固態(tài)電池不只是噱頭！

在能源需求與技術(shù)進(jìn)步不斷推動下，能源存儲技術(shù)成為當(dāng)今社會的焦點(diǎn)。固態(tài)電池作為一種新興的能源存儲技術(shù)，憑借其高能量密度、安全性和長壽命的優(yōu)勢，備受矚目。然而，固態(tài)電池的實(shí)際應(yīng)用依然面臨許多挑戰(zhàn)。那么，固態(tài)電池究竟離我們有多遠(yuǎn)？

01 固態(tài)電池的發(fā)展現(xiàn)狀與支持政策

根據(jù)5月29日《中國日報(bào)》的報(bào)道，中國計(jì)劃投入約60億元人民幣，鼓勵(lì)具備條件的企業(yè)對全固態(tài)電池技術(shù)進(jìn)行研發(fā)。寧德時(shí)代、比亞迪、一汽、上汽、衛(wèi)藍(lán)新能源和吉利等六家企業(yè)可能會獲得政府的基礎(chǔ)研發(fā)支持。這一項(xiàng)目由政府相關(guān)部委牽頭，旨在推動全固態(tài)電池技術(shù)的突破與應(yīng)用。

固態(tài)電池根據(jù)液態(tài)電解質(zhì)的含量可分為液態(tài)電池、半固態(tài)電池、準(zhǔn)固態(tài)電池和全固態(tài)電池，其中半固態(tài)、準(zhǔn)固態(tài)和全固態(tài)三種統(tǒng)稱為固態(tài)電池。EVTank在《中國固態(tài)電池行業(yè)發(fā)展白皮書》中指出，電解液含量低于10%的電池為半固態(tài)電池，完全不含電解液的則為全固態(tài)電池。

全球各國也在積極推進(jìn)固態(tài)電池研發(fā)。中國在2021年發(fā)布了《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021-2035）》和2023年的《關(guān)于推動能源電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見》，均包含固態(tài)電池的發(fā)展意見。美國在2021年發(fā)布《鋰電池2021-2030年國家藍(lán)圖》，目標(biāo)是2030年實(shí)現(xiàn)固態(tài)電池的規(guī)?；a(chǎn)。日本、韓國和歐盟也分別在其相關(guān)政策中提出了固態(tài)電池的商業(yè)化和發(fā)展目標(biāo)。

液態(tài)—半固態(tài)—準(zhǔn)固態(tài)—全固態(tài)電池的發(fā)展路徑

02  固態(tài)電池的技術(shù)進(jìn)展與應(yīng)用前景

中國企業(yè)在固態(tài)電池領(lǐng)域取得了顯著進(jìn)展。例如，輝能科技通過其中試生產(chǎn)線，向全球汽車公司提供了約8000個(gè)固態(tài)電池樣品。蔚來、智己和廣汽等企業(yè)也計(jì)劃推出搭載固態(tài)電池的新車型。蔚來汽車計(jì)劃于2024年量產(chǎn)能量密度為360Wh/kg的半固態(tài)電池，智己L6將搭載能量密度為368Wh/kg的光年固態(tài)電池，廣汽昊鉑計(jì)劃于2026年推出能量密度超過400Wh/kg的全固態(tài)電池。

固態(tài)電池具有高能量密度和高安全性等優(yōu)勢。正極材料方面，固態(tài)電池能夠容納新的電極材料，如富鋰錳基材料，其循環(huán)穩(wěn)定性和能量密度潛力巨大。負(fù)極方面，固態(tài)電池更適合鋰金屬負(fù)極和硅碳負(fù)極，因其固態(tài)電解質(zhì)具有較高的化學(xué)穩(wěn)定性，可以有效抑制鋰枝晶的形成和硅的膨脹。采用鋰金屬負(fù)極的固態(tài)電池能量密度最高，接近400Wh/kg。

在安全性方面，固態(tài)電池相比液態(tài)電池具有更高的化學(xué)和熱穩(wěn)定性，能有效防止熱失控或燃燒的風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)豐田研發(fā)實(shí)驗(yàn)室的報(bào)告，全固態(tài)電池的產(chǎn)熱量僅為傳統(tǒng)鋰電池的25-30%，顯著降低了安全隱患。

低溫性能方面，固態(tài)電池也表現(xiàn)出色。液態(tài)電池在低溫下粘度大幅增加，鋰離子遷移速度顯著降低，導(dǎo)致冬季性能較差。相比之下，固態(tài)電解質(zhì)在低溫下的電導(dǎo)率受溫度影響較小，即使在-30℃環(huán)境下，放電容量保持率也能達(dá)到90%以上，低溫續(xù)航表現(xiàn)更佳。

液態(tài)電池、半固態(tài)電池、全固態(tài)電池對比

03 固態(tài)電池的挑戰(zhàn)與未來展望

盡管固態(tài)電池在高能量密度和高安全性方面具有顯著優(yōu)勢，但其量產(chǎn)之路并不平坦。固態(tài)電解質(zhì)的離子導(dǎo)電率通常低于液態(tài)電解質(zhì)，限制了固態(tài)電池的充放電速度和整體性能。研究人員需要找到具有高離子導(dǎo)電率的材料，并優(yōu)化電解質(zhì)與電極之間的界面，以提升電池性能。此外，固態(tài)電池的制造成本較高，主要原因是高性能固態(tài)電解質(zhì)材料的制備復(fù)雜且昂貴。如何降低材料成本和簡化生產(chǎn)工藝，是實(shí)現(xiàn)固態(tài)電池大規(guī)模商業(yè)化的關(guān)鍵。

在產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)方面，固態(tài)電池制造工藝尚不成熟，需要解決固態(tài)電解質(zhì)的離子輸運(yùn)機(jī)制、鋰枝晶生長機(jī)制和多場耦合下的失效失控機(jī)制等核心科學(xué)問題。成本上，部分材料售價(jià)昂貴，阻礙了固態(tài)電池的量產(chǎn)。以蔚來2023年上線的150kWh電池包為例，其半固態(tài)電池成本約為1.7-2.2元/Wh，遠(yuǎn)高于同期車用方形三元電芯和鐵鋰電芯的均價(jià)。

固態(tài)電池技術(shù)被認(rèn)為是突破鋰離子電池能量密度上限的關(guān)鍵路徑，尤其在電動車領(lǐng)域具有革命性意義。隨著新能源汽車需求的不斷增長和市場占比的提高，固態(tài)電池將成為鋰電發(fā)展的終極方向。然而，鑒于技術(shù)和成本上的挑戰(zhàn)，全固態(tài)電池的真正商業(yè)化之路還很長。液態(tài)電池在未來一段時(shí)間內(nèi)仍將處于電動車應(yīng)用的主流。

根據(jù)EVTank的預(yù)測，到2030年，全球鋰電池市場中90%左右的份額仍將是傳統(tǒng)的液態(tài)電池，剩余約10%為固態(tài)電池。在固態(tài)電池所占據(jù)的市場份額中，大部分將屬于半固態(tài)電池。固態(tài)電池的發(fā)展前景廣闊，但其商業(yè)化進(jìn)程仍需克服諸多挑戰(zhàn)。隨著新材料的發(fā)現(xiàn)、制造技術(shù)的進(jìn)步以及政策支持的加強(qiáng)，固態(tài)電池有望在多個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，為解決能源危機(jī)和實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展貢獻(xiàn)力量。固態(tài)電池的到來，或許比我們預(yù)想的更快。