10月9日，諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予了三位鋰電池發(fā)明者——美國(guó)科學(xué)家約翰?古迪納夫，美國(guó)科學(xué)家斯坦利?威廷漢以及日本科學(xué)家吉野彰。其中，被稱(chēng)為“鋰電池之父”、現(xiàn)年97歲的古迪納夫近期研究的重點(diǎn)是鋰電池的前沿領(lǐng)域——固態(tài)電池。

隨著科學(xué)的進(jìn)步，液態(tài)鋰電池的安全性已經(jīng)不能滿(mǎn)足人們對(duì)于鋰電池的需求，科學(xué)家們正在研究更加安全和更高效的固態(tài)電池。其實(shí)，在這之前，關(guān)于固態(tài)電池的消息也是不斷：

9月20日，愛(ài)馳汽車(chē)與輝能科技達(dá)成合作協(xié)議，雙方將共同開(kāi)展固態(tài)電池作為車(chē)載動(dòng)力電池相關(guān)技術(shù)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，推進(jìn)動(dòng)力固態(tài)電池商業(yè)化落地。

澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究組織近日宣布，將與日本化學(xué)品制造商Piotrek合作開(kāi)發(fā)高能固態(tài)鋰電池，計(jì)劃在未來(lái)5年內(nèi)面向全球市場(chǎng)推出，用于電子設(shè)備、無(wú)人機(jī)和電動(dòng)汽車(chē)等領(lǐng)域。

日前，雷諾汽車(chē)高級(jí)副總裁吉爾斯·諾曼德對(duì)外表示，到2025年，雷諾旗下電動(dòng)汽車(chē)可能會(huì)使用鈷含量為零的固態(tài)電池。

有消息曝出，哪吒汽車(chē)與清陶新能源科技有限公司達(dá)成了全面深度合作，二者將共同推進(jìn)固態(tài)電池的研發(fā)與應(yīng)用，并加快在新能源車(chē)型上的商業(yè)化落地。

眾多企業(yè)的紛紛布局，讓固態(tài)電池成為市場(chǎng)上的寵兒。那固態(tài)電池受追捧的原因是什么呢？

安全，還是安全！

我們都知道，動(dòng)力電池被稱(chēng)為電動(dòng)汽車(chē)的“心臟”。而鋰離子電池具有能量密度高、自放電率低、循環(huán)效率高等優(yōu)點(diǎn)，在新能源市場(chǎng)上頗受歡迎。但是，目前的鋰離子電池技術(shù)尚未成熟，安全性不穩(wěn)定，電動(dòng)汽車(chē)電池起火、爆炸事故不斷。其實(shí)事故頻發(fā)的很大原因是電池內(nèi)部使用了液態(tài)電解質(zhì)。

專(zhuān)家認(rèn)為，用固態(tài)電解質(zhì)代替液態(tài)電解液，是能夠提升鋰電池安全性能的有效方法之一。原因是固態(tài)電解質(zhì)不易燃，且不會(huì)產(chǎn)生液態(tài)電解液，可以解決電池的安全性問(wèn)題，是最有可能成為下一代動(dòng)力電池的技術(shù)路線(xiàn)。

固態(tài)電池使用固體電極和固體電解質(zhì)，不僅可以有效地減少體積和質(zhì)量，同時(shí)提升鋰電池的能量密度，能夠很好地解決當(dāng)前三元鋰電池高安全和高能量密度這一矛盾，或許會(huì)成為動(dòng)力電池技術(shù)未來(lái)發(fā)展的重要方向。

固態(tài)電池的原理是：固態(tài)電解質(zhì)所具有的密度及結(jié)構(gòu)可以讓更多帶電離子聚集在一端，以傳導(dǎo)更大的電流，進(jìn)而提升電池容量。這樣，同樣的電量，固態(tài)電池體積更小。此外，由于沒(méi)有電解液，固態(tài)電池的成本低、重量輕。

因?yàn)榉衔磥?lái)電池發(fā)展的趨勢(shì)，目前，眾多國(guó)內(nèi)外車(chē)企業(yè)和電池廠(chǎng)商，都在加大固態(tài)電池布局。

最有可能搶占下一個(gè)先機(jī)

業(yè)內(nèi)對(duì)于固態(tài)電池將成為未來(lái)電池的發(fā)展方向已達(dá)成共識(shí)，國(guó)內(nèi)外企業(yè)都在加大固態(tài)電池的研發(fā)速度，希望搶占市場(chǎng)先機(jī)，由此也帶來(lái)了行業(yè)上的競(jìng)爭(zhēng)。

據(jù)外媒報(bào)道，韓國(guó)研究人員研發(fā)出一種技術(shù)，可以制成用于電動(dòng)汽車(chē)的全固態(tài)二次電池。他們使用鋰、鑭、鋯和氧材料，制成了高強(qiáng)度的復(fù)合電解質(zhì)片。此類(lèi)電池結(jié)構(gòu)可以大大減小電池組的體積,同時(shí)消除電池爆炸或起火的風(fēng)險(xiǎn)，即使在空氣中使用剪刀切割該電池，該電池也不會(huì)起火或爆炸。

由日本新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)（NEDO）牽頭投資100億日元，豐田、本田、日產(chǎn)、松下等23家日本汽車(chē)、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(jì)劃到2022年全面掌握全固態(tài)電池相關(guān)技術(shù)。

國(guó)內(nèi)方面，中科院青島能源所儲(chǔ)能院崔光磊團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期從事復(fù)合聚合物固態(tài)電解質(zhì)研究，目前已研制出全海深高能量密度高安全固態(tài)鋰電池動(dòng)力系統(tǒng)，能量密度達(dá)300Wh/kg，并且在馬里亞納海溝完成1萬(wàn)米的高壓環(huán)境下完成深海測(cè)試。

中科院寧波材料所許曉雄團(tuán)隊(duì)從事氧化物與硫化物固體電解質(zhì)研究，已經(jīng)開(kāi)發(fā)出能量密度達(dá)到260Wh/Kg的10Ah固態(tài)單體電池。借助寧波材料所的技術(shù)，江西贛鋒鋰業(yè)在寧波當(dāng)?shù)赝顿Y5億元人民幣籌建億瓦時(shí)固態(tài)動(dòng)力鋰電池生產(chǎn)線(xiàn)。第一代固態(tài)鋰電池技術(shù)通過(guò)中汽研汽車(chē)檢驗(yàn)中心檢驗(yàn)，放電容量約13Ah，能量密度約245Wh/Kg，循環(huán)1000次后容量保持率大于90%。

此外，包括寧德時(shí)代、國(guó)軒高科在內(nèi)的鋰電巨頭也都有涉獵固態(tài)電池的布局、研發(fā)。

未來(lái)雖已來(lái) 但瓶頸仍存

盡管現(xiàn)在的固態(tài)電池技術(shù)已經(jīng)取得很大的突破，但離商業(yè)化還有很長(zhǎng)一段路要走，一些技術(shù)瓶頸還需要多方一起努力去突破。

固態(tài)電池最大的技術(shù)瓶頸是固體電解質(zhì)離子電導(dǎo)率低。電解質(zhì)可為鋰離子在正負(fù)極之間搭建傳輸通道以實(shí)現(xiàn)電池內(nèi)部電流的導(dǎo)通，決定鋰離子運(yùn)輸順暢情況的指標(biāo)被稱(chēng)為離子電導(dǎo)率。離子電導(dǎo)率的高低直接影響了電池的整體阻抗和倍率性能，一般聚合物固體電解質(zhì)的電導(dǎo)率都比較低。

界面阻抗大也是制約固態(tài)鋰電池循環(huán)性能的一大難題。目前固體電解質(zhì)與固體電極之間的界面接觸阻抗值是電解質(zhì)本體阻抗的10倍以上，嚴(yán)重影響了離子的傳輸，導(dǎo)致電池的循環(huán)壽命、倍率性能差。

此外，大部分無(wú)機(jī)固體電解質(zhì)屬于陶瓷電解質(zhì)，機(jī)械性能相對(duì)較差等也是固態(tài)電池需要解決的問(wèn)題。

后記：固態(tài)電池的發(fā)展，要經(jīng)過(guò)半固態(tài)-準(zhǔn)固態(tài)-全固態(tài)電池的過(guò)程，成本等問(wèn)題也有待攻克。有專(zhuān)家認(rèn)為，固態(tài)電池真正實(shí)現(xiàn)小規(guī)模量產(chǎn)預(yù)計(jì)在2020年以后，大規(guī)模應(yīng)用需要更長(zhǎng)的時(shí)間。但不可否認(rèn)的是，固態(tài)電池已經(jīng)邁出產(chǎn)業(yè)化的步伐，未來(lái)可期！