钜大LARGE | 点击量：550次 | 2021年04月06日
固态电池成电动汽车超越燃油车的最大希望么？
在年初举办的2018CES（拉斯维加斯国际消费电子展）上，固态电池突然成为了热点话题，起因是万向旗下的Fisker公司在公布全新电动跑车Emotion时，提到了由于搭载石墨烯固态电池，这款电动跑车实现644km以上的续航里程，甚至可以吊打特斯拉。
通常来说，锂离子电池由正极、负极、隔膜、电解液等部分组成，无论是最初的镍氢电池、锰酸锂离子电池、后来的磷酸铁锂离子电池，还是如今已广为人知的三元锂离子电池（镍钴锰和镍钴铝），说的其实都是电池的正极材料，对电芯能力密度影响最大的就是它。
众所周知，磷酸铁锂离子电池在能量密度方面的提升空间已非常有限，不提升能量密度，就无法提升电动汽车的续航里程。于是，动力锂电池的生产公司已经开始由磷酸铁锂离子电池全面倒向三元锂离子电池的优化升级，但从长远来看，这些方式都很难让三元锂离子电池的能量密度突破300Wh/kg。那么，这个行业内普遍认同的研发瓶颈出现后，应该如何捅破天花板完成未来目标呢？（2020年350Wh/kg，2025年400Wh/kg，2030年500Wh/kg），下面就轮到固态电池登场了！
使用固态电解质的锂离子电池可以摆脱石墨材料的束缚，转而去采用金属锂作为负极，使得整个电池系统的能力密度大大提升。从现在的试验数据看，300-400Wh/kg能量密度的全固态电池已经不在话下，有人预测未来达到900Wh/kg也不是没有可能。更重要的是，固态电池可以在更高温（可长期在60-120C温度下）、更大电流、更高电压下工作，较液态电解质锂离子电池应用范围更加广泛。
正因如此，尽管目前全固态电解质的成本非常昂贵，但全球各大相关公司、研究机构都纷纷将固态电池技术作为重要研发方向。
符合Exic IIB T4 Gc防爆标准
充电温度：0~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃最大放电倍率：1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%
而就在上周末举办的2018我国电动汽车百人会论坛上，新兴固态电池的开发同样成为关注的焦点。
就连工信部部长苗圩也在致辞中强调，在我国新能源汽车发展的下一步工作中，要重点攻克下一代锂离子电池和固态电池等新体系电池的关键核心技术。他强调，我们2020年单体电池要做到350瓦时每公斤，模组要做到260，这个还是蛮有挑战的。（我们要）提升正向设计开发的能力，不断提高整车的轻量化和智能化水平，努力使整车性能达到甚至超过燃油汽车。
其实，正如我国电动汽车百人会执行副理事长、我国科学院院士欧阳明高评价的那样，2017年是固态电池最火热的一年。
据欧阳明高介绍，日本在无机硫化物固态电解质方面取得重要突破，丰田公司出台固态电池量产计划，在2022年实现商品化。
2017年十月，丰田汽车公司副社长迪迪尔勒罗伊宣称要在2025年前推出新一代电池固态电池，其能大幅新增电动汽车续航里程。他表示，丰田公司正投入200多人进行开发，并强调丰田在固态电池方面的专利为前列。去年底，宝马宣布与电池技术公司SolidPower建立新的合作关系，目的正是进行固态电池的研发，以用于商业化电动汽车的搭载。
而日立公司也宣布其固态电池技术已经研发完成。公司现在就可以供应与当前锂离子电池相同性能的固态电池，能更好的处理温度变化，拥有更长的循环寿命。日立佐森总裁TakashiTanisho透露，目前已经将固态电池的样品送到了特种航天和汽车行业的潜在客户。
与此同时，我国国家电池创新中心和中科院物理所在减缓富锂锰基固溶体材料衰减、北京大学项目团队在开发新结构的富锂正极材料等项目上也取得了不同程度的进展，欧阳明高表示：大家了解三元811正极比容量只有210毫安时/克，现在新结构富锂正极材料已经做到400毫安时/克，这为实现锂离子电池500瓦时/公斤的目标供应了可能性。
值得一提的是，目前国内三元材料电池出货的领头羊宁德时代同样在固态电池领域研究颇多，并且已申请到了包括固态电解质膜片及锂离子电池、锂离子电池的固态电解质材料等多项专利。
而刚刚在CES2018上引发轰动之后，万向也在百人会论坛上发声万向A123系统有限公司工程副总裁陈旸透露，我们可能没有采用很激进的做法，我们是从熟悉的三元+石墨这个体系开始去研究固态电解质的集成与生产与产业化的问题，第一步最简单，我们逐步引入硅碳负极、锂金属负极以及先进的正极材料，逐步走向全固态的过程。他透露，目前万向A123正在全球与多个合作伙伴共同从事这个项目的研究，而且我们把制造性、产业化作为研究的重点。
而北大先行科技产业有限公司总裁、CEO高原认为，固态电池风险高但是回报也高，现在我们听的很多的就是全固态电池，全固态电池它当然好处可以用锂金属，用了锂金属负极的能量密度就大大提高了，当然好处就是固态电解液室温下的电导率，还有大家不谈的一个事情，即便我们用锂金属做负极，虽然算起来能量密度很高，比如你算出来要一公斤的锂金属，可能要往里面放三四倍所要的锂金属，因为每一次锂金属循环回来的时候他都会形成一个新的表面，新的表面会消耗一部分锂。
当然，也有专家提醒大家注意固态电池的虚火。我国工程院院士杨裕生就直言不讳，最近大家可能很关注固态电池，实际上正确讲应该是全固态电池，但是现在把固态电池里面放一点少量的有机电解液，也叫做固态电池，实际上这个是有点不伦不类。真正的全固态电池安全性是高的，这个可能是10年以后的事情，把希望寄托在10年以后的电池，来发展当前的电动汽车，这是虚无缥渺。
而欧阳明高此前同样强调：全固态锂离子电池，这个词每一个字都不能少、不能变，比方说‘全固态’跟‘固态’是不相同的，‘锂离子电池’和‘锂离子电池’不是一个概念。所谓‘全固态锂离子电池’是一种在工作温度区间内所使用的电极和电解质材料均呈固态，不含任何液态成分的锂离子电池，所以我们全称是‘全固态电解质锂离子电池’。
而目前有所突破、有性能优势和产业化前景的，重要是固态锂离子电池。欧阳明高解释说，固态锂离子电池，其电解质是固态，但在电芯中有少量的液态电解质；所谓半固态，就是固态电解质、液态电解质各占一半，或者说电芯的一半是固态的、一半是液态的，所以还有准固态的，就是重要为固态、少量是液态。
此前提到的，丰田做的不是全固态锂金属电池，做的是固态锂离子电池，它的负极是石墨类，硫化物电解质，高电压正极，单体电池容量15安时，电压是十几V的那种，2022年实现商品化，这个是靠谱的……所以在日本，并没有颠覆，还是锂离子电池，正负极还可以用以前的。韩国，也是石墨类负极，并不是金属锂负极，跟日本差不多。欧阳明高表示，中、日、韩的情况是类似的，因为我们已经有了很大的锂离子电池的产业链，不希望推倒重来。
尽管开发混合固液电解质电池和全固态金属锂离子电池，还面对很多科学与技术的挑战，也包括控制成本方面的挑战，但固态电池仍然是一项我们有望亲眼看到的，或将改变汽车的技术变革。
