全固態(tài)電池是新能源汽車的希望？難怪日本鐘情于全固態(tài)電池

日本新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機(jī)構(gòu)日前宣布，該國部分企業(yè)及學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)將在未來5年內(nèi)聯(lián)合研發(fā)下一代電動車全固態(tài)鋰電池，力爭早日應(yīng)用于新能源汽車產(chǎn)業(yè)。該項目預(yù)計總投資100億日元，豐田、松下等23家汽車、電池和材料企業(yè)，以及京都大學(xué)、日本理化學(xué)研究所等15家學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)將共同參與研究，計劃到2022年全面掌握全固態(tài)電池相關(guān)技術(shù)。

此前，日本鋰離子電池技術(shù)與評估中心財團(tuán)從日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省那里獲得了1400萬美元的資金支持，最終目標(biāo)是在2030年之前共同研發(fā)出一種能夠支持800公里續(xù)航里程的電池。

今年以來，日本國內(nèi)企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)的重心主要集中在全固態(tài)鋰電池上。不禁讓人好奇，為何如此重視全固態(tài)電池技術(shù)?

全固態(tài)電池技術(shù)的突出優(yōu)勢

此前，雷諾汽車業(yè)務(wù)負(fù)責(zé)人諾曼德公開表示，全固態(tài)電池是汽車工業(yè)的新希望，在成本、密度和熱穩(wěn)定性方面都較目前的鋰離子電池有巨大優(yōu)勢，未來將主應(yīng)用于長續(xù)航的電動汽車。

全固態(tài)電池在電池領(lǐng)域發(fā)展的根本驅(qū)動力之一就是安全性。傳統(tǒng)鋰離子電池的隔膜和電解液。根據(jù)電池的電極材料特性，在大電流下工作可能出現(xiàn)鋰枝晶，從而刺破隔膜導(dǎo)致短路，電池?fù)p壞;而電解液為有機(jī)液體，在高溫下發(fā)生副反應(yīng)、氧化分解、產(chǎn)生氣體、發(fā)生燃燒的傾向都會加劇。

此外，全固態(tài)電池相比傳統(tǒng)鋰離子電池優(yōu)點(diǎn)也比較明顯：

首先，相同能量下，全固態(tài)電池更薄且體積更小。傳統(tǒng)鋰離子電池中，隔膜和電解液共占據(jù)了電池中近4成的體積和2成的質(zhì)量。如果用固態(tài)電解質(zhì)取代，那么電極間距可以縮短到微米級，極大降低電池厚度 ，因此全固態(tài)電池技術(shù)是電池小型化，薄膜化的必經(jīng)之路。

不僅如此，經(jīng)過氣相沉積制備的全固態(tài)電池，其整體厚度可能只有幾十個微米，因此就可以制成非常小的電源器件，整合到MEMS(微機(jī)電系統(tǒng))領(lǐng)域，從而方便電池應(yīng)用在新型小尺寸智能電子設(shè)備，實現(xiàn)終端產(chǎn)品的小微型化。

其次，全固態(tài)電池輕便，能量密度高。使用了全固態(tài)電解質(zhì)后，鋰離子電池的適用材料體系也會發(fā)生改變，可以使用金屬鋰來做負(fù)極取代石墨負(fù)極這樣可以明顯減輕負(fù)極材料的用量，使得整個電池的能量密度有明顯提高。在OFweek鋰電網(wǎng)5月份舉辦的研討會上，來自固體新能源的胡啟朝帶來的能量密度可達(dá)500瓦時/千克固態(tài)鋰金屬電池就是一個成功的佐證。詳情可參考《美國麻省固體能源胡啟朝：固態(tài)鋰金屬電池是追求能量密度最優(yōu)方案》一文。

值得一提的是，使用全固態(tài)電池，可以解決許多新型高性能電極材料與現(xiàn)有的電解液體系的兼容性問題。

綜合考慮到以上兩大因素，全固態(tài)電池相比于一般鋰離子電池，能量密度可以有一個較大幅度的提升。目前為止，許多實驗室中，都已經(jīng)可以小規(guī)模批量試制出能量密度為300-400Wh/kg的全固態(tài)電池。

從能量密度的數(shù)據(jù)上看，全固態(tài)電池帶給人們更多的直觀體會是我們的手機(jī)等電子產(chǎn)品從“一天一充”升級到“兩天一充”。

固態(tài)電池——新能源電池的新戰(zhàn)場

國內(nèi)不少證券機(jī)構(gòu)研究員表示，固態(tài)電池與傳統(tǒng)鋰電池相比具有更高的能量密度，同時擁有更大的功率和更長的使用時間，是下一代鋰電池發(fā)展的大趨勢。

目前，我國也在積極布局固態(tài)電池研究，工信部等四部委印發(fā)的《促進(jìn)汽車動力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動方案》明確提出，加大投入研發(fā)固態(tài)電池等新型電池。隨著巨頭紛紛入局，將推動技術(shù)突破加速，產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用有望提前。

眾多行業(yè)專家都對固態(tài)電池成為下一代電池技術(shù)寄予厚望。接受采訪的業(yè)內(nèi)人士指出，新能源電池的關(guān)鍵是續(xù)航能力，一旦能突破500公里或者更高，那么電動汽車的市場滲透率將明顯提高。而這也將是中國有關(guān)企業(yè)與國外競爭的焦點(diǎn)。

固態(tài)電池將成為國內(nèi)外新能源競爭的新戰(zhàn)場。大眾汽車去年宣布大舉進(jìn)入固態(tài)電池研究領(lǐng)域，到2030年大眾全部車型都將有電動版，將投資500億歐元到電動車電池、200億歐元到電動車。大眾方面表示已經(jīng)在計劃下一代電動車電池，即里程超過1000公里的固態(tài)電池，并將在2025年量產(chǎn)。目前全球在這一技術(shù)方面的先鋒是德國、日本、美國、法國。中國緊追其后。我國的動力電池龍頭企業(yè)寧德時代在聚合物和硫化物基固態(tài)電池方向，分別開展了相關(guān)的研發(fā)工作并取得了初步進(jìn)展，并在規(guī)?；a(chǎn)上提出了初步的工藝路線。

固態(tài)電池作為鋰電池未來發(fā)展的一個方向，全球范圍內(nèi)已有多家企業(yè)開始布局。國內(nèi)上市公司中，國軒高科在投資者互動平臺表示，已在研發(fā)固態(tài)電池及固態(tài)電解質(zhì)。橫店東磁在接受機(jī)構(gòu)調(diào)研時表示，將組織研發(fā)固態(tài)電池， 旗下三元動力電池去年8月份試生產(chǎn)。贛鋒鋰業(yè)最新表示，目前公司的固態(tài)鋰電池處于試驗階段，但已通過多項第三方安全測試。

點(diǎn)評：全固態(tài)鋰電池將是未來電動汽車車電池的發(fā)展方向。此前，工信部等四部委印發(fā)的《促進(jìn)汽車動力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動方案》明確提出，加大投入研發(fā)新的動力鋰電體系，其中就包括固態(tài)電池等新型電池。全固態(tài)電池的能量密度至少是當(dāng)下傳統(tǒng)鋰離子電池的三倍，充電時間縮短的同時，續(xù)航里程更遠(yuǎn)，充放電次數(shù)更高，使得電池更耐用，是未來前景較明朗的一類電池技術(shù)。