三元鋰電池或?qū)⑻蕴?固態(tài)電池才是終極形態(tài)

　　動(dòng)力電池是電動(dòng)汽車最為核心的部件，其性能對(duì)于電動(dòng)汽車的整體性能起著決定性的作用。在電動(dòng)汽車飛速發(fā)展的時(shí)代，性能更為強(qiáng)大的電池?zé)o疑是各大車企和電池生產(chǎn)廠商永無(wú)止境的研發(fā)對(duì)象。

　　前有國(guó)產(chǎn)電動(dòng)汽車巨頭比亞迪棄用磷酸鐵鋰電池，轉(zhuǎn)投三元鋰電池懷抱，后有沃特瑪技術(shù)路線錯(cuò)誤，公司分崩離析，這正是由于磷酸鐵鋰電池在性能方面無(wú)法跟上電動(dòng)汽車發(fā)展的步伐。在電動(dòng)汽車高續(xù)航剛需的推動(dòng)下，能量密度潛力更高的三元鋰電池取代曾經(jīng)被廣泛采用的磷酸鐵鋰電池成為了電動(dòng)汽車發(fā)展中的必經(jīng)歷程。

　　然而技術(shù)的發(fā)展不可能一成不變，隨著電動(dòng)汽車領(lǐng)域持續(xù)性的擴(kuò)張，以及日趨成熟，電動(dòng)汽車對(duì)于電池能力密度的需求也在持續(xù)增加。

　　今年的早些時(shí)間，美國(guó)菲斯科汽車公司便發(fā)布了一項(xiàng)全新的固態(tài)電池技術(shù)。據(jù)悉，這項(xiàng)技術(shù)的能量密度是常規(guī)鋰離子電池的2.5倍，能夠讓電動(dòng)汽車的行駛里程數(shù)增加到500英里（約804公里）以上。更為驚人的是，其充電時(shí)間僅需1分鐘，甚至比傳統(tǒng)燃油汽車加油的速度還快。

　　隨后，全球多個(gè)車企和電池廠家也發(fā)布了固態(tài)電池相關(guān)的研發(fā)進(jìn)展。目前，豐田、松下、三星、三菱、寶馬、大眾、現(xiàn)代、戴森等企業(yè)均在加緊布局固態(tài)電池技術(shù)的儲(chǔ)備。至此，有關(guān)固態(tài)電池“碾壓”鋰電池的相關(guān)話題成為了新能源汽車行業(yè)內(nèi)爭(zhēng)論的熱點(diǎn)議題。

　　近日，中國(guó)科學(xué)研究院宣布，由其牽頭承擔(dān)的納米先導(dǎo)專項(xiàng)“全固態(tài)電池”課題已經(jīng)通過驗(yàn)收，這一技術(shù)進(jìn)步將進(jìn)一步推動(dòng)國(guó)內(nèi)全固態(tài)鋰電池的規(guī)?；褂谩４讼⒁怀?，再一次將固態(tài)電池的話題推上“高潮”。

　　當(dāng)前鋰離子電池的體系下，依賴高鎳三元正極、硅碳負(fù)極和電解液的組合，在未來(lái)五年內(nèi)將達(dá)到350瓦時(shí)/千克的極限，仍將無(wú)法滿足于動(dòng)力電池在安全性、能量密度以及成本方面的要求。

　　固態(tài)電池?fù)碛袃蓚€(gè)十分顯著的優(yōu)勢(shì)，一方面由于采用了有機(jī)電解液的傳統(tǒng)鋰電池，在過度充電、內(nèi)部短路等異常情況下容易導(dǎo)致電解液發(fā)熱，從而引發(fā)自燃甚至自爆的安全隱患。固態(tài)電池基于固態(tài)材料不可燃、無(wú)腐蝕、不揮發(fā)、不漏液等條件，安全系數(shù)較之鋰離子電池有著先天的優(yōu)勢(shì)。

　　二來(lái)則是固態(tài)電池在最為關(guān)鍵的能量密度方面，有望徹底解決純電動(dòng)汽車的里程焦慮。目前體系下的鋰離子電池已經(jīng)接近極限性能，即便是特斯拉NCA 18650電芯下的電池組，能量密度可以達(dá)到250瓦時(shí)/千克，應(yīng)用于Model 3的21700電芯能量密度達(dá)到300瓦時(shí)/千克，支持續(xù)航里程400到500公里，也仍然無(wú)法解決續(xù)航里程焦慮。

　　在現(xiàn)有的技術(shù)路線下，如果三元鋰電池還想進(jìn)一步提高能量密度，只能繼續(xù)提高鎳材料或者添加CA。但高鎳的熱穩(wěn)定性很差，在提高能力密度的同時(shí)，也意味著其穩(wěn)定性的下降，電池內(nèi)部的熱反應(yīng)會(huì)更加劇烈，安全隱患也會(huì)從而變成更大的問題。

　　固態(tài)電池的電解質(zhì)無(wú)需隔膜和電解液，并不存在漏液、腐蝕等問題，可以簡(jiǎn)化電池外殼及冷卻系統(tǒng)模塊，進(jìn)一步減輕電池模組的重量，達(dá)到節(jié)能的效果。此外，全新的正負(fù)極材料配套可以使得電化學(xué)窗口達(dá)到5V以上，從根本上提高能量密度，有望達(dá)到500瓦時(shí)/千克。

　　正是基于安全和能量密度突破性進(jìn)展雙方面的問題，當(dāng)前新能源汽車行業(yè)主管部門對(duì)于動(dòng)力電池的性能也提出了更高的要求。根據(jù)《汽車產(chǎn)業(yè)中長(zhǎng)期發(fā)展計(jì)劃》和《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖》的相關(guān)指引，動(dòng)力電池系統(tǒng)的能量密度需要在2025年至2030年達(dá)到350瓦時(shí)/千克以滿足市面上乘用電動(dòng)汽車的續(xù)航里程要求。

　　從目前來(lái)看，僅憑借鋰電池的技術(shù)研發(fā)，這一目標(biāo)顯然已經(jīng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)。而為了保證動(dòng)力電池的高能量密度和安全性，固態(tài)電池的研發(fā)進(jìn)度給整個(gè)新能源汽車行業(yè)帶來(lái)了光明。因此，固態(tài)電池被廣泛認(rèn)為是下一代動(dòng)力電池正確的技術(shù)研發(fā)方向。

　　不過固態(tài)電池雖好，但根據(jù)現(xiàn)有的研發(fā)進(jìn)展來(lái)看，也還有兩項(xiàng)技術(shù)難題尚未攻破。一是固態(tài)電解質(zhì)在室溫條件下的離子電導(dǎo)率不高，二是固態(tài)點(diǎn)解質(zhì)與正負(fù)極之間界面阻抗比較大。

　　目前全球各大車企和電池廠商們使用的聚合物、氧化物、硫化物等固態(tài)電解質(zhì)均存在這樣的問題。具體來(lái)說，聚合物耐溫性不夠，穩(wěn)定性較差、離子電導(dǎo)性偏低。氧化物抗阻能力比價(jià)強(qiáng)，但離子電導(dǎo)性也無(wú)法達(dá)到要求。硫化物雖然電導(dǎo)性不錯(cuò)，又由于材料穩(wěn)定性不佳，導(dǎo)致離子傳輸性能欠缺。

　　往往一種全新研發(fā)的材料從實(shí)驗(yàn)室走向市場(chǎng)應(yīng)用層面，一般需要十年左右的時(shí)間。而固態(tài)電池的正處于研發(fā)階段，想要實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化還需要耐心等待。雖然大家廣泛認(rèn)為固態(tài)電池具有高安全性、高能量密度的優(yōu)勢(shì)，但也只是正向研發(fā)的猜測(cè)，只有當(dāng)其量產(chǎn)產(chǎn)品展現(xiàn)出絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)時(shí)，才能真正取代三元鋰電池。

　　好比目前特斯拉的三元鋰電池技術(shù)已經(jīng)非常成熟，即便固態(tài)電池在短時(shí)間內(nèi)量產(chǎn)，其性能也只能達(dá)到前者的水平，并不會(huì)產(chǎn)生顛覆的意義。也就是說，固然大家一致看好固態(tài)電池，但其從研發(fā)階段到正式成為電池主導(dǎo)產(chǎn)品還有很長(zhǎng)的路要走。所以，傳統(tǒng)的液體電解質(zhì)電池至少還有若干年的市場(chǎng)空間，不必?fù)?dān)心很快被淘汰。

　　綜合來(lái)看，安全性高、能力密度潛力大的固態(tài)電池必然是下一代動(dòng)力電池的研發(fā)方向，但目前確實(shí)還沒有量產(chǎn)產(chǎn)品能夠在各方面明顯勝過于傳統(tǒng)鋰離子電池。我們只能寄希望于固態(tài)電池技術(shù)早日成熟，電動(dòng)汽車的續(xù)航里程再也不會(huì)成為通勤焦慮。