編者按

雖然固態(tài)電池技術(shù)早已誕生，但要實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化并替代傳統(tǒng)的鋰離子電池仍需要較長(zhǎng)過(guò)程，未來(lái)5-10年內(nèi)鋰離子電池仍將是主流路線。要實(shí)現(xiàn)全固態(tài)電池的大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化，技術(shù)突破很關(guān)鍵，而且材料、工藝、設(shè)備都需要相應(yīng)提升。

在電動(dòng)汽車領(lǐng)域，如何通過(guò)持續(xù)提升動(dòng)力電池的能量密度來(lái)提高單次充電續(xù)航里程，已經(jīng)成為產(chǎn)業(yè)界和學(xué)術(shù)界所共同面臨的問(wèn)題和挑戰(zhàn)之一。

按照《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖》，2020年的純電動(dòng)汽車動(dòng)力電池的能量密度目標(biāo)為350wh/kg，2025年目標(biāo)為400wh/kg，2030年目標(biāo)為500wh/kg。

業(yè)內(nèi)指出，2020年能量密度可以通過(guò)對(duì)現(xiàn)有材料體系的潛力挖掘?qū)崿F(xiàn)(即高鎳三元+硅碳負(fù)極)，2020年后需要通過(guò)材料和電池體系的升級(jí)來(lái)完成。

“如果能量密度進(jìn)一步提高，一定從現(xiàn)在開始就要考慮固態(tài)鋰電池。”中國(guó)工程院陳立泉院士看來(lái)，電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)中長(zhǎng)期發(fā)展需要進(jìn)行技術(shù)儲(chǔ)備，而固態(tài)電池有望成為我國(guó)下一代車用動(dòng)力電池主導(dǎo)技術(shù)路線。“發(fā)展固態(tài)電池，刻不容緩”。

除了可以達(dá)到更高的能量密度這一優(yōu)勢(shì)以外，固態(tài)電池還具有更安全、循環(huán)性更好、成本更低等優(yōu)點(diǎn)，這主要是因?yàn)楣虘B(tài)電池可能具備以下十大性質(zhì)：有望抑制鋰枝晶，不易燃燒、不易爆炸，無(wú)持續(xù)界面反應(yīng)，無(wú)電解液泄露、干涸問(wèn)題，高溫性能更好，無(wú)脹氣，原材料純度要求降低，正極選擇面寬，非活性物質(zhì)體積量減少，電芯內(nèi)部可串聯(lián)。

目前，日韓、美國(guó)、歐洲等多個(gè)國(guó)家都已經(jīng)開始布局固態(tài)電池，但基本都處于小容量樣品電芯階段。在我國(guó)也已經(jīng)有中科院物理所、中科院化學(xué)所、大連化物所、寧德時(shí)代、天津力神、中航鋰電等十余家研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)對(duì)固態(tài)電池展開研究。國(guó)內(nèi)外主流的技術(shù)方向有聚合物固態(tài)電池、薄膜固態(tài)電池、硫化物電解質(zhì)基固態(tài)電池等。

雖然固態(tài)電池在多方面表現(xiàn)出明顯優(yōu)勢(shì)，但同時(shí)也有一些需要解決的問(wèn)題：固體電解質(zhì)材料導(dǎo)電率低、內(nèi)阻較大；固態(tài)電解質(zhì)、電極間界面阻抗大，界面相容性較差，界面鋰離子電導(dǎo)率較低，固態(tài)電解質(zhì)在充放電過(guò)程中體積膨脹和收縮，導(dǎo)致界面容易分離；有待設(shè)計(jì)和構(gòu)建與固態(tài)電解質(zhì)相匹配的電極，研究和開發(fā)出適合于固態(tài)電解質(zhì)的鋰離子電池體系；制備工藝復(fù)雜、成本較高等。

雖然說(shuō)固態(tài)電池理論能量密度高，但是由于其電導(dǎo)率低，目前產(chǎn)業(yè)化的固態(tài)電池實(shí)際輸出能量密度仍然較低，如法國(guó)BatScap目前批量應(yīng)用的固態(tài)電池能量密度僅為100Wh/kg，遠(yuǎn)低于其理論水平。

要實(shí)現(xiàn)固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化，需要從以下幾個(gè)方面入手：❶確定一種或幾種成熟的生產(chǎn)工藝，提高規(guī)?；?yīng)，降低使用成本；❷形成標(biāo)準(zhǔn)化的產(chǎn)品，提高生產(chǎn)效率及良品率；❸尋找合適的材料體系，解決輸出能量密度低和鋰枝晶問(wèn)題。

GGII認(rèn)為，雖然固態(tài)電池技術(shù)早已誕生，但要實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化并替代傳統(tǒng)的鋰離子電池仍需要較長(zhǎng)過(guò)程，未來(lái)5-10年內(nèi)鋰離子電池仍將是主流路線。要實(shí)現(xiàn)全固態(tài)電池的大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化，技術(shù)突破很關(guān)鍵，而且材料、工藝、設(shè)備都需要相應(yīng)提升。

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