钜大LARGE | 点击量：316次 | 2023年01月03日
动力锂电池巨变已在前夜 固态电池是锂电池发展方向？
这段时间固态电池又成了一个热门话题，似乎锂电池能量密度低的问题马上就要解决了，纯电动汽车里程焦虑也将成为过去。那么固态电池究竟是个什么东西，会带来锂电池的革命么？
在说固态电池之前先来回顾一下普通电池的结构，它有点像我们日常吃的花卷，先把面擀平了，然后在上面撒上葱花，最后把它卷起来。锂电池呢，最下面是一层铜箔，之上是一层石墨，再往上是绝缘层，最上面的是锂离子材料。
其中，铜箔和石墨是负极，锂离子材料是正极。然后把这些东西像做花卷相同卷起来就是电池了，当然其中还有很多细节，比如添加电解质、导电剂、粘合剂等等，这里就不细说了。
充电池时，锂离子从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。可以把锂离子理解成勤劳的工人，负极是他们的住所，正极是工作的厂。充电时工人们从厂回到家里休息；放电时则从家里前往厂工作。
在锂电池中，参和放电只是锂离子而已，它的质量大概是整个电池的2%，其他的部件都是维持电池结构和功能的，所以锂电池的能量密度低的可怜。其中电解液和隔膜占了总质量的20%左右，而固体电池就是将电解液换成了固体粉末，那么就省去了隔膜这个部件，另外固态粉末要比电解液体积要小。所以总体来看，电池能量不变重量减轻，能量密度是有所提升的。
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%
优点不只是表面看上去的能量密度提升，前面有提到，锂电池的充放电类似于工人在厂和家之间往返。但有个问题，为了维持正极的结构，在充电时锂离子不能全部移动到负极去，也就是有即使下班了，还要留一部分工人在厂值班，不然就会出问题。所以现在锂电池的研究方向都集中在正极材料上，如何让更多的工人回家休息，或者新增厂的面积，可以容纳更多的工人。
比如NCM811电池，这是之前TSLA用的锂电池型号，NCM代表镍、钴、锰三种元素，811是它们之间的比值；再比如CATL的NCM532、NCM622这些电池，都是在正极上面做修改，就是为了提升电池的能量密度。
固态电池由于节省了一部分材料以及改变了电解液，所以会省下来一部分空间，如此给正极的设计空间就更大，可以扩建那个厂了。另外固态电池甚至可以省略正极，在电压的加持下，负极渗透过来形成正极，这样给予正极的设计空间就更大了。
所以固态电池不仅看起来会提升能量密度，同时它的结构优势给予了电池设计更大的空间，当固体电池技术愈发成熟后，能量密度会随着设计的优化，有更大幅度的跃升。
除了提升能量密度外，固体电池安全性能也有所提升。目前锂电池中的电解液会和正极材料发生缓慢的化学反应，这个过程中释放很少一部分气体，所以锂电池都会设计一个泄气阀。但假如发生意外，像穿刺、变形等情形，气体就会大量出现随后撑破外壳发生爆炸。
固态电池就没这方面的问题，因为固体的电解质不会出现气体，自然爆炸的风险就降低了很多。另外在遇到穿刺、挤压等外力破坏时，固态电池也更加不容易发生短路。
能量密度更高、安全性更强，看起来固态电池无比美好，但离车载电池还是有一定距离。这里有一个问题就是接触电阻，接触电阻越大，电池快速充放电时出现的热量也越大，会影响电池的性能。如何减小接触电阻，这就要电池的突出的极耳和里面的正负极接触面积越大越好。
原先这个极耳是浸润在电解液中的，现在换成了固态电解质，那么接触面积就会小很多，所以面对大功率充放电时，热量会很大。目前我看有关固态电池的一些论文中，很多新技术都是为了减小接触电阻，新增电子流动速度。不过很多都是实验室中的技术，未来何时能够普及就不了解了。
另外，有关固态电池一些新技术，虽然可以支持大功率充放电，但是对电池寿命有影响，充放电循环次数只有现在电池的一半。所以，固态电池真正投入商业还是有不小挑战。不过，固态电池一定是锂电池的一个发展方向，现在大众、福特、丰田、CATL、LG、三星等众多公司都在作相关的研究，相信在市场的驱使下技术很快会得到突破。
至于说，今年年内上市的固态电池，我还是有疑问的，毕竟它们没有披露技术细节，不了解只是炒固态电池这一概念，还是有真的突破性技术。我认为比较靠谱的突破可能是3、5年后，目前锂电池行业主流的观点也是在2025年将能量密度提升到400Wh/kg，相较现在提升了33%。究竟发展速度有多快，我们还是拭目以待吧。
