電動化是未來汽車的發(fā)展趨勢，現(xiàn)階段新能源汽車的占比高歌猛進(jìn)，零部件等技術(shù)也已逐漸成熟，制約整車成本的只剩下動力電池這一座大山，新能源汽車特別是純電動汽車多久才能普及，將以動力電池何時大規(guī)模商業(yè)化為前提。而現(xiàn)階段動力電池目標(biāo)很明確，提高續(xù)航能力、增加安全性，又要降低成本物美價廉。

 

綜合技術(shù)、成本和商業(yè)化等因素，固態(tài)電池被推上風(fēng)口，成為下一代電池的主要研發(fā)方向。眾所周知，相比傳統(tǒng)鋰電池，固態(tài)電池的差異在于電解質(zhì)固態(tài)化，固態(tài)電池具有能量密度高、安全性好等優(yōu)勢。

 

 

傳統(tǒng)液態(tài)鋰電池被科學(xué)家們稱為“搖椅式電池”，搖椅的兩端為電池的正負(fù)兩級，中間為液態(tài)電解質(zhì)，鋰離子在搖椅的兩端來回奔跑，在從正極到負(fù)極再到正極的過程中，電池完成充放電過程。固態(tài)電池的原理與之相同，不過電解質(zhì)為固態(tài)。

 

固態(tài)電池有哪些優(yōu)缺點

 

安全性高，不同于液態(tài)電解質(zhì)，電池發(fā)生刺穿或擠壓事故后易被點燃而發(fā)生爆炸。固態(tài)電解質(zhì)具備不可燃、無腐蝕、不揮發(fā)、不存在漏液等問題。

 

能量密度高，固態(tài)電池的電解質(zhì)可以裝更多的高電壓正極材料，加上固態(tài)電池體積小、穩(wěn)定，可以讓電池管理更為簡化，能量密度自然會大大提高。

 

輕，在傳統(tǒng)鋰離子電池中，隔膜和電解液加起來占據(jù)了電池中近40%的體積和25%的質(zhì)量，而使用固態(tài)電解質(zhì)自然就可以減小體積和質(zhì)量。

 

循環(huán)性強(qiáng)，由于固態(tài)電解質(zhì)解決了液態(tài)電解質(zhì)在充放電過程中形成的固體電解質(zhì)界面膜的問題和鋰枝晶現(xiàn)象，因此大大提升了鋰電池的循環(huán)性和使用壽命。

 

當(dāng)然固態(tài)電池并非完美，其也具備界面阻抗大、快充難和成本高等缺點：

 

界面阻抗過大，固態(tài)電解質(zhì)與電極材料之間的界面是固-固狀態(tài)，因此電極與電解質(zhì)之間的有效接觸較弱，離子在固體物質(zhì)中傳輸動力學(xué)低。

 

快充比較難，電池的阻抗、電導(dǎo)率等問題表現(xiàn)出來就是內(nèi)阻大，就會阻礙充電，在充電過程中會造成能量的損失，這部分能量的浪費是無法忽視的問題。

 

成本價格高，目前固態(tài)電池制備技術(shù)和工藝不夠成熟，成本高是在所難免的。

 

固態(tài)電池的未來挑戰(zhàn)還有哪些？

 

從理論的提出時間來看，固態(tài)電池并不是一個新的概念，多年來，其研發(fā)上的進(jìn)展并沒有想象那么快速。雖然固態(tài)電池在多方面表現(xiàn)出明顯優(yōu)勢，但同時也有一些需要解決的問題。

 

由于固態(tài)電池的電解質(zhì)材料全是固體，導(dǎo)電過程中是點接觸，所以從電池本身制造的過程上來說，需要解決基于界面阻抗的問題。其次，固態(tài)電池循環(huán)設(shè)備在現(xiàn)階段來看做的還不夠好。

 

固態(tài)電池正極活性材料、負(fù)極活性材料，電解質(zhì)材料全是固體，接觸的時候是點接觸、不是面接觸，這樣離子導(dǎo)電性本身沒有液體高固態(tài)電解質(zhì)本身的離子導(dǎo)電性，第二基于點接觸和面接觸的區(qū)別，所以從電池本身制造的過程上來說，需要解決基于界面阻抗的問題。

 

固態(tài)電池在充電和放電過程中不單單是固態(tài)的，所有電池在充電和放電有體積膨脹和收縮，原先液態(tài)電池可以有一定忍耐度，在整個收放過程中液體稍微有一點膨脹就消除了，但是如果固態(tài)電池在膨脹和收縮過程中可能會裂，所以會影響使用。所以固態(tài)電池循環(huán)設(shè)備做的還不夠好這是一個問題。

 

何時迎來商業(yè)化量產(chǎn)？

 

當(dāng)前，固態(tài)電池現(xiàn)在的制備技術(shù)成熟度還有待加強(qiáng)，商業(yè)化擴(kuò)產(chǎn)需要克服的困難還有很多。但可以預(yù)期的是，隨著研發(fā)和工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，全固態(tài)電池中的科學(xué)和工藝上的問題會逐漸得到緩解。

 

從世界范圍看，預(yù)計固態(tài)電池會在2020年左右能夠?qū)崿F(xiàn)小批量的量產(chǎn)。寶馬聲稱有望于2026年實現(xiàn)固態(tài)電池突破性進(jìn)展并隨后量產(chǎn)；豐田也正在全力研發(fā)固態(tài)電池，并且已經(jīng)開發(fā)出電池原型，豐田曾表示，這種電池大約在2020年實現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用，到2025年得到實質(zhì)性改善。