钜大LARGE | 点击量：733次 | 2022年08月08日
三元锂离子电池的下一代接班人——固态电池？
就在2017年的最后几天，日本著名的火花塞制造商NGK对外宣称将大力开发固态电池技术，为未来“无内燃机”时代做准备。
NGK高级工程和研发总经理Takio表示：“我们意识到，行业在某种程度上将不可避免地从内燃机转向电池电动汽车，最终导致我们的火花塞和氧传感器业务过时。”NGK涉足固态电池的理由是他们先进陶瓷工艺方面的专业技术将为固态电池的研发提供优势。
其实在固态电池研发方面，早就有一批企业捷足先登。包括本田、现代和丰田在内的几家老牌汽车制造商都在研发固态电池技术。而新兴的菲斯克汽车(Fisker)和刚开始涉足电动汽车领域的真空吸尘器制造商戴森也计划使用固态电池来迎接即将到来的电动汽车时代。
可能很多朋友对于固态电池这个概念还比较陌生，不过行业内有人认为它将是继三元锂电池之后的下一轮动力电池热点。对于这块还处于技术积淀的新领域，我们有必要了解下其特点。
固态电池是一种使用固体电极和固体电解液的电池。由于固态电池的功率重量比较高，所以它被认为电动汽车理想的电池。传统的液态锂电池被形象地称为“摇椅式电池”，摇椅的两端为电池的正负两极，中间为电解质(液态)。而锂离子就像优秀的运动员，在摇椅的两端来回奔跑，在锂离子从正极到负极再到正极的运动过程中，电池的充放电过程便完成了。固态电池的原理与之相同，只不过其电解质为固态，具有的高密度结构可以让更多带电离子聚集在一端，传导更大的电流，进而提升电池容量。因此，同样的电量，固态电池体积将变得更小。不仅如此，固态电池中由于没有电解液，封存将会变得更加容易，在汽车等大型设备上使用时，也不需要再额外增加冷却管、电子控件等，不仅节约了成本，还能有效减轻重量。
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%
由于锂离子电池的基本发展方向就是达到更高的能量密度，日本和中国计划到2030年将动力电池电芯能量密度提升到500Wh/kg。从能量密度考虑，液体电解质电池极限不可能高于500Wh/kg，而全固态锂电池目前的能量密度已经能够达到约400Wh/kg，预估最大潜力值达900Wh/Kg。
另外，安全性方面来说，全固态锂电池优势非常明显，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，搭载全固态锂电池的汽车的自燃概率会大大降低。
日系企业依然走在前列
丰田虽然在插电技术方面明显落后，但是对于固态电池和氢燃料电池的研发却一直抓得很紧。他们计划于2020年用固态电池取代锂电池，其能量密度是锂电池的三到四倍。丰田负责材料工程的高管ShigekiSuzuki表示，丰田将于2020年全面实现全固态电池商业化，并在未来几年内使用锂空气电池。
2016年11月24日，三井金属发布了下一代的锂离子二次电池的“全固态电池”用的硫化物固态电解质。三井金属将会与电池厂商和汽车厂商等合作，到2020年将实现量产化。
日立在固态电池的研发也走得很靠前。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。此外，日立正在与一个未公开的日本电池制造商合作，完善一些细节上的问题，并在2020年之前将固态电池投放市场，而且可能不会在日立的品牌下出售。事实上，日立在前沿科技上一直保持着领先地位，日立已经开发出了一款续航约400公里的纯电动汽车(EV)用锂离子电池技术。
欧美企业同样激进
早在2015年，汽车配件制造商博世集团成功收购了位于加州海沃德市的Seeo电池公司。Seeo公司研发的新一代固态锂电子电池有能力将电池的能量密度从50%提升至100%，目前已经研发出能量密度达到350Wh/KG的电池，这大约是目前已使用的电动汽车中的电池的两倍密度。Seeo公司的DryLyte“固态”聚合物电解质不易挥发，也不易燃，这就意味着这种电解质能够在更高的温度下使用。
而在2017年11月，新兴的电动汽车品牌Fisker申请了一个固态锂电池专利，最高续航800公里，充电只要1分钟。Fisker的固态电池项目负责人是戴森旗下固态电池公司Sakti3的创始人。2015年，Sakti3就声称研发出成本低至100美元每瓦时、能量密度高达1000瓦时/公斤的新型固态电池了。Fisker在其发布会中说到，固态电池有许多限制，例如低功率和低速率能力，这是由分层的电极结构以及低温等引起的。Fisker的充电技术采用三维电极结构，这使得电极的表面积比平面薄膜的面积大25倍，这种结构能够适应不同的电压和形状因素，能量密度是锂电池的2.5倍。
另外，宝马和苹果在固态电池方面也早已经展开研发。
中国企业也早开始布局
在电动汽车领域，中国的企业一直保持与世界先进同步。2017年8月9日，华气电池(浙江)10亿安时聚合物固态动力锂电池项目在丽水生态产业集聚区松阳分区开工建设。
早在2016年底，宁德时代也已经透露出其布局“固态电池”的决心，宁德时代在做固态电池之前对全球做固态电池的企业做了调研。宁德时代在研发过程中，也在关注固态电池的制造问题，固态电池整个制造工艺跟传统的锂离子的制造工艺不同，需要新的设备，新的工艺，所以宁德时代也同时进行工艺的研发。
固态电池虽然前景不错，但现在最具考验的地方在于价格。液态锂电池的成本大约在200~300美元/千瓦时，如果使用现有技术制造为智能手机供电的固态电池，其成本会达到1.5万美元，而足以为汽车供电的固态电池成本更是达到令人咋舌的9000万美元。固态电池生产成本居高不下的重要原因在于生产效率低下。
小电评：
固态电池拥有两个最大的优势，一个是能量密度，一个是安全性，这两样恰好是目前最热的三元锂电池难以突破的地方，因此它会认为是下一轮电池的风口也不奇怪。不过，由于目前固态电池制备技术成熟度不够，能形成规模产能的企业有限，技术规模化扩产需要克服的困难还很多，仍处于研发和试产阶段。但可以预期的是，随着研发和工业技术的不断发展，固态电池的科学和工艺上的问题会逐渐得到缓解。目前大家能够看到未来有可能推广的技术还包含燃料电池、超级电容器、铝空气电池、镁电池等，固态电池能否脱颖而出，还需要多方面的努力。
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