動(dòng)力電池是新能源汽車(chē)的心臟，動(dòng)力電池性能對(duì)整車(chē)性能起著決定性的作用。

在當(dāng)前鋰離子電池體系下，依靠高鎳三元正極、硅碳負(fù)極和電解液的組合將在3-5年內(nèi)達(dá)到性能極限(能量密度上限350Wh/Kg)，但仍無(wú)法徹底滿(mǎn)足動(dòng)力電池對(duì)安全性、能量密度與成本的要求。

而由于固態(tài)電池在安全性與能量密度方面具備更大潛力，近年來(lái)受到了學(xué)術(shù)界與產(chǎn)業(yè)界的廣泛關(guān)注。

今天我們就來(lái)對(duì)固態(tài)電池的原理、優(yōu)點(diǎn)、研發(fā)現(xiàn)狀、前景等方面進(jìn)行系統(tǒng)性的了解，揭示重視固態(tài)電池的必要性。

固態(tài)鋰電池VS傳統(tǒng)鋰電池

固態(tài)鋰電池指電池電解質(zhì)部分采用固態(tài)材料的鋰二次電池。固態(tài)電池與傳統(tǒng)鋰離子電池不同在于固態(tài)電池以固態(tài)電解質(zhì)替代了傳統(tǒng)鋰離子電池的電解液、電解質(zhì)鹽、隔膜。

一直以來(lái)，安全性、能量密度和循環(huán)壽命是對(duì)動(dòng)力電池的三大要求。由于固態(tài)電池在這三方面均具備優(yōu)于傳統(tǒng)鋰離子電池的潛力，因此也被視為下一代電池技術(shù)：

固態(tài)電池優(yōu)點(diǎn)一：安全性高，無(wú)自燃、爆炸風(fēng)險(xiǎn)。采用有機(jī)電解液的傳統(tǒng)鋰離子電池，在過(guò)度充電、內(nèi)部短路等異常情況下容易導(dǎo)致電解液發(fā)熱，有自燃甚至爆炸的危險(xiǎn)。全固態(tài)鋰電池基于固態(tài)材料不可燃、無(wú)腐蝕、不揮發(fā)、不存在漏液?jiǎn)栴}，且有望克服鋰枝晶現(xiàn)象。半固態(tài)、準(zhǔn)固態(tài)電池仍存在一定的可燃風(fēng)險(xiǎn)，但安全性也較液態(tài)電解液電池提高。

固態(tài)電池優(yōu)點(diǎn)二：能量密度高，有望徹底解決電動(dòng)汽車(chē)?yán)锍探箲]。目前技術(shù)體系下鋰離子電池已經(jīng)接近性能極限，特斯拉NCA18650電芯能量密度達(dá)到250Wh/Kg，應(yīng)用于Model3的21700電芯能量密度約300Wh/Kg，支持的續(xù)航里程約400至500公里，仍無(wú)法徹底解決里程焦慮。

而對(duì)于固態(tài)電池而言，一方面固態(tài)電解質(zhì)無(wú)需隔膜與電解液，這兩部分在傳統(tǒng)鋰離子電池中加起來(lái)占據(jù)近40%的體積和25%的質(zhì)量，另一方面由于沒(méi)有漏液、腐蝕等問(wèn)題，可以簡(jiǎn)化電池外殼及冷卻系統(tǒng)模塊，進(jìn)一步減輕電池系統(tǒng)重量。此外，配套新的正負(fù)極材料可以使得電化學(xué)窗口達(dá)到5V以上，可以從根本上提高能量密度，有望達(dá)到500Wh/Kg，同等電池容量的情況下有望將續(xù)航里程提高到600至700公里。

此外，固態(tài)電池還具有循環(huán)壽命長(zhǎng)、工作溫度范圍寬、可快速充電等優(yōu)點(diǎn)。

按照電解質(zhì)材料的不同，固態(tài)電池可以分為聚合物、氧化物和硫化物三大體系。其中聚合物電解質(zhì)屬于有機(jī)電解質(zhì)，氧化物和硫化物屬于無(wú)機(jī)陶瓷電解質(zhì)。總體來(lái)說(shuō)，聚合物電解質(zhì)技術(shù)最成熟，已經(jīng)率先實(shí)現(xiàn)小規(guī)模量產(chǎn)，但是理論能量密度不及其他兩類(lèi)電解質(zhì);氧化物電解質(zhì)性能優(yōu)于聚合物電解質(zhì)，但薄膜型氧化物電池容量較小、只能應(yīng)用于消費(fèi)類(lèi)電子領(lǐng)域，非薄膜型氧化物電池技術(shù)相對(duì)還不夠成熟;硫化物電解質(zhì)理論上最適合于電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域，但是開(kāi)發(fā)難度最大。

按照正負(fù)極材料的不同，固態(tài)電池還可以進(jìn)一步分為固態(tài)鋰離子電池(沿用當(dāng)前鋰離子電池材料體系，如石墨+硅碳負(fù)極、三元正極等)和固態(tài)鋰金屬電池(以金屬鋰為負(fù)極)。由于固態(tài)鋰離子電池與當(dāng)前的電池體系最為接近，日韓本身又擁有成熟的鋰電產(chǎn)業(yè)鏈，因此目前日韓企業(yè)大多采用硫化物+固態(tài)鋰離子電池的路線(xiàn)。而歐美初創(chuàng)企業(yè)則立足于顛覆性的技術(shù)，大多采用聚合物/氧化物+固態(tài)鋰金屬電池的路線(xiàn)。