續航1000km＋，還非常安全！固態電池真有那麼神嗎？
? [汽車之家?新能源]? 新年伊始，多家車企紛紛推出續航1000公里的電池，隨後卻被中科院院士炮轟「誇大營銷」。事實上，目前業內主流觀點認為，鋰離子電池已經到達極限，固態電池才是未來電池技術的發展方向。那麼，固態電池究竟是什麼？電池的安全問題解決了嗎？用戶是否還要為里程而焦慮？何時才能量產等等？本篇文章將為你一一解答。
快速了解全文：
? ★?固態電池最大的優點是安全性高、能量密度大；缺點則是成本較高、難以快充；
? ★ 固態電池大規模商用預計會在2025-2030年以後；
? ★ 目前三元鋰電池的能量密度已接近極限，全固態鋰電池有望成為下一代主流產品；
? ★ 豐田在固態電池領域積澱深厚，近年來中國的企業也在奮力直追。
? ★?蔚來推出的「固態電池」為半固態鋰離子電池，與全固態鋰電池有本質上的區別。
1、 什麼是固態電池？
? 事實上，固態電池和傳統鋰電池（三元鋰、磷酸鐵鋰電池等）的工作原理是相同的，都是靠著鋰離子在電池的正負兩極之間反覆轉移，從而實現充放電功能。業內也形象的將其稱為「搖椅式電池」，鋰離子就像運動員一樣，在搖椅的兩端來回奔跑。而兩者不同的是，固態電池的電解質是固態，而傳統鋰電池的電解質是液態。
? 大家都知道，傳統（液態）鋰離子電池由正極（三元材料或磷酸鐵鋰）、負極（石墨或硅碳）、電解液（碳酸酯類和六氟磷酸鋰）、隔膜（多孔聚烯烴）組成。在工作時，除了需要液態電解質來傳導鋰離子，還需要隔膜來隔絕正、負電極，從而避免系統短路。
? 而固態鋰電池則是採用固態電解質來代替電解液和隔膜，在結構上更簡單且具有較好的絕緣性，能夠有效避免因正、負極接觸而發生短路現象。當然，固態電池並非只是更換電解質那麼簡單，其正、負極材料也會根據化學特性進行重新匹配，從而達到更高的綜合性能表現。
? 需要注意的是，根據液態電解質質量百分比含量，固態電池還分為了「半固態」、「准固態」、「全固態」三大類。可以看出，「固態電池」和「全固態電池」之間是包含關係，就好比「鋰電池」和「鋰離子電池」一樣。
? 再往下細分，全固態電池又分為了「全固態鋰一次電池」和「全固態鋰二次電池」，其中前者已經投入商用（不可循環使用）；而後者則是目前行業內重點研究的對象。其中，全固態鋰二次電池根據正負極材料的不同，又分為了全固態鋰離子電池和全固態鋰金屬電池。總的來說，固態電池是一個較大的門類，並不能一概而論。（註：目前大家普遍認為固態電池就是全固態鋰電池，這是錯誤的）
2、固態電池有哪些優點？
? 在了解固態電池的優點前，先讓我們回顧下當下鋰離子電池的「痛點」，相信大家脫口而出肯定是「里程焦慮」和「不安全」。事實上，傳統（液態）鋰離子電池的能量密度和熱失控一直是其發展道路上的「攔路虎」，而固態電池則在這兩方面都有了質的提升。
? ●?安全性較高：液態電解質中含有易燃的有機溶劑，系統內部短路時容易造成安全隱患。而固態電解質具有不可燃、無腐蝕、不揮發、不存在漏液等特性，還擁有不錯的絕緣性，並且在高溫下不發生副反應，因此安全性相比傳統（液態）鋰電池有了質的提升。
? ●?能量密度高：由於固態電池沒有隔膜和電解液，節約了近40%的體積和25%的質量，從而可以提升電池組的能量密度。此外，再配合新的正、負極材料，比如鋰金屬做負極，理論上電池的比能量可以輕鬆突破350Wh/kg的天花板，甚至有望達到500Wh/kg。
? ●?循環壽命更長：液態電解質在充放電過程中，會出現界面膜和鋰枝晶刺穿隔膜等現象，固態電解質則可以有效避免上述問題，從而大幅度提升電池的循環次數和使用壽命（在理想狀態下，循環次數能夠達到4.5萬次）。
? ● 適用範圍更廣泛：由於採用固態電解質，電池的形態將不再受到嚴格限制；並且工作溫度範圍更廣（-25℃-60℃），因此可以適用於更多場景。此外，固態電解質的電化學窗口更寬（5V以上），可以適用於高電壓型電極材料，有利於進一步提升能量密度。
3、固態電池有哪些不足？
? ●?電導率較低，難以進行快充：由於固態電解質與正、負極材料之間是固-固接觸的狀態（液態電解質為液-固接觸），電極與電解質之間的有效接觸面積較小，導致鋰離子的傳輸效率大大降低，因此電導率要比液態電解質低10倍以上。較低的電導率也使得固態電池很難進行快充，並且當車輛需要大功率放電時，還可能會出現供電不足的現象。
? ●?成本相對較高：成本是固態電池技術目前商業化最大的挑戰，主要是因為固態電池製備工藝尚處於研發階段，產業化還不完善，因此導致成本較高。整體來看，固態電池技術仍處在成熟技術到產業化過渡階段，還需物料價格下降、工藝改進以及更加穩定的供應鏈體系。
★?本章小結：
? 可以看出，固態電池的優缺點非常鮮明，其具備更好的安全性、更高的能量密度以及柔性，這都是傳統（液態）鋰電池難以突破的瓶頸；固態電池的缺點同樣非常致命，其電導率較低而導致難以快充，並且成本較高短期很難進行商業化。總的來說，從短期來看，固態電池和傳統鋰離子電池各有利弊，可能會並行發展；不過從長期來看，一旦快充和成本問題得到解決，固態電池將具有傳統鋰離子電池無可比擬的優勢。
4、固態電池目前發展現狀
? 前面我們曾提到，固態電池在安全性方面相比傳統（液態）鋰電池有了質的提升，這是與消費者最緊密相關的特性。除此之外，目前大力發展固態電池的另外一個原因是為了提高能量密度，這一方面是用戶對續航里程的需求不斷提升，另一方面則是政策的引導。
? 近年來，雖然新能源汽車補貼政策經歷了多次調整，但對於高續航、高能量密度的產品依舊大力支持。不過有專家曾指出，三元鋰離子動力電池目前已經可以看到能量密度的「天花板」（難以突破350Wh/kg），未來要突破瓶頸，達到2025年的400Wh/kg，可能需要寄希望於固態電池。（註：目前主流商用鋰電池能量密度不到250Wh/kg）
? 由此可見，固態電池幾乎可以視為傳統（液態）鋰電池的繼任者，這也是各國家和企業大力研發的原因。根據國家知識產權戰略網的統計顯示，截止到2018年12月31日，全球在固態鋰電池領域提交專利申請共9232件，其中日本在該領域的專利申請量最多，占申請總量的41%；中國和美國次之，佔比分別為23%和18%；韓國佔比為11%。
? 在產業化進度方面，中日韓歐美共53家企業布局研發固態電池，其中9家專註硫化物固態電池。其中，日本聯合豐田、松下等公司和高校發展硫化物固態電池，預計到2025、2030年，硫化物全固態電池在日本動力電池市場的滲透率分別達50%、95%以上；韓國三星也已經開發出60℃下1000多次循環的硫化物全固態電池。
? 在國內方面，固態電池的研發主要依託於中科院等科研機構，並且在氧化物固態電池技術方面全球領先。值得一提的是，近幾年部分企業開始嘗試將科研成果進行產業化，其中輝能科技、清陶能源、北京衛藍、贛鋒鋰業等已經推出了商用產品。
5、固態電池未來展望
? 雖然目前中國在固態電池領域的積累跟日本等國還有一定的差距，不過得益於市場的巨大需求，近年來也在不斷趕超。另外，政策也給予了固態電池極大的關注，在2019年末發布的《新能源汽車產業發展規劃（2021-2035）》中，還首次將固態電池上升到了國家層面。
? 中科院院士歐陽明高指出：「2025年的目標（400Wh/kg）可以依靠正極材料由高鎳三元向高容量富鋰錳基材料轉變實現，但基本到達極限；而要想實現2030年目標（400Wh/kg），固體電解質層面的突破是一條必由之路。」
? 正是由於潛力巨大，全球不少車企已紛紛加碼固態電池領域。其中，豐田的技術儲備最為深厚，擁有一千多項固態電池的相關專利，並計劃在2021年的東京奧運會上推出固態電池的商用車型；大眾汽車也早在2012年就開始布局固態電池領域。此外，寶馬、雷諾日產聯盟、現代等海外車企也均在積極布局。
? 根據SNE Researchd的測算，2025年固態電池全球市場空間有望達到60億元，中國市場這一數值將有望達到30億元；2030年全球固態電池需求有望接近500GWh，總產值將達200億元。總的來說，從長期視角來看，固態電池很有可能成為未來的主流電池。
6、蔚來的固態電池是不是「真固態」？
? 看完了以上對固態電池的介紹，讓我們再看判斷下蔚來在NIO Day 2020上發布的固態電池是不是「真固態」？根據官方介紹，該電池的正極為高鎳材料，負極採用硅碳，而電解質為「固化工藝的固液電解質」。單從「固液電解質」和硅碳負極來看，首先可以排除的是全固態鋰電池。
? 而據蔚來汽車電池系統助理副總裁曾士哲的描述，該電池仍需要電解液、隔膜。事實上，半固態鋰電池的內部結構與傳統（液態）鋰電池的結構相近，但與全固態電池還是有本質的區別。另外，蔚來創始人、CEO李斌也表示：「全固態電池的量產還是很遠的事情，原因是目前固態電池的市場需求很低。」因此，也從側面證實了該產品是「半固態電池」。
? 此外，最近關注度較高的廣汽埃安石墨烯基電池和硅負極電池、智己汽車的摻硅補鋰電池，在原理上也都不屬於固態電池的範疇，它們都是在現有三元鋰電池的基礎上，對電極材料進行了優化，從而提升電池的整體性能，但並沒有本質上的創新。
★ 全文總結：
? 總的來說，固態電池的技術路線是正確的，但目前還不具備商業化的條件，主流觀點認為需要到2025-2030年才能大規模量產。因此，各大車企開始提前布局固態電池領域，這本身是無可非議的，不過如果打著「固態電池」的噱頭，來混淆概念、誤導消費者，這樣的做法也是萬萬不可取的。你認為固態電池能否成為革命性的「黑科技」？不妨在評論區進行討論。（文/汽車之家 侯明浩）
