近年來，動力電池起火爆炸事故頻發，據鋰電大數據統計，2016年共發生50起鋰電池起火爆炸事件。提高電池的安全性能一直是鋰電人孜孜追尋的課題，而此時，兼具安全性和高續航優勢的固態電池逐漸走進大家的視野。

 

液態鋰電池安全性亟待提升

 

液態鋰電池已成為當下最為成熟且使用最廣泛的技術路線，但其安全性問題卻成為業界當前遲遲攻克不下的難題。據鋰電大數據統計，2016年共發生了50起鋰電池起火爆炸事件，鋰電池起火爆炸事故頻發為我們敲響警鐘——鋰電池安全性能亟待提升。

 

鋰電池為何頻頻起火?究其原因還是電池內部的活性物質及電解液發生反應，溫度過高失控導致。固態電池中不含可燃的液體電解質，這一特性能夠極大地改善電池的安全性。中國科學院物理研究所研究員李泓曾表示，在未來，很多電池形態將以全固態形式出現，包括金屬鋰、鋰硫和鋰空氣電池，為提高安全性未來大體策略就是固態化。

 

固態電池能量密度提升2倍

 

續航里程問題始終是限制純電動車普及的關鍵因素之一，而電池續航里程的長短在很大程度上取決于電池儲能能力即單位體積的能量密度。當工作電壓只能在固定區域內，要提升電池能量密度，只能依靠對電極材料的能量密度提升。目前現有鋰電池正極材料一般有鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰和三元材料等，而負極材料一般為石墨、硬/軟碳、鈦酸鋰以及合金負極材料，這些材料的可挖掘空間已經并不大。所以，要大幅提升鋰電池的續航里程，除非在電極材料上能找到新的替代品。此時，與液態鋰電池相比能量密度提升2倍的固態電池脫穎而出。

 

從理論的提出時間來看，固態電池并不是一個新的概念。此前，中國工程院院士陳立泉專門就固態電池的技術發展狀況及其優越性能進行了闡釋，并提出，固態電池中不含可燃的液體電解質，這一特性能夠極大地改善電動汽車的安全性，因此他建議應大力支持固態電池的研究、開發和產業化。如果能量密度進一步提高，大于500瓦時/公斤的話，從現在開始就要考慮固態鋰電池體系探索研究。

 

固態電池受到科研界廣泛關注

 

固態電池或將成為下一步電池發展的主流方向。但固態電池還面臨生產工藝待提高、成本待下降的發展瓶頸，為此科研界為此進行大量研發工作。

 

由美國前密歇根大學工程學教授瑪麗˙塞思特里創辦的Sakti3研發出了一種使用平板電視與太陽能面板制造技術制成的固態鋰電池，這種電池因采用“薄膜沉積技術”，使其造價僅為目前鋰電池造價的五分之一，然而能量密度卻是鋰電池的兩倍。

 

2016年9月，中科院青島生物能源與過程研究所研發出高能量密度、高性能全固態鋰離子電池，已通過11千米全海深模擬壓力倉循環壓力測試，將來有望成為“蛟龍號”等全海深深潛器的理想能量動力。該新型全固態電解質膜的電化學窗口可高達4.6V，電解質熱穩定溫度至少能達到200℃，當這種電解質用于全固態鋰離子電池時，經過1000次的充放電長循環，仍保持92%的容量。即使當研究人員對這種固態電池進行切角和穿釘測試時，它仍然可以正常地進行充放電。另外，研發團隊開發出一系列綜合性能優異的全固態聚合物電解質，將鋰電池的能量密度提高了兩倍，電動車的續航里程有望提高到450公里以上，應用前景極其廣闊。

 

瑞士蘇黎世聯邦理工學院的研究人員們，通過石榴石作為電解質，使得固態電池電極和電解質之間的接觸面積放大，從而實現了固態電池充電速度加快的效果，并且夠承受100℃的高溫。

 

美國SunCulture Solar則將固態電池技術應用到儲能領域中，其開發的新型一體化太陽能電池板，內置有固態低壓電池，并與逆變器無縫集成。這種完全一體化的產品設計，可將太陽能安裝和儲能總成本降低50%以上。

 

美國國家航空航天局在與邁阿密大學合作，研制一種新型固態鋰電池。這種固態電池的體型比傳統鋰電池更小，可以用在“立方體衛星”等微型衛星上。

 

今年1月，北京大學化學與分子工程學院高分子科學與工程系范星河教授/沈志豪副教授及其研究團隊成功研發出了一種新型、具有高溫穩定性的鋰電池固態聚電解質膜，有望打破現有鋰離子電池固態電解質研究、產業格局。

 

企業發力固態電池

 

固態電池由于其高安全性、高能量密度和長壽命等優勢，成為下一步電池發展的主流方向。近年來，國內外眾企業紛紛布局發力固態電池領域。

 

戴森公司

 

2016年8月英國戴森公司14億美元投建固態電池廠。公司曾在2015年以9000萬美金收購固態電池企業Sakti3，并表示將會投資近10億美元生產固態電池。2015年，Sakti3聲稱已制造出能量密度達每公升1.1千瓦時的電池，這一能量密度要比鋰離子電池的高大約50%，電池蓄電量是特斯拉現在使用的鋰電池的兩倍。

 

豐田

 

豐田也在開發全固態電池，目前其實驗原型產品可達到400瓦時/升的體積能量密度。早在2010年，豐田就曾推出過續航里程可超過1000KM的固態電池。據悉，豐田研發的全固態電池可在2025年實現商業化。

 

松下

 

松下全新研發的固體蓄電池中能量密度相對提高了3至4倍。據悉，固體松下蓄電池后將使RAV4電動版的續航里程增加至少3倍達500公里以上，其將首次達到普通汽油車型的行駛里程。

 

蘋果公司

 

自2012年來，蘋果公司就開始積極布局全固態電池技術的專利，期待能把這種新型電池用在iPad、MacBook等設備及以后將要開發的柔性電子設備上。2015年11月份，美國專利商標局公布了蘋果公司一項與固態電池充電技術相關的新專利——便攜設備的固態電池充電技術。

 

珈偉股份

 

2016年11月15日，珈偉股份在上海舉辦全球首例固態鋰電池與快充鋰電池產品發布會，專家介紹并演示了兩個新產品的性能。珈偉股份表示，未來將全力加速固態鋰電池與快充鋰電池的合體，將更深一層的安全保障與超強性能合二為一。若未來能與更多電動汽車廠商合作，則極有可能推動顛覆性變革的產生。

 

博世

 

德國汽車零部件巨頭博世，2015年收購美國電池公司“Seeo”。博世和Seeo然后與日本著名的GS YUASA(湯淺)電池公司和三菱重工共同建立了新工廠，主攻固態陽極鋰離子電池。

 

寧德時代

 

寧德時代在做固態電池之前對全球做固態電池的企業做了調研，目前該項目還處于早期階段。寧德時代在研發過程中，也在關注固態電池的制造問題，固態電池整個制造工藝跟傳統的鋰離子的制造工藝不同，需要新的設備，新的工藝，所以寧德時代也同時進行工藝的研發。

 

天津新動源

 

今年1月，天津新動源科技發展有限公司與南京高新區智能制造產業園簽訂框架合作協議，建設總投資約30億元10GWh新型固態鋰電池項目。據悉，將在未來兩年實現高比容量固態鋰離子電池的產業化，預計5年后達到10GWh的產能。

 

輝能科技

 

臺灣輝能科技推出一款采用軟性電路板為基材的固態電池，其厚度可以達到驚人的2mm，相當于一小片口香糖的厚度，可以隨意折疊彎曲，展開弄平整再進行使用。這么一塊看似不起眼的電池，其容量可以達到1000毫安，而一個iPhone般大小的充電寶，其容量也就在5000毫安左右。

 

寶馬

 

寶馬正在研發固態電池技術，將于2026年實現量產。這款新電池將使用固態電解質代替目前鋰離子電池普遍使用的電解液，電池容量也將有15%-20%的提高。

 

小結

 

固態電池中不含可燃的液體電解質，能夠極大改善電池的安全性，雖就目前看來，固態電池現在的制備技術成熟度還有待加強，仍處于推廣發展期。但隨著固態電池的應用價值日益受到重視，固態電池受到科研界廣泛關注，國內外相關機構研發不斷取得重大突破。相信未來固態電池產品的市場會迎來蓬勃發展的機遇，商業化可期。