固态电池要取代锂电池还有很长的路要走

　　三元锂电池被固态电池取代的节奏正在变快。

　　近日，中国科学院宁波材料技术与工程研究所宣布，由其牵头承担的纳米先导专项“全固态电池”课题已通过验收，这一技术进步将进一步推动国内全固态锂电池的规模应用。

　　此消息一出，立即在电池行业中引起巨大反响。

　　业内人士告诉第一电动网：“以目前的三元锂电池的技术路线，动力电池能量密度单体要做到350Wh/kg的目标，在五年内基本不可能实现。而且，即便实现了，安全性也无法得到保障。因此，固态电池商业化能否突破，对汽车电动化的前景影响重大。”

　　作为电动汽车的核心，电池领域的突破无疑将对电池乃至汽车领域的发展产生重大影响，那么，固态电池能否马上取代三元锂电池？距离市场化还有多远？

　　三元锂电池的天然缺陷：能量密度和稳定性相互矛盾

　　“某一家企业单去年一年就有60起电动汽车燃烧爆炸事故。”在刚刚举办的中日韩锂电论坛上，北京大学新能源材料与技术实验室主任其鲁教授透漏。

　　其教授认为，三元锂电池存在很多缺陷，安全问题十分令人担忧。“无论从化学结构来讲，还是从电池结构来讲，三元材料都非常容易发热。如果不能把热量及时传导出去，电池就有爆炸的风险。然而现阶段，在电池的安全性、可靠性上，还没有完善的解决办法。“

　　除安全问题外，就增加电动汽车续航角度而言，三元锂电池的单体能量密度也已接近极限，难以被突破。电池包供应商正力蔚来常务副总裁周楠告诉第一电动：“现在，无论是行业政策，还是市场需求，新能源汽车对动力电池能量密度的要求都很高。在现有技术路线的体系下，要提高能量密度，只能提高镍材料或者添加CA，但高镍的热稳定性很差。所以，传统的电池一旦能量密度提高，也意味着稳定性的下降，电池内部热反应会非常剧烈，安全就成了很大的问题。”

　　正因为这样的原因，国家“863”计划节能与新能源汽车重大项目总体专家组专家肖成伟曾公开表示，三元锂离子动力电池目前已经看到能量密度的“天花板”了，高镍材料、碳硅负极的锂电池单体能量密度最高应该在300Wh/kg左右，正负不超过20Wh/kg。

　　按照国家动力电池技术路线图的规划，2020年锂离子电池的单体能量密度目标为350Wh/kg。从目前来看，这一目标已然不能实现。

　　而为了保证动力电池的高能量密度和安全性，固态电池研发的进展，给这个行业带来了光和亮。

　　国内外企业争相布局，固态电池成趋势

　　固态电池，顾名思义是一种使用固体电极和固体电解质的电池。由于固态电池电极和电解质都由固态物质制成，其固态电解质不可燃、无腐蚀、不挥发、不漏液，同时也克服了锂枝晶现象，即使被加热到非常高的温度，也不会着火，因而安全性更高。搭载全固态锂电池的汽车，自燃概率会大大降低。可以说，是下一代新能源汽车动力电池的理想对象。

　　目前，越来越多的国内外企业和研究机构将重心集中到了全固态锂电池上，也有不少汽车厂商都透露过基于固态电池打造电动汽车的计划。比如，大众曾宣布计划研发续航1000km固态电池；丰田汽车预计2022年完成固态电池的研发工作，并计划于2030年实现量产；日本经济省更是在2017年宣布出资16亿日元，联合丰田、本田、日产、松下、GS汤浅、东丽、旭化成、三井化学、三菱化学等国内顶级产业链力量，共同研发固态电池，希望2030年实现800公里续航目标。

　　国家新能源汽车重点科技专项首席专家欧阳明高院士也曾指出，国内不少科研院所、企业布局固态电池领域，中科院宁波材料所跟赣锋锂业合作，正在推进其产业化，计划2019年量产固态电池。

　　作为新能源汽车的“心脏”，动力电池无疑会决定新能源汽车的未来。业内人士普遍认为，动力电池未来发展路径是电解质从液态、半固态、固液混合到固态，最终必将实现全固态的过程。这促使初创公司，大学和特斯拉等知名巨头对电池技术的新一轮投资和研究。

　　丰田的时间表相对靠谱，固态电池量产可能要等到2030年

　　然而，固态电池想要进一步发展，尚需解决多重难题。

　　周楠告诉第一电动：“固态电解质是固态电池发展的关键，固态电池没有液体的浸润，同时也不需要隔膜，只用把固态电解质当成隔膜，放在正极极片和负极极片当中，那么金属物质的材料就变得尤为关键。”

　　电解质材料是全固态锂电池技术的核心，目前固态电解质的研究主要集中在三大类材料：聚合物、氧化物和硫化物。聚合物高温性能好，已经有商业化的应用案例；氧化物循环性能良好，适用于薄膜柔性结构；硫化物电导率最高，是未来主要方向。

　　不过，目前还有几个具体难题需要克服：

　　一是界面的导电率，固态电池导电率要维持在在适当的水平，不能过高，也不能过低，这样的材料非常难开发。

　　二是没有找到即兼顾高倍率又能快充的复合性材料，现在用的固态电解质材料只能容纳其中某一方面特性。

　　一位不愿具名的业内人士也表达了相同的看法。他认为：“固态电解质具有高的电阻，在功率密度方面还存在一些待解决的问题，需要从固态电解质、正负极材料上着手。电导率、电池倍率、电池制备效率、成本控制方面都存在不小的挑战，一旦这些问题能够有效解决，必将在未来掀起一场新的电池革命。”

　　既然困难重重，固态电池在新能源汽车上的全面应用，还有多长的路要走？

　　欧阳明高曾表示，预计全固态锂电池会在2025-2030年之间取得突破。今年5月，丰田动力总成部门的总经理Shinzuo Abe透露：“丰田期望在2020年以后能制造出固态电池，但若要实现固态电池的量产，还需要等到2030年以后。”

　　已在电池行业深耕十几年的周楠向第一电动坦言：“从跟以往的经验来看，丰田计划和实际情况基本上是能达到一致的。也许在最近这几年里，他们就能够推出固态电池，但具体产能是怎么样，成本能不能适应市场，还要打一个大大的问号。”（作者：陈婧涵）