體積小更安全 固態(tài)電池產業(yè)發(fā)展正當其時

近日，上?？萍即髮W物質科學與技術學院劉巍課題組在固態(tài)鋰金屬電池方面取得系列進展。劉巍課題組開發(fā)了一種可用于多種陶瓷電解質的微波輔助超快速燒結技術。相對傳統(tǒng)的燒結技術，該技術為陶瓷電解質和全固態(tài)電池的制備提供了一個省時節(jié)能的新途徑。相關研究發(fā)表于國際期刊《先進材料》上。

作為一種能產出電能的小型裝置，電池在社會各行各業(yè)的生產活動中都起到了相當重要的作用，在最新的電池技術研究方向上，固態(tài)電池研究更是首當其沖。

相較于鋰離子電池，固態(tài)電池具有更高的能量密度，同時更加安全。因此更加適合電動汽車使用，在新能源車逐漸升溫的今天，固態(tài)電池同樣備受資本關注，并獲得大量投資。

固態(tài)電池與傳統(tǒng)電池相比有三大優(yōu)勢

固態(tài)電池是一種使用固體電極和固體電解質的電池。相比于傳統(tǒng)電池，固態(tài)電池主要有體積小、能量密度高、更加安全三大優(yōu)勢。

固態(tài)電池使用的固體電解質，取代了傳統(tǒng)電池中占據(jù)電池近40%體積和25%質量的隔膜和電解液，使其在體積上有著明顯優(yōu)勢。同時，固體電解質的應用，還很大程度上減小了電池正負極之間的距離，甚至可以將該距離控制在幾微米到十幾微米之內，這也極大降低電池的體積，使得電池更加小巧。

在使用了固體電解質后，電池可以不必使用傳統(tǒng)電池中常用的嵌鋰的石墨作為負極，而是直接用金屬鋰作為負極。以金屬鋰替代嵌鋰的石墨可以明顯減輕負極材料的用量，從而極大地提高整個電池的能量密度。

固態(tài)電池還可以有效避免傳統(tǒng)電池，特別是傳統(tǒng)鋰電池可能會發(fā)生的各種危險狀況。比如，傳統(tǒng)電池在大電流下工作可能產生鋰枝晶，鋰枝晶可能會刺破隔膜導致短路;電解液在高溫下可能會出現(xiàn)燃燒現(xiàn)象。固態(tài)電池可以很好地避免上述情況的發(fā)生。

國內外固態(tài)電池產業(yè)發(fā)展如火如荼

固態(tài)電池作為一種新型的電池技術，近年來在國內外發(fā)展態(tài)勢良好，具有優(yōu)秀的應用前景。

固態(tài)電池產業(yè)在歐洲、美國、日本等國家均受到了很大重視，眾多知名企業(yè)與研究機構紛紛投入到固態(tài)電池的研發(fā)、生產等環(huán)節(jié)。

相較這些國家，我國在固態(tài)電池產業(yè)的發(fā)展上呈現(xiàn)出了政府引導、科研院校協(xié)助、企業(yè)資本發(fā)力的特點，充分突出了產學研結合的優(yōu)勢。

2020年11月，國務院辦公廳印發(fā)了《新能源汽車產業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2021—2035年)》(以下簡稱《規(guī)劃》)。其中明確指出，要加快固態(tài)動力電池技術研發(fā)及產業(yè)化，這為我國固態(tài)電池產業(yè)發(fā)展提供了堅實的政策后盾。

清華大學、中國科學院物理研究所等研究院所響應國家規(guī)劃，積極推動固態(tài)電池技術的研究和科研工作。目前，中國科學院物理研究所研發(fā)出了能量密度達到每千克360瓦時、循環(huán)性達到800次以上的固態(tài)鋰離子電池。這款電池預計于今年年底裝車，投入實際使用。清華大學南策文院士、沈洋教授團隊也在全固態(tài)鋰電池研究的方向上積極探索，成功研發(fā)出了迄今為止室溫下循環(huán)壽命最長的全固態(tài)電池。

此外，眾多企業(yè)也開始進行固態(tài)電池的產業(yè)化探索，它們研發(fā)出的相關試制品在具有較高能量密度的同時，在安全性測試中也表現(xiàn)優(yōu)秀。例如，蔚來控股有限公司憑借著其研發(fā)的150千瓦時的固態(tài)電池，有效地避免了自燃、爆炸等安全風險，在能量密度方面也顯著高于傳統(tǒng)鋰電池。寧德時代新能源科技股份有限公司和上海汽車集團股份有限公司等企業(yè)也不甘落后，積極參與到了固態(tài)電池的研發(fā)和生產中來。

(實習記者李詔宇編輯整理)