在年初舉行的2018 CES（拉斯維加斯國(guó)際消費(fèi)電子展）上，“固態(tài)電池”突然成為了熱點(diǎn)話題，起因是萬(wàn)向旗下的Fisker公司在發(fā)布全新電動(dòng)跑車Emotion時(shí)，提到了由于搭載石墨烯固態(tài)電池，這款電動(dòng)跑車實(shí)現(xiàn)644km以上的續(xù)航里程，甚至可以“吊打”特斯拉。

固態(tài)電池為何如此牛氣呢？下邊稍微科普一下：

通常來(lái)說(shuō)，鋰離子電池由正極、負(fù)極、隔膜、電解液等部分組成，無(wú)論是最初的鎳氫電池、錳酸鋰電池、后來(lái)的磷酸鐵鋰電池，還是如今已廣為人知的三元鋰電池（鎳鈷錳和鎳鈷鋁），說(shuō)的其實(shí)都是電池的正極材料，對(duì)電芯能力密度影響最大的就是它。

眾所周知，磷酸鐵鋰電池在能量密度方面的提升空間已非常有限，不提升能量密度，就無(wú)法提升電動(dòng)車的續(xù)航里程。于是，動(dòng)力電池的生產(chǎn)企業(yè)已經(jīng)開(kāi)始由磷酸鐵鋰電池全面倒向三元鋰電池的優(yōu)化升級(jí)，但從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，這些方式都很難讓三元鋰電池的能量密度突破300Wh/kg。那么，這個(gè)行業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)同的研發(fā)瓶頸出現(xiàn)后，應(yīng)該如何捅破天花板完成未來(lái)目標(biāo)呢？（2020年350Wh/kg，2025年400Wh/kg，2030年500Wh/kg），下面就輪到固態(tài)電池登場(chǎng)了！

使用固態(tài)電解質(zhì)的鋰電池可以擺脫石墨材料的束縛，轉(zhuǎn)而去采用金屬鋰作為負(fù)極，使得整個(gè)電池系統(tǒng)的能力密度大大提升。從現(xiàn)在的試驗(yàn)數(shù)據(jù)看，300-400Wh/kg能量密度的全固態(tài)電池已經(jīng)不在話下，有人預(yù)測(cè)未來(lái)達(dá)到900Wh/kg也不是沒(méi)有可能。更重要的是，固態(tài)電池可以在更高溫（可長(zhǎng)期在60-120°C溫度下）、更大電流、更高電壓下工作，較液態(tài)電解質(zhì)鋰電池應(yīng)用范圍更加廣泛。

正因如此，盡管目前全固態(tài)電解質(zhì)的成本非常昂貴，但全球各大相關(guān)企業(yè)、研究機(jī)構(gòu)都紛紛將固態(tài)電池技術(shù)作為重要研發(fā)方向。

而就在上周末舉行的“2018中國(guó)電動(dòng)汽車百人會(huì)論壇”上，新興固態(tài)電池的開(kāi)發(fā)同樣成為關(guān)注的焦點(diǎn)。

就連工信部部長(zhǎng)苗圩也在致辭中強(qiáng)調(diào)，在我國(guó)新能源汽車發(fā)展的下一步工作中，要“重點(diǎn)攻克下一代鋰電池和固態(tài)電池等新體系電池的關(guān)鍵核心技術(shù)”。他強(qiáng)調(diào)，“我們2020年單體電池要做到350瓦時(shí)每公斤，模組要做到260，這個(gè)還是蠻有挑戰(zhàn)的。（我們要）提升正向設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的能力，不斷提高整車的輕量化和智能化水平，努力使整車性能達(dá)到甚至超過(guò)燃油汽車?！?/p>

其實(shí)，正如中國(guó)電動(dòng)汽車百人會(huì)執(zhí)行副理事長(zhǎng)、中國(guó)科學(xué)院院士歐陽(yáng)明高評(píng)價(jià)的那樣，“2017年是固態(tài)電池最火熱的一年”。

據(jù)歐陽(yáng)明高介紹，“日本在無(wú)機(jī)硫化物固態(tài)電解質(zhì)方面取得重要突破，豐田公司出臺(tái)固態(tài)電池量產(chǎn)計(jì)劃，在2022年實(shí)現(xiàn)商品化?！?/p>

2017年10月，豐田汽車公司副社長(zhǎng)迪迪爾·勒羅伊宣稱要在2025年前推出新一代電池“固態(tài)電池”，其能大幅增加電動(dòng)車?yán)m(xù)航里程。他表示，豐田公司正投入200多人進(jìn)行開(kāi)發(fā)，并強(qiáng)調(diào)豐田在固態(tài)電池方面的專利為世界第一。去年底，寶馬宣布與電池技術(shù)公司SolidPower建立新的合作關(guān)系，目的正是進(jìn)行固態(tài)電池的研發(fā)，以用于商業(yè)化電動(dòng)汽車的搭載。

而日立公司也宣布其固態(tài)電池技術(shù)已經(jīng)研發(fā)完成。“公司現(xiàn)在就可以提供與當(dāng)前鋰離子電池相同性能的固態(tài)電池，能更好的處理溫度變化，擁有更長(zhǎng)的循環(huán)壽命?！比樟⒆羯偛肨akashi Tanisho透露，“目前已經(jīng)將固態(tài)電池的樣品送到了航空航天和汽車行業(yè)的潛在客戶?！?/p>

與此同時(shí)，我國(guó)國(guó)家電池創(chuàng)新中心和中科院物理所在減緩富鋰錳基固溶體材料衰減、北京大學(xué)項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)在開(kāi)發(fā)新結(jié)構(gòu)的富鋰正極材料等項(xiàng)目上也取得了不同程度的進(jìn)展，歐陽(yáng)明高表示：“大家知道三元811正極比容量只有210毫安時(shí)/克，現(xiàn)在新結(jié)構(gòu)富鋰正極材料已經(jīng)做到400毫安時(shí)/克，這為實(shí)現(xiàn)鋰離子電池500瓦時(shí)/公斤的目標(biāo)提供了可能性?！?/p>

值得一提的是，目前國(guó)內(nèi)三元材料電池出貨的“領(lǐng)頭羊”——寧德時(shí)代同樣在固態(tài)電池領(lǐng)域研究頗多，并且已申請(qǐng)到了包括固態(tài)電解質(zhì)膜片及鋰離子電池、鋰離子電池的固態(tài)電解質(zhì)材料等多項(xiàng)專利。

而剛剛在CES 2018上引發(fā)轟動(dòng)之后，萬(wàn)向也在“百人會(huì)論壇”上發(fā)聲——萬(wàn)向A123系統(tǒng)有限公司工程副總裁陳旸透露，“我們可能沒(méi)有采用很激進(jìn)的做法，我們是從熟悉的三元+石墨這個(gè)體系開(kāi)始去研究固態(tài)電解質(zhì)的集成與生產(chǎn)與產(chǎn)業(yè)化的問(wèn)題，第一步最簡(jiǎn)單，我們逐步引入硅碳負(fù)極、鋰金屬負(fù)極以及先進(jìn)的正極材料，逐步走向全固態(tài)的過(guò)程。”他透露，“目前萬(wàn)向A123正在全球與多個(gè)合作伙伴共同從事這個(gè)項(xiàng)目的研究，而且我們把制造性、產(chǎn)業(yè)化作為研究的重點(diǎn)。”

而北大先行科技產(chǎn)業(yè)有限公司總裁、CEO高原認(rèn)為，固態(tài)電池“風(fēng)險(xiǎn)高”但是“回報(bào)也高”，“現(xiàn)在我們聽(tīng)的很多的就是全固態(tài)電池，全固態(tài)電池它當(dāng)然好處可以用鋰金屬，用了鋰金屬負(fù)極的能量密度就大大提高了，當(dāng)然好處就是固態(tài)電解液室溫下的電導(dǎo)率，還有大家不談的一個(gè)事情，即便我們用鋰金屬做負(fù)極，雖然算起來(lái)能量密度很高，比如你算出來(lái)需要一公斤的鋰金屬，可能要往里面放三四倍所需要的鋰金屬，因?yàn)槊恳淮武嚱饘傺h(huán)回來(lái)的時(shí)候他都會(huì)形成一個(gè)新的表面，新的表面會(huì)消耗一部分鋰?！?/p>

當(dāng)然，也有專家提醒大家注意固態(tài)電池的“虛火”。中國(guó)工程院院士楊裕生就直言不諱，“最近大家可能很關(guān)注固態(tài)電池，實(shí)際上正確講應(yīng)該是全固態(tài)電池，但是現(xiàn)在把固態(tài)電池里面放一點(diǎn)少量的有機(jī)電解液，也叫做固態(tài)電池，實(shí)際上這個(gè)是有點(diǎn)不倫不類。真正的全固態(tài)電池安全性是高的，這個(gè)可能是10年以后的事情，把希望寄托在10年以后的電池，來(lái)發(fā)展當(dāng)前的電動(dòng)汽車，這是虛無(wú)縹渺。”

而歐陽(yáng)明高此前同樣強(qiáng)調(diào)：“全固態(tài)鋰電池，這個(gè)詞每一個(gè)字都不能少、不能變，比方說(shuō)‘全固態(tài)’跟‘固態(tài)’是不一樣的，‘鋰電池’和‘鋰離子電池’不是一個(gè)概念。所謂‘全固態(tài)鋰電池’是一種在工作溫度區(qū)間內(nèi)所使用的電極和電解質(zhì)材料均呈固態(tài)，不含任何液態(tài)成分的鋰電池，所以我們?nèi)Q是‘全固態(tài)電解質(zhì)鋰電池’。”

而目前有所突破、有性能優(yōu)勢(shì)和產(chǎn)業(yè)化前景的，主要是固態(tài)鋰離子電池。歐陽(yáng)明高解釋說(shuō)，“固態(tài)鋰離子電池，其電解質(zhì)是固態(tài)，但在電芯中有少量的液態(tài)電解質(zhì)；所謂半固態(tài)，就是固態(tài)電解質(zhì)、液態(tài)電解質(zhì)各占一半，或者說(shuō)電芯的一半是固態(tài)的、一半是液態(tài)的，所以還有準(zhǔn)固態(tài)的，就是主要為固態(tài)、少量是液態(tài)?！?/p>

此前提到的，“豐田做的不是全固態(tài)鋰金屬電池，做的是固態(tài)鋰離子電池，它的負(fù)極是石墨類，硫化物電解質(zhì)，高電壓正極，單體電池容量15安時(shí)，電壓是十幾V的那種，2022年實(shí)現(xiàn)商品化，這個(gè)是靠譜的……所以在日本，并沒(méi)有顛覆，還是鋰離子電池，正負(fù)極還可以用以前的。韓國(guó)，也是石墨類負(fù)極，并不是金屬鋰負(fù)極，跟日本差不多?！睔W陽(yáng)明高表示，“中、日、韓的情況是類似的，因?yàn)槲覀円呀?jīng)有了很大的鋰離子電池的產(chǎn)業(yè)鏈，不希望推倒重來(lái)?！?/p>

盡管開(kāi)發(fā)混合固液電解質(zhì)電池和全固態(tài)金屬鋰電池，還面臨很多科學(xué)與技術(shù)的挑戰(zhàn)，也包括控制成本方面的挑戰(zhàn)，但固態(tài)電池仍然是一項(xiàng)我們有望親眼看到的，或?qū)⒏淖兤嚨募夹g(shù)變革。

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