头条:动力电池革命来了？固态电池离我们有多远？

2020-12-17 13:45
汽车头条

我们期待的动力电池技术革命似乎即将到来。目前，最可靠的电池是固态电池，但它仍然充满技术挑战。

近日，丰田汽车公开表示，丰田将于2021年正式推出固态电池及相关技术；至于正式量产的时间，目前还没有确定。事实上，丰田的固态电池打算在东京奥运会期间亮相，以便在奥运会期间用作服务车辆。但由于疫情原因，奥运会推迟了一年，丰田不得不将这一计划推迟到2021年。

目前，几乎所有的纯电动汽车都使用液态锂离子电池。虽然它们可以提供合理的续航里程和可接受的充电时间，但无法与固态电池承诺的可能性相比。

固态电池“你是谁？”

所谓固态电池，最基本的区别可以从字面上理解。固体电池的电解质是固体，相当于锂离子向固体电解质中迁移。而传统锂电池使用的是液体电解质，可以流动。

目前可以肯定的是，固态电池将是下一代锂电池技术的巅峰。只要坏了，动力电池的进步就是颠覆性的，问题的核心在于电解液。虽然在工作原理上和传统锂电池没什么区别。但仔细一看，差别是巨大的，正是这些“差别”让固态电池的优势脱颖而出。

显然，就化学性质而言，固态比液态更稳定。因此，在安全性方面，固态电池具有不燃、耐高温、不腐蚀、不挥发的特点。从而直接解决了传统锂电池的安全问题。

目前传统锂电池的能量密度可以达到300-400Wh/kg，固态电池提供的能量密度可以达到传统锂电池的两倍左右。可见，固态电池的能量密度更高，足以解决新能源汽车的续航问题。

同时，固态电池在重量上有明显优势，对空间环境要求也没那么高。最重要的一点是，不需要使用嵌锂石墨负极，可以直接使用金属锂作为负极，这样可以减少负极材料的用量，通过简化包装、冷却系统、减少空间可以减轻电池重量。同时，在使用寿命方面，固态电池在理想条件下可以达到45000个周期左右。

固态电池“难”在哪儿？

目前，固态电池有三个技术难点。第一，固体电解质材料的锂离子电导率低。

固体电解质有三种，即聚合物电解质、氧化物电解质和硫化物电解质。聚合物电解质需要在60下正常工作。氧化物电解质的锂离子电导率远低于液体电解质。与氧化物相比，硫化物相对较软，更容易加工。全固态锂电池可以热压制备，但仍存在空气敏感性、易氧化、遇水易产生硫化氢等有害气体等问题。

然后就是固-固界面接触不良，稳定性差。液固结合容易，但固固接触和稳定性不是很好，这是固体电解质锂电池的一大难题。最后，制造成本高，固态电池的制备工艺复杂，固体电解质昂贵。目前，固态动力电池的成本普遍较高。

赛道很宽，潜力巨大

到目前为止，固态电池的大规模生产和应用还没有实现，一切都只是初步的实验阶段，没有大规模的商业化。然而，以目前的发展趋势，固态电池的大规模生产指日可待。

据相关机构预测，2021年、2025年和2030年全球固态锂电池需求预计将分别达到1.7千兆瓦时、44.2千兆瓦时和494.9千兆瓦时，2030年全球固态电池市场份额预计将超过1500亿元。目前，固态电池市场的竞争主要集中在欧洲、美国、日本和中国。

在日本，丰田首当其冲，固态电池的研发起步相对较早。早在2008年，我们就与伊利卡固态电池创业公司合作。2019年宣布与松下合作，以合资公司的形式，利益被深深捆绑。毕竟松下电池是最接近固态电池量产的供应商之一，丰田一定不能让它跑了。

最近，丰田还希望成为世界上第一家大规模生产配备固态电池的汽车的制造商，并将于明年推出一款原型车，在2021年至2030年的十年之初向市场销售。据了解，汽车满载后只需10分钟即可充满电，比传统电动车至少少三分之二。

与此同时，三菱和日产也在布局固态电池相关产业。其中，日产还计划打造自己的固态电瓶车，希望在2028年前推出真正的汽车。

在韩国，LG Chem和三星SDI仍然是两大企业。目前LG电池业务已经拆分，LG能源解决方案(LG)正式成立。LG能源解决方案表示，将加快开发全固态电池和锂硫电池等新一代电池技术，并制定实现可持续增长的战略。

今年3月，三星表示，其新研发的全固态电池可实现900Wh/L的高能量密度，电池一次充电即可驱动汽车行驶800公里。

在欧美，大众集团支持的固态电池初创公司QuantumScape正在开发一种无阳极固态电池。这种全新的概念完全不同于传统的固态电池结构，不仅提高了能量密度，而且降低了生产过程中的材料成本，简化了制造工艺。由于固体分离器的不燃性，即使在高温环境下，它仍然具有很好的安全性能。

在国内，宁德时报、郭萱高新、蜂巢等锂电池公司，以及比亚迪、威来、北汽集团、长城汽车等汽车公司都参与了固态电池的研究，其中郭萱高新最“激进”。今年9月，郭萱高新表达了公司在固态电池方面的布局。2022年开始迭代升级固态电池技术，生产高安全性固态电池，2025年将生产能量密度超过400Wh/kg的全固态电池。