新能源下一代動(dòng)力電池何時(shí)到來(lái)

電動(dòng)化是未來(lái)汽車的發(fā)展趨勢(shì)，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(dòng)力電池這一座大山，新能源汽車特別是純電動(dòng)汽車多久才能普及，將以動(dòng)力電池何時(shí)大規(guī)模商業(yè)化為前提。而現(xiàn)階段動(dòng)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(jià)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(shì)。

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(jí)，中間為液態(tài)電解質(zhì)，鋰離子在搖椅的兩端來(lái)回奔跑，在從正極到負(fù)極再到正極的過(guò)程中，電池完成充放電過(guò)程。固態(tài)電池的原理與之相同，不過(guò)電解質(zhì)為固態(tài)。

固態(tài)電池有哪些優(yōu)缺點(diǎn)

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(diǎn)燃而發(fā)生爆炸。固態(tài)電解質(zhì)具備不可燃、無(wú)腐蝕、不揮發(fā)、不存在漏液等問(wèn)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(jiǎn)化，能量密度自然會(huì)大大提高。

輕，在傳統(tǒng)鋰離子電池中，隔膜和電解液加起來(lái)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(guò)程中形成的固體電解質(zhì)界面膜的問(wèn)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(diǎn)：

界面阻抗過(guò)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(dòng)力學(xué)低。

快充比較難，電池的阻抗、電導(dǎo)率等問(wèn)題表現(xiàn)出來(lái)就是內(nèi)阻大，就會(huì)阻礙充電，在充電過(guò)程中會(huì)造成能量的損失，這部分能量的浪費(fèi)是無(wú)法忽視的問(wèn)題。

成本價(jià)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(lái)挑戰(zhàn)還有哪些?

從理論的提出時(shí)間來(lái)看，固態(tài)電池并不是一個(gè)新的概念，多年來(lái)，其研發(fā)上的進(jìn)展并沒(méi)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(shì)，但同時(shí)也有一些需要解決的問(wèn)題。

由于固態(tài)電池的電解質(zhì)材料全是固體，導(dǎo)電過(guò)程中是點(diǎn)接觸，所以從電池本身制造的過(guò)程上來(lái)說(shuō)，需要解決基于界面阻抗的問(wèn)題。其次，固態(tài)電池循環(huán)設(shè)備在現(xiàn)階段來(lái)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(shí)候是點(diǎn)接觸、不是面接觸，這樣離子導(dǎo)電性本身沒(méi)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(diǎn)接觸和面接觸的區(qū)別，所以從電池本身制造的過(guò)程上來(lái)說(shuō)，需要解決基于界面阻抗的問(wèn)題。

固態(tài)電池在充電和放電過(guò)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(gè)收放過(guò)程中液體稍微有一點(diǎn)膨脹就消除了，但是如果固態(tài)電池在膨脹和收縮過(guò)程中可能會(huì)裂，所以會(huì)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(gè)問(wèn)題。

何時(shí)迎來(lái)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(wèn)題會(huì)逐漸得到緩解。

從世界范圍看，預(yù)計(jì)固態(tài)電池會(huì)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(shí)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(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用，到2025年得到實(shí)質(zhì)性改善。