固态电池或将成为未来汽车电池主流

  中国电动汽车百人会论坛（2022）在京闭幕，本次论坛围绕“迎接新能源汽车市场化发展新阶段”主题，共开设14场会议，聚焦行业热点，探索发展趋势。

  动力电池产业发展全球趋势

  先进电池是我国双碳战略和电动中国战略发展的关键支撑技术。在生产、生活、国家安全方面都有非常重要的应用，在这些应用领域，高能量密度电池、高功率密度电池、高安全性、长寿命的电池是非常关键的先进技术。

  在2020年，欧洲支持了“2030电池创新路线图”，美国制定了“美国锂电池2021—2030国家发展蓝图”，日本制订了第三期的“电动汽车创新电池开发”的项目，特别是还支持了以丰田为核心牵头单位的针对电动汽车的全固态电池的研发项目，韩国也发布了“2030二次电池产业发展战略”。可以说，各国政府都在高度重视动力电池前瞻技术方面的研发布局和产业布局。

  目前广泛使用的液态电解质锂离子电池存在着热失控的风险。根据清华大学欧阳明高和冯旭宁团队的研究结果，液态锂离子电池在较低的温度下固态电解质层开始分解，然后会触发一系列的热失控行为，这导致我们在多种应用场景下都出现了安全性的事故。

  对此，全世界的范围内，无论是基础科学研究的团队，还是产业团队，都认为将容易燃烧的液态电解质用不容易燃烧的固态电解质替代形成全固态电池的解决方案具有较高的安全性，理论上也具有较高的能量密度和功率密度。

固态电池的技术优势及面临的技术挑战

  固态电池有可能在以下一些方面具有优点：首先是能够充电到更高的电压，正极材料不容易析氧，负极可以含有金属锂，不容易和锂持续地发生副反应，高温稳定性好，支持内串，这些优点使得固态电池的电芯有可能具备本质安全的特性，可以把电芯容量尺寸做大、能量密度提高、模组集成效率提高，允许更高的充放电倍率及高温运行，支持绝热和自加热的热管理，电芯做大以后也方便植入多元传感器，同时具有超长的循环寿命，没有跳水的现象。

  另外，因为固态电解质没有持续的副反应，也更方便地支持干法电极的工艺，有可能简化后段的化成和老化工艺，也更方便地支持预锂化工艺，从而提高生产效率，显著降低电池的成本。

  但目前不同类型的全固态电池还存在着很多的技术挑战。聚合物全固态电池主要问题是只能在高温下运行，同时不耐氧化，只能跟磷酸铁锂正极来匹配，因此能量密度较低；薄膜全固态电池，大容量的电芯比较难以制作，同时制造成本比较高；硫化物全固态电池，具有非常高的离子电导率，也是全球关注的焦点，但目前硫化物材料空气敏感、成本较高，同时在正极和负极内部固固接触比较差；氧化物全固态（电池），电解质陶瓷片容易脆裂，界面电阻高，大容量电芯很难制备。

  因此，尽管全球对全固态电池高度的关注和高强度的研发，但依然存在着很多技术挑战，目前正在不断的发展各类技术去改善全固态电池面临的问题。

固态电池终于在电动跑车上进行测试

  根据德国出版物Manager Magazin最近的一份报告，由固态电池供电的电动保时捷跑车正在开发测试中。

  对于跑车来说，再生制动和放电的需求比普通电动汽车要求更高，因此，固态电池是一种非常理想的动力来源。保时捷的母公司大众汽车一直是固态电池公司QuantumScape的长期投资者。大众此前曾表示，它认为固态技术即将问世，能够在短短 12 分钟内获得 80% 的电量。

固态电池商业化的阻碍

  固态电池的大规模商业化受到两个因素的阻碍：固态电解质较低的电导率和界面不稳定性问题。

  克服界面上出现的不稳定性对研究人员来说是最具挑战性的，这些不稳定性可能在这种电池的制造和电化学操作过程中发生。

无论如何，几家汽车制造商都对固态电池表现出了兴趣。

  丰田正在大力开发可用于大批量生产的固态电池，他们计划在本世纪中期左右首先在混合动力车中使用固态技术。

  日产最近还宣布计划在 2028 年左右开始使用固态电池。宝马和福特投资了初创公司 Solid Power，而现代、Stellantis和梅赛德斯-奔驰则支持了 Factorial Energy。

固态电池势头正盛

为了实现固态电池的量产，需要打造一个产业链。针对高比能的电池我们需要进一步的去优化和开发新的正极材料、负极材料、电解质材料、预锂化材料、超级粘结剂、导电添加剂、以及新一代的金属沉积的集流体，同时开发新的前段、中段和后段的工艺，以及实施智能化工厂，将极致制造和极简制造结合在一起，形成下一代的工业4.0级的固态锂离子电池产业链。