zhì)賦予固態(tài)鋰電池結(jié)構(gòu)緊湊、規(guī)?？烧{(diào)、設(shè)計(jì)彈性大等特點(diǎn)，即可應(yīng)用于驅(qū)動(dòng)微型電子器件，也可用于動(dòng)力和儲(chǔ)能領(lǐng)域。此外，固態(tài)電池也擁有更寬的溫度工作范圍，目前基本保證-25℃—60℃的溫度范圍。
說(shuō)完優(yōu)點(diǎn)，再說(shuō)缺點(diǎn)
快充比較難。固態(tài)電池有倍率性能很低的LiPON系列電池(實(shí)際上氧化物體系的電解質(zhì)普遍倍率性能不佳)，也可以基于硫系高性能電解質(zhì)做出高倍率還不錯(cuò)的固態(tài)鋰硫電池。但是總體來(lái)說(shuō)，作為動(dòng)力電源使用，固態(tài)電池在高倍率性能方面還是有很多挑戰(zhàn)的。
成本價(jià)格高。據(jù)了解，液態(tài)鋰電池的成本大約在200-300美元/千瓦時(shí)，如果使用現(xiàn)有技術(shù)制造足以為智能手機(jī)供電的固態(tài)電池，其成本會(huì)達(dá)到1.5萬(wàn)美元，而足以為汽車(chē)供電的固態(tài)電池成本更是達(dá)到令人咋舌的9000萬(wàn)美元。
面對(duì)固態(tài)電池的諸多不確定因素，依然阻擋不住研究機(jī)構(gòu)與企業(yè)的研究布局。
早在2015年，英國(guó)富豪詹姆斯·戴森和德國(guó)汽車(chē)零部件巨頭博世分別收購(gòu)了固態(tài)電池公司SaKti3和固態(tài)電池創(chuàng)業(yè)公司Seeo。據(jù)了解，2016年8月戴森出資14億美元，興建一座電池工廠，用于大量生產(chǎn)固態(tài)電池。博世也不甘落后，在收購(gòu)Seeo后又與GSYUASA電池公司和三菱重工共同建立了新工廠，主攻固態(tài)陽(yáng)極鋰離子電池。
此外有海外媒體報(bào)道稱(chēng)，寶馬近日正在研發(fā)一款鋰離子電池，這款電池將用固態(tài)電解質(zhì)代替現(xiàn)有的電解液，新電池計(jì)劃2026年量產(chǎn)。
不僅僅國(guó)外企業(yè)布局，國(guó)內(nèi)鋰電企業(yè)也在爭(zhēng)搶“蛋糕”
CATL在硫化物固態(tài)電池方面比較成熟，目前正加速開(kāi)發(fā)EV用的硫化物全固態(tài)鋰金屬電池研發(fā)的步伐。
據(jù)媒體報(bào)道，環(huán)宇賽爾新能源、河南鋰動(dòng)電源等企業(yè)也紛紛布局固態(tài)電池。
隨著科研機(jī)構(gòu)的深入研究與企業(yè)的不斷布局，市場(chǎng)對(duì)固態(tài)電池的期待越來(lái)越大，然而距離固態(tài)電池商業(yè)化還有較長(zhǎng)一段距離。
豐田曾經(jīng)表示，希望能在2020年其新能源車(chē)上應(yīng)用固態(tài)電池技術(shù)。從理論提出的時(shí)間以及該技術(shù)發(fā)展進(jìn)程來(lái)看，固態(tài)電池并不是一個(gè)新的概念，但研發(fā)進(jìn)展并沒(méi)有想象的那么快速。正如液態(tài)鋰電池，在上世紀(jì)70年代，相關(guān)的理念和實(shí)驗(yàn)認(rèn)證就在齊頭并進(jìn)，但真正大規(guī)模的使用，已經(jīng)是20世紀(jì)末了。
不僅僅是時(shí)間問(wèn)題，成本高一直都是固態(tài)電池發(fā)展的“攔路虎”。目前，固態(tài)電池面臨著以下技術(shù)難題：固態(tài)電解質(zhì)與正負(fù)極之間界面阻抗過(guò)高、固態(tài)電解質(zhì)電導(dǎo)率偏低、材料成本制備成本昂貴等。據(jù)企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)表示，多項(xiàng)技術(shù)正逐步推進(jìn)，相繼提出相應(yīng)的解決方案，但是固態(tài)電池的前進(jìn)之路并不是那么順暢。
一句話，固態(tài)電池的發(fā)展還處于早期階段，目前所有的數(shù)據(jù)和特性都是實(shí)驗(yàn)室的，距離商業(yè)化還有很長(zhǎng)的一段路要走，“道阻且長(zhǎng)”！
