近日，中國科學院寧波材料技術與工程研究所宣布，由其牽頭承擔的納米先導專項“全固態電池”課題已通過驗收，這一技術進步將進一步推動國內全固態鋰電池的規模應用。

 

        此消息一出，立即在電池行業中引起巨大反響。

 

        業內人士告訴第一電動網：“以目前的三元鋰電池的技術路線，動力電池能量密度單體要做到350Wh／kg的目標，在五年內基本不可能實現。而且，即便實現了，安全性也無法得到保障。因此，固態電池商業化能否突破，對汽車電動化的前景影響重大。”

 

        作為電動汽車的核心，電池領域的突破無疑將對電池乃至汽車領域的發展產生重大影響，那么，固態電池能否馬上取代三元鋰電池？距離市場化還有多遠？

 

        三元鋰電池的天然缺陷：能量密度和穩定性相互矛盾

 

        “某一家企業單去年一年就有60起電動汽車燃燒爆炸事故。”在剛剛舉辦的中日韓鋰電論壇上，北京大學新能源材料與技術實驗室主任其魯教授透漏。

 

        其教授認為，三元鋰電池存在很多缺陷，安全問題十分令人擔憂。“無論從化學結構來講，還是從電池結構來講，三元材料都非常容易發熱。如果不能把熱量及時傳導出去，電池就有爆炸的風險。然而現階段，在電池的安全性、可靠性上，還沒有完善的解決辦法。“

 

        除安全問題外，就增加電動汽車續航角度而言，三元鋰電池的單體能量密度也已接近極限，難以被突破。電池包供應商正力蔚來常務副總裁周楠告訴第一電動：“現在，無論是行業政策，還是市場需求，新能源汽車對動力電池能量密度的要求都很高。在現有技術路線的體系下，要提高能量密度，只能提高鎳材料或者添加CA，但高鎳的熱穩定性很差。所以，傳統的電池一旦能量密度提高，也意味著穩定性的下降，電池內部熱反應會非常劇烈，安全就成了很大的問題。”

 

        正因為這樣的原因，國家“863”計劃節能與新能源汽車重大項目總體專家組專家肖成偉曾公開表示，三元鋰離子動力電池目前已經看到能量密度的“天花板”了，高鎳材料、碳硅負極的鋰電池單體能量密度最高應該在300Wh／kg左右，正負不超過20Wh／kg。

 

        按照國家動力電池技術路線圖的規劃，2020年鋰離子電池的單體能量密度目標為350Wh／kg。從目前來看，這一目標已然不能實現。

 

        而為了保證動力電池的高能量密度和安全性，固態電池研發的進展，給這個行業帶來了光和亮。

 

        國內外企業爭相布局，固態電池成趨勢

 

        固態電池，顧名思義是一種使用固體電極和固體電解質的電池。由于固態電池電極和電解質都由固態物質制成，其固態電解質不可燃、無腐蝕、不揮發、不漏液，同時也克服了鋰枝晶現象，即使被加熱到非常高的溫度，也不會著火，因而安全性更高。搭載全固態鋰電池的汽車，自燃概率會大大降低。可以說，是下一代新能源汽車動力電池的理想對象。

 

        目前，越來越多的國內外企業和研究機構將重心集中到了全固態鋰電池上，也有不少汽車廠商都透露過基于固態電池打造電動汽車的計劃。比如，大眾曾宣布計劃研發續航1000km固態電池；豐田汽車預計2022年完成固態電池的研發工作，并計劃于2030年實現量產；日本經濟省更是在2017年宣布出資16億日元，聯合豐田、本田、日產、松下、GS湯淺、東麗、旭化成、三井化學、三菱化學等國內頂級產業鏈力量，共同研發固態電池，希望2030年實現800公里續航目標。

 

        國家新能源汽車重點科技專項首席專家歐陽明高院士也曾指出，國內不少科研院所、企業布局固態電池領域，中科院寧波材料所跟贛鋒鋰業合作，正在推進其產業化，計劃2019年量產固態電池。

 

        作為新能源汽車的“心臟”，動力電池無疑會決定新能源汽車的未來。業內人士普遍認為，動力電池未來發展路徑是電解質從液態、半固態、固液混合到固態，最終必將實現全固態的過程。這促使初創公司，大學和特斯拉等知名巨頭對電池技術的新一輪投資和研究。

 

        豐田的時間表相對靠譜，固態電池量產可能要等到2030年

 

        然而，固態電池想要進一步發展，尚需解決多重難題。

 

        周楠告訴第一電動：“固態電解質是固態電池發展的關鍵，固態電池沒有液體的浸潤，同時也不需要隔膜，只用把固態電解質當成隔膜，放在正極極片和負極極片當中，那么金屬物質的材料就變得尤為關鍵。”

 

        電解質材料是全固態鋰電池技術的核心，目前固態電解質的研究主要集中在三大類材料：聚合物、氧化物和硫化物。聚合物高溫性能好，已經有商業化的應用案例；氧化物循環性能良好，適用于薄膜柔性結構；硫化物電導率最高，是未來主要方向。

 

        不過，目前還有幾個具體難題需要克服：

 

        一是界面的導電率，固態電池導電率要維持在在適當的水平，不能過高，也不能過低，這樣的材料非常難開發。

 

        二是沒有找到即兼顧高倍率又能快充的復合性材料，現在用的固態電解質材料只能容納其中某一方面特性。

 

        一位不愿具名的業內人士也表達了相同的看法。他認為：“固態電解質具有高的電阻，在功率密度方面還存在一些待解決的問題，需要從固態電解質、正負極材料上著手。電導率、電池倍率、電池制備效率、成本控制方面都存在不小的挑戰，一旦這些問題能夠有效解決，必將在未來掀起一場新的電池革命。”

 

        既然困難重重，固態電池在新能源汽車上的全面應用，還有多長的路要走？

 

        歐陽明高曾表示，預計全固態鋰電池會在2025－2030年之間取得突破。今年5月，豐田動力總成部門的總經理Shinzuo Abe透露：“豐田期望在2020年以后能制造出固態電池，但若要實現固態電池的量產，還需要等到2030年以后。”

 

        已在電池行業深耕十幾年的周楠向第一電動坦言：“從跟以往的經驗來看，豐田計劃和實際情況基本上是能達到一致的。也許在最近這幾年里，他們就能夠推出固態電池，但具體產能是怎么樣，成本能不能適應市場，還要打一個大大的問號。”