固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化漸近 鋰電池勁敵出現？

　　據海外媒體報道，寶馬正在研發(fā)一款更為先進(jìn)的鋰離子電池，這款電池將用固態(tài)電解質(zhì)代替現有的電解液，更輕、更安全、密度更高，計劃于2026年實(shí)現量產(chǎn)。

　　看到這則新聞，不禁聯(lián)想到2016年8月的一則消息，英國戴森公司豪擲14億美元新建電池工廠(chǎng)，用以研發(fā)新型固態(tài)鋰電池。此前一年，該公司以9000萬(wàn)美金收購了美國固態(tài)電池企業(yè)Sakti3， 該公司創(chuàng )辦人詹姆斯·戴森當時(shí)就曾提出將會(huì )投資近10億美元去大批量生產(chǎn)固態(tài)電池。

　　消息一經(jīng)公布，外界普遍認為這一舉動(dòng)對戴森和以他名字命名的公司來(lái)說(shuō)是一場(chǎng)豪賭，引起了不小的爭議。分析師們一致認為未來(lái)十年內看不到固態(tài)電池廣泛應用的希望，當時(shí)特斯拉 CEO 埃隆·馬斯克也公開(kāi)表示不看好固態(tài)電池的前景，他認為，固態(tài)電池生產(chǎn)成本難以下降至當前的鋰電池生產(chǎn)成本的水平，因而特斯拉把精力專(zhuān)注于降低現有鋰離子電池成本的生產(chǎn)研發(fā)上，目前他們已投入50億美金建造超大鋰離子電池廠(chǎng)，據稱(chēng)可讓鋰電池的生產(chǎn)成本下降30%。

　　如今，寶馬也開(kāi)始從戰略層面布局固態(tài)電池的研發(fā)與生產(chǎn)了，作為一家馳名世界的汽車(chē)生產(chǎn)商，寶馬歷來(lái)被視為是高檔汽車(chē)制造業(yè)的先導，以注重車(chē)輛技術(shù)的研發(fā)與革新聞名。在動(dòng)力電池領(lǐng)域，寶馬一直是積極的倡導和參與者，早在2012年，寶馬就開(kāi)始涉足氫燃料電池，與豐田合作共同研發(fā)燃料電池系統。2015年，寶馬又與道達爾公司聯(lián)手推出可提供兩種加注科技的加氫站。該加氫站除了符合工業(yè)標準以外，還增設了高壓低溫復合氫燃料存儲科技，可將氫燃料存儲能力提高50%，支持車(chē)輛實(shí)現超過(guò)500公里的續航里程?，F在寶馬又瞄準了固態(tài)電池領(lǐng)域，通過(guò)自身涉足固態(tài)電池的研發(fā)，不斷積累完善技術(shù)儲備，實(shí)現對未來(lái)市場(chǎng)的占領(lǐng)，再次向世人展示了其先人一步的發(fā)展眼光和策略。

　　我們知道，目前新能源領(lǐng)域以應用液態(tài)鋰離子電池為主，液態(tài)鋰離子電池里面含有液態(tài)的電解液，鋰離子通過(guò)電解液在正負極間來(lái)回遷移實(shí)現電力供應。而全固態(tài)鋰離子電池里面沒(méi)有液態(tài)的電解液，取而代之的是聚合物類(lèi)固態(tài)電解質(zhì)(亦或者涂敷在隔膜表面)，鋰離子的遷移方式主要靠固態(tài)擴散。

　　固態(tài)電池與液態(tài)電池的差別主要體現在電解液的形態(tài)上面，當前液態(tài)鋰離子電池電解液主要存在著(zhù)以下幾方面問(wèn)題：

　　1、重量：一個(gè)電芯的重量，電解液可能就要占20-30%左右。(如果不使用液態(tài)電解液，電池的重量會(huì )降低很多，相應的電芯的能量密度就會(huì )增加)。

　　2、安全性：電解液極度易燃，傳統鋰離子電池的安全性較差跟電解液是有很大關(guān)系的。

　　3、穩定性：電解液在高電壓下不穩定，易氧化分解成氣體，導致電芯劣化甚至發(fā)生危險。

　　4、環(huán)保：電解液成分是六氟磷酸鋰和一些酯類(lèi)有機化合物、少量其他添加劑，具有一定的腐蝕性和環(huán)境毒害。

　　相比較而言，全固態(tài)鋰離子電池的能量密度會(huì )更高，安全性也會(huì )大幅提高，可以承受更高的電壓，耐過(guò)充性能也會(huì )提升，而且基本無(wú)環(huán)境毒害,代表了未來(lái)鋰電池的發(fā)展方向。

　　但是也應當注意，全固態(tài)鋰離子電池并非完美無(wú)缺，其最大的一個(gè)缺點(diǎn)就是高倍率放電性能極差，原因就是鋰離子的固態(tài)擴散速度比在溶液里擴散慢得多，因此目前還只能應用在小電流的設備中，而在快充功能方面實(shí)現起來(lái)就比較困難了。另外一個(gè)缺點(diǎn)就是制造技術(shù)復雜，成本較高。

　　作為一種優(yōu)缺點(diǎn)分明的新型鋰離子電池，全固態(tài)鋰離子電池的高安全性和高能量密度正是當前鋰電池業(yè)界追求的目標，雖然存在著(zhù)明顯的缺點(diǎn)，但并不妨礙其未來(lái)的產(chǎn)業(yè)前景。

　　對于快充缺陷的問(wèn)題，我們也不必過(guò)于耿耿于懷，因為科技的發(fā)展和進(jìn)步總是在不經(jīng)意間給我們帶來(lái)振奮和驚喜。據發(fā)表在《Energy and Environmental Science》期刊上的一份研究報告顯示，已94歲高齡的美國德州大學(xué)奧斯汀分校機械工程和材料科學(xué)教授 John Goodenough領(lǐng)導的一個(gè)團隊發(fā)明了一種快速充電的低成本全固態(tài)電池，該教授稱(chēng)，他們使用固體玻璃電解質(zhì)代替液體電解質(zhì)，發(fā)現能解決許多今天電池固有的問(wèn)題。這種電池能在零下 20 攝氏度的極端低溫下工作，能量密度是現在鋰離子電池的至少三倍，充放電超過(guò) 1200 次。

　　技術(shù)和材料的進(jìn)步，讓國內外越來(lái)越多的機構和企業(yè)看到了固態(tài)電池的光明前景，紛紛投入到固態(tài)電池的研發(fā)和生產(chǎn)中來(lái)，國外在這一領(lǐng)域起步較早并取得了一定的成果，大致情況如下：

　　世界主要機構廠(chǎng)商的研究進(jìn)展

　　1.法國博洛雷公司的EV“Bluecar ”配備了其子公司Batscap生產(chǎn)的30kwh金屬鋰聚合物電池(LMP)采用Li-PEO-LFP材料體系。巴黎的汽車(chē)共享服務(wù)“Autolib”使用了約2900輛Bluecar。這是世界上首次用于EV的商業(yè)化全固態(tài)電池。

　　2.SEEO公司正在供貨樣品級38Wh、220Wh/kg的電池單元和130~150Wh/kg的電池組。2015年被BOSCH汽車(chē)集團收購。

　　3.德國KOLIBRI電池應用于A(yíng)udi A2轎車(chē)，電池未真正商業(yè)化。

　　4.豐田應用在電動(dòng)汽車(chē)電池體系Toyota prototype: LiCoO2/Li10GeP2S12/In

　　目前國內從事固態(tài)電池研究的機構企業(yè)主要有中科院化學(xué)所、中科院青島能源所、中科院寧波材料所、寧德時(shí)代、中航鋰電、珈偉股份、橫店?yáng)|磁、臺灣輝能等，也已經(jīng)取得了一定的突破，具體情況如下：

　　珈偉股份：2016年11月15日珈偉股份公司在上海發(fā)布了全球首例固態(tài)鋰電池與快充鋰電池，同時(shí)表示，將全力加速固態(tài)鋰電池與快充鋰電池的合體，將更深一層的安全保障與超強性能合二為一。

　　寧德時(shí)代：公司研發(fā)經(jīng)理郭永勝表示，寧德時(shí)代正在積極布局動(dòng)力電池下一代技術(shù)，在固態(tài)鋰電池方面的投入研發(fā)比較多，同時(shí)也在開(kāi)發(fā)固態(tài)電池的制造工藝。

　　此外，橫店?yáng)|磁在接受調研時(shí)也表示，將組織研發(fā)固態(tài)電池。

　　在材料方面，中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所、中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所合作已經(jīng)開(kāi)發(fā)了一系列的氧化物和硫化物的粉體、陶瓷片等，已經(jīng)開(kāi)始對社會(huì )提供樣品和供貨。

　　中科院化學(xué)研究所在雙功能聚合物電解質(zhì)相關(guān)研究中，成功開(kāi)發(fā)出新型雙功能聚合物電解質(zhì)，可用于室溫固態(tài)金屬鋰電池。

　　中科院青島生物能源與過(guò)程研究所在高能量密度固態(tài)電池研究中取得進(jìn)展，針對固態(tài)電池發(fā)展中固固界面阻抗過(guò)大的瓶頸問(wèn)題提出“原位自形成固態(tài)電解質(zhì)”的解決方案，有效降低界面阻抗和提升電池綜合性能。

　　全固態(tài)鋰電池作為替代傳統鋰電的未來(lái)電池技術(shù)方向之一，已經(jīng)吸引了眾多國內外研究機構和企業(yè)進(jìn)行研發(fā)，盡管在固體電解質(zhì)材料以及成本、工藝上還有相當長(cháng)的路要走，但面對其巨大的商業(yè)價(jià)值空間，一定還會(huì )有更多類(lèi)似寶馬一樣的優(yōu)秀汽車(chē)制造商以及電池企業(yè)投入其中，相信隨著(zhù)研發(fā)技術(shù)的推動(dòng)和深入，固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化的步伐離我們越來(lái)越近了。