那么什么是全固態(tài)電池，它又有什么優(yōu)點(diǎn)嗎？

固態(tài)電池是一種電池科技。與現(xiàn)今普遍使用的鋰離子電池和鋰離子聚合物電池不同的是，固態(tài)電池是一種使用固體電極和固體電解質(zhì)的電池。由于科學(xué)界認(rèn)為鋰離子電池已經(jīng)到達(dá)極限，固態(tài)電池于近年被視為可以繼承鋰離子電池地位的電池。固態(tài)鋰電池技術(shù)采用鋰、鈉制成的玻璃化合物為傳導(dǎo)物質(zhì)，取代以往鋰電池的電解液，大大提升鋰電池的能量密度。

在固態(tài)離子學(xué)中，固態(tài)電池是一種使用固體電極和固體電解液的電池。固態(tài)電池一般功率密度較低，能量密度較高。由于固態(tài)電池的功率重量比較高，所以它是電動(dòng)汽車很理想的電池 。2030年，鋰離子電池將不再是電動(dòng)汽車電池主流，但其在某些電子原件領(lǐng)域仍有一席之地。 [1] 據(jù)SNE Researchd的測(cè)算，2025年我國(guó)固態(tài)電池市場(chǎng)空間有望達(dá)30億元，2030年有望達(dá)到200億元。

近日，網(wǎng)傳消息稱，比亞迪全新研發(fā)的固態(tài)鋰電池在重慶生產(chǎn)即將裝車試驗(yàn)，該項(xiàng)目由歐陽(yáng)明高院士牽頭，另有三位院士顧問(wèn)一同參與了比亞迪全固態(tài)鋰電池的研發(fā)工作，屬于標(biāo)準(zhǔn)的國(guó)家級(jí)重點(diǎn)項(xiàng)目。

那么什么是全固態(tài)電池，它又有什么優(yōu)點(diǎn)嗎?

顧名思義，固態(tài)電池就是將液態(tài)電池內(nèi)部電解液全部更換為了固態(tài)電解質(zhì)，質(zhì)量能量密度可以由液態(tài)鋰電池的極限300Wh/kg增大為700Wh/kg，這就意味著同等體積下固態(tài)電池續(xù)航里程將大大提升。

此外，固態(tài)電池的充電速度也會(huì)得到飛躍式進(jìn)步，10分鐘即可完成，而且由于沒(méi)有液態(tài)電解質(zhì)，固體電池可以說(shuō)是從真正意義上杜絕了自燃風(fēng)險(xiǎn)，所以綜合來(lái)看，固態(tài)電池一旦量產(chǎn)推廣，足以稱得上是顛覆性的創(chuàng)新。

據(jù)了解，比亞迪早在2016年以前就已經(jīng)投入了固態(tài)鋰電池的研究工作，目前在國(guó)內(nèi)的相關(guān)專利數(shù)處于領(lǐng)先，位居第一，它的兩種技術(shù)路線氧化物固態(tài)鋰電池及硫化物固態(tài)鋰電池均已完成生產(chǎn)，隨時(shí)可裝車試驗(yàn)，下一步就是量產(chǎn)商業(yè)化運(yùn)用了。

不止是比亞迪，同為電池巨頭的寧德時(shí)代也在緊鑼密鼓地研發(fā)固態(tài)鋰電池，預(yù)計(jì)在2030年實(shí)現(xiàn)固態(tài)鋰電池的商業(yè)化量產(chǎn)，此外其還全滿推進(jìn)鈉離子、M3P、凝聚態(tài)、無(wú)鈷電池、無(wú)稀有金屬電池等電池技術(shù)布局。

美國(guó)麻省理工學(xué)院研究人員解釋了可充電鋰電池枝晶的形成原因以及如何防止其穿過(guò)電解液的方法。這一發(fā)現(xiàn)最終可能開(kāi)啟一種新型可充電鋰電池的設(shè)計(jì)之門，這種電池比目前的版本更輕、更緊湊、更安全。

到目前為止，可充電鋰金屬電池的商業(yè)用途還很有限，其中一個(gè)原因是枝晶。枝晶可在鋰表面堆積，滲透到固體電解液中，最終從一個(gè)電極交叉到另一個(gè)電極，使電池短路。

麻省理工學(xué)院的早期研究發(fā)現(xiàn)，鋰離子固體電解質(zhì)材料在電池充放電過(guò)程中來(lái)回穿梭，會(huì)導(dǎo)致電極的體積發(fā)生變化。這不可避免地在固體電解液中產(chǎn)生應(yīng)力，它必須與夾在中間的兩個(gè)電極保持完全接觸?！盀榱顺练e這種金屬，就必須擴(kuò)大體積，因?yàn)樾碌馁|(zhì)量正在增加。因此，鋰電池一側(cè)的體積增加了。如果有哪怕是微小的缺陷存在，就將對(duì)這些缺陷產(chǎn)生壓力，從而導(dǎo)致開(kāi)裂。”

研究團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)，這些壓力會(huì)導(dǎo)致裂縫，從而形成枝晶。事實(shí)證明，解決問(wèn)題的辦法是以正確的方向和適當(dāng)?shù)牧α渴┘訅毫Α?

之前，一些研究人員認(rèn)為枝晶是由純電化學(xué)過(guò)程而非是機(jī)械過(guò)程形成的，但該團(tuán)隊(duì)的實(shí)驗(yàn)表明，導(dǎo)致問(wèn)題的是機(jī)械應(yīng)力。

電池枝晶的形成過(guò)程通常發(fā)生在不透明材料的深處，無(wú)法直接觀察到，因此研究人員開(kāi)發(fā)了一種使用透明電解液制造薄電池的方法，可直接看到和記錄整個(gè)過(guò)程。

該團(tuán)隊(duì)證明，他們只需施加和釋放壓力，就可直接控制枝晶的生長(zhǎng)，使枝晶與力的方向完全一致。對(duì)固體電解質(zhì)施加機(jī)械應(yīng)力并不能消除枝晶的形成，但它確實(shí)可以控制它們的生長(zhǎng)方向。這意味著可以引導(dǎo)它們與兩個(gè)電極保持平行，并防止它們穿過(guò)另一側(cè)，從而變得無(wú)害。

另一種方法是在材料中“摻雜”嵌入原子，使其變形并處于永久的應(yīng)力狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)表明，150到200兆帕斯卡的壓力足以阻止枝晶穿過(guò)電解液。

近日，我們獲悉比亞迪全固態(tài)電池將在重慶工廠實(shí)驗(yàn)裝車，該工廠同時(shí)也是刀片電池生產(chǎn)基地。另?yè)?jù)了解，該項(xiàng)目由歐陽(yáng)明高院士牽頭，另有三位院士顧問(wèn)一同參與了比亞迪全固態(tài)鋰電池的研發(fā)工作，屬于標(biāo)準(zhǔn)的國(guó)家級(jí)重點(diǎn)項(xiàng)目。

資料顯示，固態(tài)電池在能量密度上更高，而且沒(méi)有液態(tài)電解液，自燃發(fā)生的幾率更低。

全固態(tài)電池目前有兩種技術(shù)路線，第一種氧化物固態(tài)電池，比亞迪早已經(jīng)制成。性能方面與現(xiàn)在的液態(tài)電池差距不大，隨時(shí)可以投入量產(chǎn)裝機(jī)。此次比亞迪研發(fā)的第二種固態(tài)電池，是硫化物技術(shù)路線，性能方面取得了大幅提升，目前已經(jīng)完成試生產(chǎn)并達(dá)到測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，隨時(shí)裝車。