過去幾年，動力電池的技術(shù)突飛猛進(jìn)，但安全隱患和里程焦慮仍然是其難以擺脫的“魔咒”。與此同時，固態(tài)電池在爭論和質(zhì)疑聲中成為行業(yè)新寵，隨著各路巨頭的入場，固態(tài)電池的未來也漸漸明朗。
固態(tài)電池聽著玄乎，用傳統(tǒng)的液態(tài)鋰電池來理解也就簡單了，因?yàn)樗鼈兊墓ぷ髟硎窍嗤摹鹘y(tǒng)的液態(tài)鋰電池也被科學(xué)家們形象地稱為“搖椅式電池”。搖椅的兩端為電池的正負(fù)兩極，中間為液態(tài)電解質(zhì)和隔膜，而鋰離子就好比“運(yùn)動員”，運(yùn)動員在搖椅的兩端來回奔跑，電池的充放電過程便完成了。
到了固態(tài)電池上，“運(yùn)動員”還是在正負(fù)極兩端來回奔跑，區(qū)別在于運(yùn)動場所從液態(tài)電解質(zhì)換成了固態(tài)的電解質(zhì)。另外固態(tài)電解質(zhì)還擔(dān)當(dāng)了分隔正負(fù)極的角色，也就是起到了隔膜的作用，所以說固態(tài)電池不再需要隔膜。
單從組成結(jié)構(gòu)上看，固態(tài)電池更簡單。
按照電解質(zhì)材料的選擇，固態(tài)電池可以分為聚合物、氧化物、硫化物三種體系電解質(zhì)。
其中，聚合物電解質(zhì)屬于有機(jī)電解質(zhì)，氧化物與硫化物屬于無機(jī)陶瓷電解質(zhì)；按照正負(fù)極材料的不同，固態(tài)電池還可以分為固態(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）。
固態(tài)電池相比液態(tài)電池，優(yōu)勢主要體現(xiàn)在安全性和能量密度。
先說關(guān)注度最高的的安全問題。如今電動汽車的發(fā)展勢頭強(qiáng)勁，電動車的銷量也屢創(chuàng)新高，但是電池的安全隱患一直是懸在電動汽車頭上的“達(dá)摩克利斯之劍”。
實(shí)際上電動車的安全隱患，要算在液態(tài)鋰電池頭上。一旦電池受到擠壓、沖擊，就會導(dǎo)致隔膜破裂，造成正負(fù)極短路，同時鋰電池內(nèi)部產(chǎn)生大量熱量，加上液態(tài)電解質(zhì)里易燃的有機(jī)溶劑，結(jié)果就是電池起火甚至爆炸。
一直以來車企和動力電池企業(yè)都在竭盡全力的提升電池安全性能。比如在電解液中添加阻燃劑；優(yōu)化BMS熱管理系統(tǒng)；采用高強(qiáng)度、耐高溫的電池隔膜，可惜治標(biāo)不治本。
但固態(tài)電池是有望徹底解決安全問題的。首先，固態(tài)電池的正負(fù)極不容易發(fā)生短路現(xiàn)象。其次，固態(tài)電解質(zhì)不僅不可燃、不揮發(fā)甚至還能耐高溫，電池在遇到同樣極端情況下不會發(fā)生起火、爆炸。
再來說說電池的能量密度，也就是里程焦慮問題。雖然主流電動車的續(xù)航里程都能達(dá)到500km以上，高端車型甚至超700km。但實(shí)際使用過程中，這個續(xù)航是要打個折扣的（即所謂的工況里程），并且，跟燃油車不同的是，大多數(shù)電動車車主不會把車開到電量剩余10%的時候去充電。
解決里程焦慮基本只能靠堆電池的能量密度。根據(jù)《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖》，2025年動力電池的能量密度目標(biāo)為400Wh/kg，2030年目標(biāo)為500Wh/kg。想達(dá)到2030年的目標(biāo)，現(xiàn)有液態(tài)鋰電池技術(shù)路線恐難擔(dān)大任，光是350Wh/kg的能量密度天花板就很難打破，但是固態(tài)電池能量密度能輕松超越350Wh/kg。
成立于2016年，由中國工程院院士陳立泉、中科院物理所研究員李泓、原北汽新能源總工俞會根共同發(fā)起創(chuàng)辦。目前在與蔚來汽車合作，將基于ET7車型，推出續(xù)航1000公里的半固態(tài)電池，能量密度360Wh/kg，電池容量150度電，預(yù)計2022年底或2023年上半年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。
成立于2016年，由清華大學(xué)南策文院士團(tuán)隊(duì)創(chuàng)辦，率先實(shí)現(xiàn)了固態(tài)鋰電池的產(chǎn)業(yè)化，建有國內(nèi)首條固態(tài)鋰電池生產(chǎn)線。目前公司第一代半固態(tài)電池，液體含量在5%-15%，能量密度最大到420Wh/kg，成本可以與液態(tài)鋰電池相當(dāng)；第二代產(chǎn)品正在小試階段，液體含量降至5%以下，能量密度達(dá)到400-500Wh/kg，成本相比液態(tài)鋰電池減少20%，動力電池產(chǎn)品預(yù)計在2024年量產(chǎn)。
成立于2020年，致力于研發(fā)全固態(tài)鋰電池產(chǎn)品。公司規(guī)劃2022年會推出5Ah和20Ah的大電芯；2023年，發(fā)布60Ah的大電芯，面向3C及無人機(jī)用全固態(tài)鋰電池，建成小規(guī)模量產(chǎn)能力；2024年，發(fā)布100Ah大電芯，這是一款用于量產(chǎn)的動力型全固態(tài)電芯。
成立于2018年，專注于半固態(tài)鋰金屬電池、全固態(tài)電池等新一代電池及其核心材料研發(fā)生產(chǎn)。目前，恩力動力已成功制造出1.2Ah/3.6Ah/10Ah級軟包型和多種圓柱型混合鋰金屬電芯，能量密度高達(dá)520Wh/kg、體積能量密度1100Wh/L。10-100MWh中試線正在建設(shè)中，今年三季度推出針對無人機(jī)/eVTOL和EV應(yīng)用的11Ah和100Ah電池A樣產(chǎn)品，2023年達(dá)成百兆瓦時級的生產(chǎn)能力，開始向早期客戶供貨，并計劃2024年建成GWh產(chǎn)線。
成立于2021年，致力于固態(tài)電池、半固態(tài)電池的產(chǎn)品研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化。2022年初，太藍(lán)新能源已啟動重慶生產(chǎn)制造基地“2+10”億瓦時半固態(tài)鋰電池生產(chǎn)線建設(shè)。9月26日，與安徽省淮南市壽縣新橋國際產(chǎn)業(yè)園簽訂合作協(xié)議，擬建設(shè)10GWh半固態(tài)動力電池產(chǎn)業(yè)基地。
成立于2020年，今年10月發(fā)布了自主研發(fā)的Ah級硫化物全固態(tài)電芯。該款電芯能量密度達(dá)到210Wh/kg，搭配高能非金屬負(fù)極后，能量密度可提升至350Wh/kg以上。
寧德時代此前公開過兩種與固態(tài)電池相關(guān)的專利，并在2021年5月份宣稱，已經(jīng)可以做出固態(tài)電池的樣品，但是距離實(shí)現(xiàn)商業(yè)化還有很遠(yuǎn)的路要走，預(yù)計到2030年才會面向市場推出。
憑著刀片電池出圈，2016年起就自研固態(tài)電池，也發(fā)布了多個固態(tài)電池相關(guān)專利，為氧化物技術(shù)路線，但目前一直沒有電池產(chǎn)品消息。
2016年設(shè)立固態(tài)電池研發(fā)中心，在江西新余生產(chǎn)基地已具備2GWh固態(tài)電池產(chǎn)能。7月30日，贛鋒鋰業(yè)新型鋰電池科技產(chǎn)業(yè)園及先進(jìn)電池研究院項(xiàng)目正式開工，規(guī)劃形成10GWh的電池產(chǎn)能以及10GWh的Pack項(xiàng)目，擬建設(shè)國內(nèi)最大的固態(tài)電池生產(chǎn)基地。
蜂巢能源全固態(tài)電池實(shí)驗(yàn)室研發(fā)出國內(nèi)首批20Ah級硫系全固態(tài)原型電芯，該系列電芯能量密度達(dá)到350Wh/kg-400Wh/kg，一旦量產(chǎn)應(yīng)用，電動車可實(shí)現(xiàn)續(xù)航里程達(dá)1000公里以上。另外，蜂巢能源攻克了來自固體電解質(zhì)和界面性能等全固態(tài)電池待突破的技術(shù)，保持長循環(huán)的固-固界面的穩(wěn)定接觸。
公司研發(fā)的單體能量密度高達(dá)360Wh/kg、系統(tǒng)能量密度達(dá)到260Wh/kg的半固態(tài)電池，2022年底將會小批量裝車試運(yùn)行。同時，公司研發(fā)的400Wh/kg三元半固態(tài)電池目前在實(shí)驗(yàn)室已有原型樣品。
公司第一代半固態(tài)電池（能量密度330Wh/Kg）送樣給整車廠客戶獲得了良好反饋，已經(jīng)具備量產(chǎn)條件，將根據(jù)客戶需求決定量產(chǎn)時間。
公司固態(tài)電池貧液化做到400Wh/kg，半固態(tài)做到450Wh/kg，準(zhǔn)固態(tài)做到500Wh/kg。
目前固態(tài)電池處于研發(fā)階段，計劃在未來2-3年內(nèi)推出固態(tài)電池產(chǎn)品。
公司的全固態(tài)電池展望：2020年驗(yàn)證固態(tài)電池材料體系，達(dá)到300Wh/Kg的5Ah軟包設(shè)計驗(yàn)證；2022年固態(tài)鋰電池實(shí)現(xiàn)中試化生產(chǎn)；350Wh/Kg，循環(huán)>1000次；2024年建設(shè)年產(chǎn)2GWH的全固態(tài)鋰電池生產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)；400Wh/Kg，循環(huán)>1000次。
公司預(yù)計2023年實(shí)現(xiàn)100%硅氧體系，2024年實(shí)現(xiàn)鋰金屬負(fù)極體系的全固態(tài)電池量產(chǎn)。到2022年底，輝能科技將完成GWh工廠的建立，通過2GWh的示范線提供幾家國營主機(jī)廠進(jìn)行第一批固態(tài)電池量產(chǎn)車的投放。計劃到2023年公司實(shí)現(xiàn)固態(tài)電池量產(chǎn)化，并供應(yīng)電動汽車市場，在2026年達(dá)到50GWh產(chǎn)能。
與浙江大學(xué)合作開展固態(tài)電池研發(fā)項(xiàng)目，同時與輝能科技達(dá)成固態(tài)鋰電池合作共識，共同推進(jìn)固態(tài)鋰電產(chǎn)業(yè)化。
開發(fā)了固態(tài)電池專用正極材料，有效解決了固態(tài)電池正極與電解質(zhì)界面兼容性差的問題，并運(yùn)用該固態(tài)電解質(zhì)膜和專用正極材料制備出了能量密度高達(dá)350Wh/kg的固態(tài)電池樣品。
與清陶能源簽訂《戰(zhàn)略合作協(xié)議(2022-2025年)》，決定在固態(tài)及半固態(tài)電池技術(shù)開發(fā)、固態(tài)鋰電正極材料產(chǎn)品供貨、全球產(chǎn)能布局等方面建立戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系。清陶能源承諾，在2022年至2025年期間，向當(dāng)升科技采購3萬噸固態(tài)鋰電正極材料。此外，與衛(wèi)藍(lán)新能源簽署了戰(zhàn)略合作協(xié)議。
與衛(wèi)藍(lán)新能源簽署了戰(zhàn)略合作協(xié)議，2022-2025年，衛(wèi)藍(lán)新能源將向容百科技采購固態(tài)鋰電正極材料產(chǎn)品不低于30000噸。
正在研發(fā)可用于固態(tài)電池的全氟磺酸質(zhì)子交換膜。
已開展全固態(tài)電池用固態(tài)電解質(zhì)的初步研究，目前已有專利布局。
研究院有成立專門的團(tuán)隊(duì)對固態(tài)電池及其他新型電池進(jìn)行跟蹤和研究。
有開展對固態(tài)和半固態(tài)電池用的材料研發(fā)和技術(shù)儲備，主要從無機(jī)類固態(tài)電解質(zhì)、有機(jī)類固態(tài)電解質(zhì)，以及金屬鋰負(fù)極材料方面進(jìn)行研發(fā)。
公司開發(fā)了“表面納米鍍層高傳導(dǎo)高鎳前驅(qū)體制造核心技術(shù)”等多項(xiàng)與固態(tài)電池健鏈的前驅(qū)體制造技術(shù)，目前正在積極與下游客戶認(rèn)證對接。
控股子公司深圳新源邦科技有限公司技術(shù)團(tuán)隊(duì)已積累大量固態(tài)電解質(zhì)研究經(jīng)驗(yàn)，相關(guān)產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)十公斤級樣品驗(yàn)證。
致力于新型半固態(tài)、固態(tài)電解質(zhì)膜的開發(fā)和應(yīng)用。
公司的三氟甲基磺酰亞胺鋰主是聚合物固態(tài)電池上。
部分新型鋰鹽產(chǎn)品在固態(tài)鋰離子電池等新型電池中已形成批量銷售。
原文始發(fā)于微信公眾號（鋰電產(chǎn)業(yè)通）：固態(tài)電池風(fēng)口臨近?
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