固態(tài)電池并非新的概念，早在上世紀70年代就已經(jīng)出現(xiàn)了，在1991年左右固態(tài)電池實現(xiàn)了商業(yè)化，目前耳機中所使用的微型鋰電池就是一種固態(tài)電池。當時的固態(tài)電池以薄膜電池形態(tài)出現(xiàn)，而當時其未獲普及的原因是因為固態(tài)薄膜電池存在著容量小，成本高等缺點，但它能進行商業(yè)應(yīng)用，也證明了固態(tài)電池技術(shù)還是具有可行性。
隨著新能源汽車以及物聯(lián)網(wǎng)等新興應(yīng)用的逐漸普及，尤其是新能源汽車，它對于續(xù)航里程、安全性、充電時間等方面都有著較高要求，電池成為關(guān)鍵中的關(guān)鍵。而隨著傳統(tǒng)液態(tài)鋰電池不斷接近其應(yīng)用極限，固態(tài)電池逐漸進入公眾視線。
傳統(tǒng)液態(tài)鋰電池因為其充放電原理被科學(xué)界稱為“搖椅式電池”，搖椅兩端為電池的正負兩極，中間為液態(tài)電解質(zhì)。鋰電子在搖椅兩端來回運動，在鋰電子從正極到負極的過程中，完成了電池的充放電。而在這一過程中，存在著諸多安全隱患，如過度充電，電池容易發(fā)熱，造成電解液氣脹、分解、自燃甚至爆炸等情況。
固態(tài)電池的充放電原理和液態(tài)電池相同，唯一不同的是它的電解質(zhì)為固態(tài)，它相對于液態(tài)電解質(zhì)擁有諸多優(yōu)勢：1）能量密度高。固態(tài)電池采用固態(tài)電解質(zhì)后，就不需要使用嵌鋰的石墨負極，而是直接使用金屬鋰作為負極，這樣可以減輕負極材料的用量，從而提高整個電池的能量密度。2）體積小。傳統(tǒng)液態(tài)鋰電池中的隔膜和電解液占據(jù)了整個電池質(zhì)量的將近25%，采用固態(tài)電解質(zhì)后，正負極之間的距離可以縮短至最小的十幾微米，這樣電池的厚度和質(zhì)量都大大下降了。3）更高的安全性。傳統(tǒng)電池因為電解液為液體，在高溫狀態(tài)下可能會發(fā)生上述描述過的一系列安全隱患問題，而固態(tài)電池卻不存在這些問題，具有更高的安全性。
圖片來源：日經(jīng)中文網(wǎng)
其實，固態(tài)電池并非新的概念，早在上世紀70年代就已經(jīng)出現(xiàn)了，在1991年左右固態(tài)電池實現(xiàn)了商業(yè)化，目前耳機中所使用的微型鋰電池就是一種固態(tài)電池。當時的固態(tài)電池以薄膜電池形態(tài)出現(xiàn)，而當時其未獲普及的原因是因為固態(tài)薄膜電池存在著容量小，成本高等缺點，但它能進行商業(yè)應(yīng)用，也證明了固態(tài)電池技術(shù)還是具有可行性。
目前，世界諸多國家和地區(qū)都紛紛投入對于固態(tài)電池的研究，尤其是對于全固態(tài)電池的研究。在10月舉辦的第八屆電池新能源產(chǎn)業(yè)國際高峰論壇上，諸多國內(nèi)電池企業(yè)介紹了他們在固態(tài)電池領(lǐng)域的研發(fā)現(xiàn)狀，以及對于這一領(lǐng)域目前所面臨的機會和挑戰(zhàn)。贛鋒鋰業(yè)認為固態(tài)電池可以很好滿足未來新能源汽車的發(fā)展需求，他們目前和中科院寧波材料所合作，已經(jīng)在固態(tài)電池技術(shù)方面擁有了較長期和全面的技術(shù)積淀，尤其在固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化方面走在了行業(yè)前列。其研發(fā)的電池已經(jīng)通過了多家權(quán)威第三方的全面評測，已經(jīng)和車企進行應(yīng)用對接。另外，蘇州清陶、北京衛(wèi)藍新能源等公司在固態(tài)電池研發(fā)上也走在了世界前列。
固態(tài)電池玩家很多
資料來源：Yole
日本企業(yè)也在固態(tài)電池領(lǐng)域持續(xù)發(fā)力，包括日立造船、富士通、TDK以及豐田、松下等公司都在積極布局固態(tài)電池領(lǐng)域。尤其是松下公司，據(jù)國外媒體報道，豐田與松下在2020年年出已經(jīng)合作成立了一家合資企業(yè)—— Prime Planet Energy & Solutions，將開發(fā)和生產(chǎn)棱柱形鋰離子電池以及固態(tài)電池和“下一代”電池。此外，它還聯(lián)合比利時研究機構(gòu)IMEC開發(fā)出了體積能量密度為425 h /L的固體電解質(zhì)鋰離子充電電池。
除了中日兩國，美國、韓國等國家和地區(qū)也均在固態(tài)電池領(lǐng)域有所布局。尤其在新能源汽車行業(yè)，固態(tài)電池被認為是解決動力電池安全問題的根本途徑。尤其，近年來，全球各國對于汽車行業(yè)的環(huán)保監(jiān)管越來越嚴，據(jù)不完全統(tǒng)計，目前已有超過12個國家、25個地區(qū)宣布或制定了禁售燃油車的時間表。新能源汽車代替燃油車將是大勢所趨。而能幫助克服續(xù)航里程、安全性以及充電時間等方面問題的全固態(tài)電池是目前的焦點。據(jù)富士經(jīng)濟預(yù)測，全固態(tài)電池從2020年代中期開始逐步擴大應(yīng)用，到2035年市場規(guī)模將達到約2.8萬億日元，在2030年的3,300億日元基礎(chǔ)上猛增。
但目前全固態(tài)電池技術(shù)也還面臨諸多技術(shù)挑戰(zhàn)，包括固界面問題、高性能電池材料開發(fā)及工程化問題，還有尚未形成規(guī)?；脑牧虾彤a(chǎn)業(yè)制造體系，以及量產(chǎn)成本高等。最最主要的問題是，目前對于固態(tài)電池的電池尺寸、安全指標等方面還沒有搭建起標準體系。固態(tài)電池的完全商業(yè)化還有一段路要走，但相信在諸多新應(yīng)用的推動下，在各領(lǐng)域公司的研發(fā)努力下，固態(tài)電池的大規(guī)模普及也會很快到來。
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