固態電池產業化漸近 鋰電池勁敵出現？

OFweek鋰電網訊 據海外媒體報道，寶馬正在研發一款更為先進的鋰離子電池，這款電池將用固態電解質代替現有的電解液，更輕、更安全、密度更高，計劃於2026年實現量產。

看到這則新聞，不禁聯想到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，用以研發新型固態鋰電池。此前一年，該公司以9000萬美金收購了美國固態電池企業Sakti3， 該公司創辦人詹姆斯·戴森當時就曾提出將會投資近10億美元去大批量生產固態電池。

消息一經公布，外界普遍認為這一舉動對戴森和以他名字命名的公司來說是一場豪賭，引起了不小的爭議。分析師們一致認為未來十年內看不到固態電池廣泛應用的希望，當時特斯拉 CEO 埃隆·馬斯克也公開表示不看好固態電池的前景，他認為，固態電池生產成本難以下降至當前的鋰電池生產成本的水平，因而特斯拉把精力專註於降低現有鋰離子電池成本的生產研發上，目前他們已投入50億美金建造超大鋰離子電池廠，據稱可讓鋰電池的生產成本下降30%。

如今，寶馬也開始從戰略層面布局固態電池的研發與生產了，作為一家馳名世界的汽車生產商，寶馬歷來被視為是高檔汽車製造業的先導，以注重車輛技術的研發與革新聞名。在動力電池領域，寶馬一直是積極的倡導和參與者，早在2012年，寶馬就開始涉足氫燃料電池，與豐田合作共同研發燃料電池系統。2015年，寶馬又與道達爾公司聯手推出可提供兩種加註科技的加氫站。該加氫站除了符合工業標準以外，還增設了高壓低溫複合氫燃料存儲科技，可將氫燃料存儲能力提高50%，支持車輛實現超過500公里的續航里程。現在寶馬又瞄準了固態電池領域，通過自身涉足固態電池的研發，不斷積累完善技術儲備，實現對未來市場的佔領，再次向世人展示了其先人一步的發展眼光和策略。

我們知道，目前新能源領域以應用液態鋰離子電池為主，液態鋰離子電池裡面含有液態的電解液，鋰離子通過電解液在正負極間來回遷移實現電力供應。而全固態鋰離子電池裡面沒有液態的電解液，取而代之的是聚合物類固態電解質（亦或者塗敷在隔膜表面），鋰離子的遷移方式主要靠固態擴散。

固態電池與液態電池的差別主要體現在電解液的形態上面，當前液態鋰離子電池電解液主要存在著以下幾方面問題：

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

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係的。

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生危險。

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

相比較而言，全固態鋰離子電池的能量密度會更高，安全性也會大幅提高，可以承受更高的電壓，耐過充性能也會提升，而且基本無環境毒害,代表了未來鋰電池的發展方向。

但是也應當注意，全固態鋰離子電池並非完美無缺，其最大的一個缺點就是高倍率放電性能極差，原因就是鋰離子的固態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現起來就比較困難了。另外一個缺點就是製造技術複雜，成本較高。

作為一種優缺點分明的新型鋰離子電池，全固態鋰離子電池的高安全性和高能量密度正是當前鋰電池業界追求的目標，雖然存在著明顯的缺點，但並不妨礙其未來的產業前景。

對於快充缺陷的問題，我們也不必過於耿耿於懷，因為科技的發展和進步總是在不經意間給我們帶來振奮和驚喜。據發表在《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奧斯汀分校機械工程和材料科學教授 John Goodenough領導的一個團隊發明了一種快速充電的低成本全固態電池，該教授稱，他們使用固體玻璃電解質代替液體電解質，發現能解決許多今天電池固有的問題。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 1200 次。

技術和材料的進步，讓國內外越來越多的機構和企業看到了固態電池的光明前景，紛紛投入到固態電池的研發和生產中來，國外在這一領域起步較早並取得了一定的成果，大致情況如下：

世界主要機構廠商的研究進展

1.法國博洛雷公司的EV「Bluecar 」配備了其子公司Batscap生產的30kwh金屬鋰聚合物電池(LMP)採用Li-PEO-LFP材料體系。巴黎的汽車共享服務「Autolib」使用了約2900輛Bluecar。這是世界上首次用於EV的商業化全固態電池。

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汽車集團收購。

3.德國KOLIBRI電池應用於Audi A2轎車，電池未真正商業化。

4.豐田應用在電動汽車電池體系Toyota prototype: LiCoO2/Li10GeP2S12/In

目前國內從事固態電池研究的機構企業主要有中科院化學所、中科院青島能源所、中科院寧波材料所、寧德時代、中航鋰電、珈偉股份、橫店東磁、台灣輝能等，也已經取得了一定的突破，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布了全球首例固態鋰電池與快充鋰電池，同時表示，將全力加速固態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。

寧德時代：公司研發經理郭永勝表示，寧德時代正在積極布局動力電池下一代技術，在固態鋰電池方面的投入研發比較多，同時也在開發固態電池的製造工藝。

此外，橫店東磁在接受調研時也表示，將組織研發固態電池。

在材料方面，科學院寧波材料技術與工程研究所、科學院上海硅酸鹽研究所合作已經開發了一系列的氧化物和硫化物的粉體、陶瓷片等，已經開始對社會提供樣品和供貨。

中科院化學研究所在雙功能聚合物電解質相關研究中，成功開發出新型雙功能聚合物電解質，可用於室溫固態金屬鋰電池。

中科院青島生物能源與過程研究所在高能量密度固態電池研究中取得進展，針對固態電池發展中固固界面阻抗過大的瓶頸問題提出「原位自形成固態電解質」的解決方案，有效降低界面阻抗和提升電池綜合性能。

全固態鋰電池作為替代傳統鋰電的未來電池技術方向之一，已經吸引了眾多國內外研究機構和企業進行研發，儘管在固體電解質材料以及成本、工藝上還有相當長的路要走，但面對其巨大的商業價值空間，一定還會有更多類似寶馬一樣的優秀汽車製造商以及電池企業投入其中，相信隨著研發技術的推動和深入，固態電池產業化的步伐離我們越來越近了。