不久前閉幕的2019上海車展上，固態(tài)電池再次成為眾所矚目的一大亮點。期間，天邊轎車與輝能科技就固態(tài)電池商業(yè)化協作在現場簽約，這意味著天邊轎車將或許成為國內首家產品裝載固態(tài)電池的新動力整車企業(yè)。同時，近來屢次發(fā)作的品牌電動轎車電池自燃事件，也讓有望成為鋰電池替代品的固態(tài)電池受到廣泛重視。

“固態(tài)電池是現在學術界的研討熱點，也是產業(yè)界重視的焦點，它的安全性比起同電極系統的液態(tài)鋰離子電池的安全性有明顯進步，但在電動轎車上實踐推行運用還需求時刻。”亞洲固態(tài)離子學會主席、亞太資料科學院院士、我國科學院能量轉換資料要點實驗室副主任溫兆銀在承受《我國轎車報》記者采訪時表明。

新動力轎車動力存短板

4月21日晚，上海某小區(qū)地下停車庫內的一輛特斯拉ModelS電動轎車突然自燃，并點燃停在其旁邊的數輛轎車，錄像中的事端現場讓人觸目驚心。距此不到24小時，西安的一輛蔚來ES8電動轎車自燃。4月24日，武漢的一輛比亞迪E5電動轎車也發(fā)作自燃。一系列自燃的發(fā)作，使人們將引發(fā)事端原因大多指向了動力電池。

“現階段新動力乘用車電池的資料系統首要為三元正極-液態(tài)電解質-石墨負極，選用磷酸鐵鋰正極的電池首要用在大巴、物流等專用車范疇，從2018年車用電池數據來看，三元系統電池占比近60％。”復旦大學化學系教授、博士生導師傅正文在承受《我國轎車報》記者采訪時介紹，固態(tài)電池資猜中沒有可燃的液態(tài)有機溶液，安全系數相對進步了許多。

據介紹，現在運用最多的高能量密度電池首要是三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池，三元鋰電池在200℃左右就會分解，并釋放出氧分子，焚燒更加劇烈。盡管現在動力電池在電池模塊和系統設計方面，現已采取了先進的電源管理技能、冷卻技能、密封技能、散熱技能等，根本滿意了電動轎車對安全性的要求，但依然存在著熱失控、過熱、起火焚燒等危險。導致其焚燒的根本原因，是鋰離子電池電解質屬于可燃的有機溶液。

處理新動力轎車的動力電池續(xù)駛路程和安全問題，自然成為重中之重。

而全固態(tài)鋰電池，是一種運用固體電極資料和固體電解質資料，不含有任何液體的鋰電池，首要包含全固態(tài)鋰離子電池和全固態(tài)金屬鋰電池，不同在于前者負極不含金屬鋰，后者負極為金屬鋰。在現在各種新式電池系統中，固態(tài)電池選用全新固態(tài)電解質替代當前有機電解液和隔閡，具有高安全性、高體積能量密度，同時與不同新式高比能電極系統（如鋰硫系統、金屬-空氣系統等）具有廣泛適配性，可進一步進步質量能量密度，在進步安全性的同時增加續(xù)駛才能，從而有望成為下一代動力電池的處理方案，因而引起中外眾多研討組織、初創(chuàng)公司和一些車企的青睞，天邊轎車便是其中之一。

并且，動力電池是電動轎車最為核心的部件，其功能關于電動轎車的整體功能起著決議性的作用。在電動轎車飛速開展的年代，功能更為強大的電池無疑是各大車企和電池出產廠商永無止境的研制尋求方針。前有國產電動轎車大戶比亞迪棄用磷酸鐵鋰電池，轉投三元鋰電池懷有，后有沃特瑪技能道路過錯，公司土崩瓦解，這正是因為磷酸鐵鋰電池在功能方面無法跟上電動轎車開展的步伐。在電動轎車高續(xù)駛路程剛需的推進下，能量密度潛力更高的三元鋰電池替代曾經被廣泛選用的磷酸鐵鋰電池成為了電動轎車開展中的必經進程。但是，技能的開展不或許一成不變，隨著電動轎車范疇繼續(xù)性的擴張，以及日趨老練，電動轎車關于電池才能密度的需求也在繼續(xù)增加，固態(tài)電池逐步成為眾車企尋求的新方針。

固態(tài)電池有明顯優(yōu)勢

日前，一條“充電1分鐘，續(xù)駛800公里”的消息招引了業(yè)界的眼球，把人們的視線聚焦到了固態(tài)電池上。盡管這條由菲斯克公司所披露的消息依然有許多值得商討之處，但至少說明固態(tài)電池優(yōu)勢明顯，有望成為新動力轎車動力電池開展新的方向。

“現在新動力轎車大多運用的都是傳統的鋰離子電池，都含有液態(tài)有機電解質，不含液態(tài)電解質的固態(tài)電池優(yōu)勢許多。”中南大學化學化工學院教授劉洪濤在承受《我國轎車報》記者采訪時介紹，相較于現在運用的液態(tài)鋰電池，固態(tài)電池具有六大明顯優(yōu)勢。

一是高安全功能，傳統鋰離子電池選用有機液體電解液，在過度充電、內部短路等反常的情況下，電池容易發(fā)熱，形成電解液氣脹、自燃乃至爆炸，存在嚴重的安全隱患。而許多無機固態(tài)電解質資料不可燃、無腐蝕、不揮發(fā)、不存在漏液問題，聚合物固體電解質比較于含有可燃溶劑的液態(tài)電解液，電池安全性也大幅進步。

二是高能量密度，固態(tài)鋰電池負極可選用金屬鋰，電池能量密度有望到達300～400Wh/kg乃至更高，其電化學安穩(wěn)窗口可達5V以上，可匹配高電壓電極資料，進一步進步質量能量密度；沒有液態(tài)電解質和隔閡，減輕電池重量，緊縮電池內部空間，進步體積能量密度；安全性進步，電池外殼及冷卻系統模塊得到簡化，進步系統能量密度。

三是循環(huán)壽命長，有望防止液態(tài)電解質在充放電過程中繼續(xù)形成和成長SEI膜的問題和鋰枝晶刺穿隔閡問題，大大進步金屬鋰電池的循環(huán)性和運用壽命。

四是作業(yè)溫度規(guī)劃寬，固態(tài)鋰電池針刺和高溫安穩(wěn)性極好，如全部選用無機固體電解質，最高操作溫度有望到達300℃，從而防止正負極資料在高溫下與電解液反響或許導致的熱失控。

五是出產功率進步，無需封裝液體，支持串行疊加排列和雙極組織，可削減電池組中無效空間，進步出產功率。

六是具備柔性優(yōu)勢，全固態(tài)鋰電池可以制備成薄膜電池和柔性電池，相關于柔性液態(tài)電解質鋰電池，封裝更為容易、安全，未來可運用于智能穿戴和可植入式醫(yī)療設備等。

“理論上具有優(yōu)勢，就必定能招引更多的研制力氣和投入，不斷處理其中存在的問題，這關于固態(tài)電池向新動力轎車運用靠近是有利的；但是固態(tài)電池在技能上仍有一些有待處理的問題，這也是固態(tài)電池完成運用的瓶頸。”吉林大學無機合成與制備化學國家要點實驗室教授、博士生導師袁宏明在承受《我國轎車報》記者采訪時表明，處理固態(tài)電池的運用技能問題是當務之急。如固體電解質資料離子電導率偏低；固體電解質、電極間界面阻抗大，界面相容性較差；資料在充放電過程中體積膨脹和縮短，導致界面容易別離；質量能量密度需進一步進步；體積能量密度需進一步進步、制備本錢高級技能問題，都迫切需求研討打破。

記者在采訪中了解到，現在全球各大車企和電池廠商們運用的聚合物、氧化物、硫化物等固態(tài)電解質均存在這樣的問題。具體來說，聚合物耐溫性不行，安穩(wěn)性較差、離子電導性偏低。氧化物抗阻才能比較強，但離子電導性也無法到達要求。硫化物盡管電導性不錯，又因為資料安穩(wěn)性不佳，導致離子傳輸功能欠缺。

事實上，往往一種全新研制的資料從實驗室走向商場運用層面，一般需求十年左右的時刻。而液態(tài)鋰電池從上世紀70年代呈現，直到20世紀末才投入運用。因而，固態(tài)電池技能要完成產業(yè)化尚需時日。

“從固態(tài)電池的研制和量產現狀來看，聚合物基的固態(tài)電池現已有小批量裝車示范，但屬于實驗階段，有待處理的技能問題還不少。達觀估計，嚴格依照車廠車型的開發(fā)流程，半固態(tài)電池完成批量上車估計還需求必定時刻，真正的全固態(tài)電池批量裝車時刻則還或許拖延。”傅正文表明。

國際競爭正日趨激烈

“如今，固態(tài)電池技能正在成為世界規(guī)劃內的競爭熱點。”劉洪濤介紹，在世界規(guī)劃內，全球多家車企和電池廠家也發(fā)布了固態(tài)電池相關的研制開展。現在，豐田、松下、三星、三菱、寶馬、大眾、現代、戴森等企業(yè)均在加緊布局固態(tài)電池技能的儲藏。

據介紹，為使鋰電池具有更高的能量密度和更好的安全性，國外鋰離子電池廠商和研討組織在固態(tài)鋰電方面開展了很多的研制作業(yè)。

日本更是將固態(tài)電池研制進步到國家戰(zhàn)略高度。2017年5月，日本經濟省宣告出資16億日元，聯合豐田、本田、日產、松下、GS湯淺、東麗、旭化成、三井化學、三菱化學等頂級產業(yè)鏈力氣，共同研制固態(tài)電池，期望以老練的固態(tài)電池技能在2030年完成800公里續(xù)駛方針。

法國Bollore公司的EV“Bluecar”配備其子公司Batscap出產的30kwh金屬鋰聚合物電池，選用Li-PEO-LFP資料系統，巴黎轎車共享服務“Autolib”運用了約2900輛Bluecar，這是世界上首次用于電動轎車的商業(yè)化全固態(tài)電池。豐田開發(fā)出全固態(tài)鋰離子電池，能量密度為400Wh/kg，計劃在2020年完成商業(yè)化;松下的最新固態(tài)電池能量密度相對進步了3～4倍；德國KOLIBRI電池運用于奧迪A1純電動轎車，現在尚未商業(yè)化運用。

韓國也不甘落后，現在，三星SDI、LG化學等都投入到固態(tài)電池的研制之中。據外媒報導，三星Note7手機電池起火嚴重影響了品牌形象，這促進三星加大了固態(tài)電池的研制力度。據了解，三星的固態(tài)電池或許最初運用于手機上，下一步將開發(fā)車用動力固態(tài)電池。此外，LG化學也在研討固態(tài)電池，據稱技能水平與三星平起平坐。

此外，三菱、寶馬、現代、戴森等數家企業(yè)也都經過單獨研制或組合并購等方法加緊布局固態(tài)電池的儲藏研制。豐田宣告與松下協作研制固態(tài)電池；寶馬宣告與SolidPower公司協作研制固態(tài)鋰電池；博世與日本著名的GSYUASA（湯淺）電池公司及三菱重工共同樹立了新工廠，主攻固態(tài)陽極鋰離子電池；本田與日立造船樹立的組織已研制出Ah級電池，估計三年后量產。

我國對固態(tài)鋰電的根底研討起步較早。在“六五”和“七五”期間，中科院就將固態(tài)鋰電和快離子導體列為要點課題，現在5支研制團隊別離獲得了不同開展。此外，北京大學、我國電子科技集團天津18所等院所也立項進行了固態(tài)鋰電電解質的研討。

2017年3月，工信部等四部委印發(fā)的《促進轎車動力電池產業(yè)開展行動方案》提出，積極推進鋰硫電池、金屬空氣電池、固態(tài)電池等新系統電池的研討和工程化開發(fā)，2020年單體電池比能量到達400Wh/kg以上、2025年到達500Wh/kg。

現在，國內固態(tài)電池技能的研討現已獲得不小進步。中科院化學所郭玉國團隊的聚醚-丙烯酸酯新式雙功能聚合物電解質，可用于室溫固態(tài)金屬鋰電池；中科院寧波資料所許曉雄團隊研制的無機陶瓷固態(tài)電池正與贛峰鋰業(yè)協作嘗試產業(yè)化；中科院青島生物動力所崔光磊團隊研制的固態(tài)電池已用于蛟龍?zhí)柹顫撈鳎瓿闪颂窖篑R里亞納海溝的測驗；中科院上海硅酸鹽研討所郭向欣團隊研制出了2Ah級固態(tài)鋰離子電池；中科院物理所李泓團隊推出了10Ah軟包電芯固態(tài)電池。

近日，我國科學研討院宣告，由該院牽頭承擔的納米先導專項“全固態(tài)電池”課題現已經過檢驗，這一技能進步將進一步推進國內全固態(tài)鋰電池的規(guī)劃化運用。此消息一出，再一次將固態(tài)電池的重視熱度推上“高潮”。

國內在進行固態(tài)鋰電開發(fā)的企業(yè)包含CATL、國珈星際（珈偉股份）、江蘇清陶動力、臺灣輝能、中航鋰電等。CATL以硫化物電解質為首要研制方向，選用正極包覆處理正極資料與固態(tài)電解質的界面反響問題，現在聚合物鋰金屬固態(tài)電池循環(huán)到達300次以上，容量堅持率達82％。清陶動力研制高固含量的全陶瓷隔閡和無機固體電解質，現在已與北汽開展協作進行中試。國珈星際選用資料基因組技能，經過高通量測驗技能確定聚合物固態(tài)電解質的最佳組成。此外，如贛鋒鋰業(yè)、比亞迪、萬向123等也都宣告布局固態(tài)電池范疇，但大部分企業(yè)仍處于“理論研制”階段。

此次在上海車展上與天邊轎車簽約的輝能科技，深耕固態(tài)氧化物道路多年，2012年，輝能科技推出了世界上第一款固態(tài)鋰陶瓷電池，處理了困擾業(yè)界已久的固態(tài)電池安全和功能兩大核心問題。2013年起陸續(xù)推出3款固態(tài)鋰電池產品FLCB、PLCB和BLCB，并依次完成商業(yè)化量產。截至2018年11月底，輝能科技現已在全球擁有129件相關專利及83件專利申請，規(guī)劃包括我國、美國、歐盟、英國、日本和韓國等。

現在固態(tài)電池研制技能道路首要有兩個方向

一是鋰離子電池的固態(tài)化，這個方向其他行業(yè)有老練的方案，但是嫁接到鋰電池還需求二次研制。固態(tài)電解質國外量產的企業(yè)鳳毛麟角，國內一家也沒有，必定程度上限制了固態(tài)電池的研制進展。日本實驗室成功研制出的凝膠態(tài)電池，本錢很高無法量產。

二是金屬固態(tài)電池，最常見的是鋰硫電池。當電解質換成固體之后，鋰電池系統由電極資料-電解液的固液界面向電極資料-固態(tài)電解質的固固界面轉化。但對出產的密封性要求很高，給設備企業(yè)帶來巨大挑戰(zhàn)。

技能立異將決勝未來

“固態(tài)電池應該是現在看到的最有出路的電池之一，它的明顯優(yōu)勢表明了它應該是新動力轎車動力來源的一個有利的競爭者。”袁宏明認為，這將對新動力轎車產業(yè)形成更有力的動力，乃至對整個造車生態(tài)產生影響。

隨著重視度的進步，國內有關科研組織、企業(yè)、產業(yè)園區(qū)都對固態(tài)電池青睞有加。湖南寧鄉(xiāng)高新區(qū)發(fā)力打造儲能資料之都，估計到2025年，這里將建成總規(guī)劃10萬噸三元前驅體、10萬噸正極資料、30GWh動力電池、10億平方米的電池隔閡資料，總產值1000億元以上的儲能資料產業(yè)，固態(tài)電池被列為開展要點。

根據我國《轎車產業(yè)中長期開展計劃》和《節(jié)能與新動力轎車技能道路圖》的相關指引，動力電池系統的能量密度需求在2025年至2030年到達350Wh/kg以滿意市面上乘用電動轎車的續(xù)駛路程要求。從現在來看，僅憑仗鋰電池的技能研制，這一方針明顯無法完成。而因為確保了動力電池的高能量密度和安全性，固態(tài)電池給整個新動力轎車行業(yè)帶來了期望。

傅正文表明，固態(tài)電池現階段技能途徑不同，呈現百家爭鳴態(tài)勢，如日本業(yè)界的重心放在硫化物基固態(tài)電池，國內衛(wèi)藍新動力現階段主推固液混合的半固態(tài)電池，復陽固態(tài)公司重心在薄膜固態(tài)電池，CATL重心為硫化物基固態(tài)電池，大部分科研團隊和企業(yè)都處于根底研討到中試放大和小批量量產的要害環(huán)節(jié)，需求經過這幾年的技能開展和產業(yè)化摸索來驗證最合適規(guī)劃化運用的技能道路。現階段固態(tài)電池企業(yè)的應對戰(zhàn)略應該是加大投入，增強技能堆集，與產業(yè)鏈上下游企業(yè)嚴密協作。寄期望于固態(tài)電池技能早日老練，電動轎車的續(xù)駛路程再也不會成為通勤焦慮。

“當務之急，便是加大攻關力度，早日完成要害性技能的打破。”劉洪濤認為，我國的最大競爭對手是日本。日本在硫化物類固態(tài)電解質方面的研討根底雄厚，正全力運用于固態(tài)電池的研制。我國著眼于氧化物類固態(tài)電解質，并且已投產固態(tài)電池出產線。研制方面日本仍處于領先，但產業(yè)化方面我國有望趕超。盡管中、日布局的固態(tài)電池選用不同的電解質，但誰能率先處理安穩(wěn)性問題，誰就能迅速占領固態(tài)電池的商場。

近年來，新動力轎車在國內蓬勃開展，其中不乏傳統車企紛紛搶灘，當然也有很多造車新勢力入局。我國轎車工業(yè)協會最新的數據顯示：一季度我國新動力轎車產銷量翻倍，產銷別離完成30.4萬輛和29.89萬輛，比上年同期增長1倍和1.1倍。還有一個現象是，比照傳統燃油車2018年超過10％的負增長，眼下幾乎所有轎車出產企業(yè)均押寶新動力轎車，這同時也帶動了產業(yè)鏈上下游的立異動力，估計2019年我國新動力轎車產銷量將到達150萬輛。電池的安全、續(xù)駛才能備受重視。

至于新動力轎車是否能全面轉向固態(tài)電池，專家們依然以謹慎、科學的眼光看待。“新動力轎車轉向固態(tài)電池僅僅或許的一個方向，在打破瓶頸之前無從談起所謂全面轉向。”劉洪濤表明。

“現在新動力轎車電池的安全問題備受重視，也成為限制其商場推行的核心問題之一，假如不能處理電池安全問題，新動力轎車就沒有未來。由此動身，固態(tài)電池被視為現有液態(tài)鋰電池最有或許的替代者。但是否能夠全面轉向固態(tài)電池，還取決于固態(tài)電池自身的技能進步和商場推行。”傅正文認為。

記者觀察

固態(tài)電池正向咱們走來

近來，因為上海車展的聚焦和部分電動轎車自燃等原因，固態(tài)電池正在成為業(yè)界重視的熱點。

任何事物都有客觀的開展規(guī)律和開展軌跡，新動力轎車范疇也不例外。在新動力轎車開展方興未艾之際，電池的續(xù)駛才能、安全功能始終是被吐槽最多的問題。在以往的電池原料上，多數新動力轎車都是選用三元鋰電池，而這一類電池的短板在于電池能量密度無法到達抱負值，即使能夠到達也存在很大的不安穩(wěn)性。作為新動力轎車來說，電池的好壞便是決議一切的根底，假如電池無法獲得打破，關于新動力轎車的開展無疑是一個瓶頸。而固態(tài)電池的呈現，為處理這一難題帶來了曙光。盡管現在還無法準確猜測將來如何，但固態(tài)電池起碼是提供了完成重大打破的機會。

正是在這樣的背景下，固態(tài)電池受到高度重視。固態(tài)電池不只具有充電時刻短、續(xù)駛路程長的優(yōu)點，同時因為其電解質的不可燃、不揮發(fā)、不漏液等特征，讓固態(tài)電池的安全性比鋰電池要更強大。在制造結構上，固態(tài)電池嚴密、占用空間小、規(guī)劃靈活性、設計彈性大等特點又可以讓電動轎車將更多的空間安頓電子元件用于智能化和完成杰出操控性。可以說，固態(tài)電池的呈現為電動轎車未來的開展帶來了更多的或許性。

業(yè)界更多的言論達觀地認為，固態(tài)電池替代三元鋰電池或許將成為必然的開展趨勢，現在看來僅僅一個時刻問題。類似現在電腦范疇機械硬盤和固態(tài)硬盤共存，將來新動力轎車的開展趨勢，也許會呈現三元鋰電池、固態(tài)電池乃至還有或許呈現更新式電池共存的局勢。總歸，開展是硬道理，技能進步永無止境，開展也沒有終點，這一點是毋庸置疑的。

當前，在新技能范疇的全球競爭日益激烈，固態(tài)電池范疇也是如此。發(fā)達經濟體在新技能范疇從來不甘落于人后，乃至會用大投入去贏得時刻和領先地位。因而，咱們也不能掉以輕心，主管部門、科研組織、電池企業(yè)、轎車企業(yè)都應投入更多的力氣去進行研制立異，加速技能打破的步伐，凝聚產學研用的才智，力求在這一新技能、新范疇完成領跑。

應該看到，任何事物都是在不斷克服缺點和弊端中不斷前行。固態(tài)電池也是相同，盡管現在在具體技能細節(jié)等方面還存在種種缺乏，但既然是一個開展方向，就無妨去努力。的確，在開展過程中，現在三元鋰電池現已成為新動力轎車開展的短板，觸到了開展的天花板，因而將目光轉向固態(tài)電池是現在看來的最佳挑選之一。因而，努力也是贏得出路的要害。

總而言之，即使在技能開展中，商場要素依然起著很大的決議作用。當今新動力轎車商場上，尋找更新、更強、更多的新技能“裝備”，也許正是新動力轎車的生命力所在。依照現在的開展態(tài)勢，假如固態(tài)電池技能能完成新的打破，也許就能帶領新動力轎車走進新的春天。