風口上的固態電池，該潑一盆冷水

時間:2022-05-11 11:10來源:品玩 作者:JimmyMa
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       被視為下一代電池的“固態電池”，可能在近5-10年內都無法大規模量產應用。
 
       固態電池是一種使用固態電極與電解質的電池，相較于鋰離子電池而言具有更高的能量密度，同時更加安全。因此更加適合電動汽車使用，被視為電動汽車的“救星”，在新能源車逐漸升溫的今天，固態電池同樣備受資本關注，并獲得大量投資。
 
       即便是站在風口上，固態電池的實際情況可能并沒那么樂觀。近日，專注新能源、電動汽車等領域的韓國研究機構SNE發表了一篇文章，也給固態電池的量產落地潑了一盆冷水。
圖源：SNE官網
 
       SNE公司在今年的“下一代電池研討會”（Next Generation Battery Seminar (NGBS)）上，對全固態電池展開了討論。該公司認為，依目前的情況來看，全固態電池的產業化還存在諸多問題，可能在2030年前都很難實現大規模量產。
 
       SNE首先指出了固態電解質在技術層面存在的問題。全固態電池如果從電解質的角度來分類，大致可分為硫化物基、氧化物基和聚合物基三類，然而每一類電解質都存在著不同的技術問題。
 
       硫化物基電解質具有較好的離子電導率，但化學穩定性較差，在潮濕環境下易與空氣中的水和氧氣發生反應，產生有毒氣體硫化氫。
 
       氧化物基電解質雖然在空氣中具有更好的穩定性，但對制造工藝要求很高，需進行高溫燒結陶瓷工藝生產，這種制造方法能耗高且耗時長，且超薄固體電解質片的形式，在批量生產上更是十分困難。
 
       而聚合物基電解質相對與其他兩種電解質材料而言要容易制造的多，但問題在于，這類電解質在室溫下只能提供10-7S/cm離子電導率，甚至遠低于液態電解質10-3S/cm的常規離子電導率。此外，聚合物基電解質的耐高壓型也較差，只能適配磷酸鐵鋰陰級，限制了應用聚合物基電解質電池的能量密度。
 
       其次，SNE則指出了全固態電池的另一大痛點——成本。全固態電池的成本高昂，主要受限于兩點，第一是原材料的成本問題，例如鋰硫化物的價格是碳酸鋰的5-10倍左右；第二則是全固態電池對于生產環境與原材料純度的要求極高，導致對于生產設備的投資較高。
 
       因此，基于目前的情況來說，SNE預計全固態電池的成本至少是鋰離子電池的兩倍。這對于本就尋求進一步降低成本的電動汽車而言，倒像是在做背道而馳的事。此外，之前提到的氧化物基與硫化物基電解質均為易碎陶瓷材料，批量生產大尺寸的電解質薄膜可能存在困難，因此全固態電池的量產初期或只能小規模生產，用于一些對于成本容忍度更高的領域。
圖源：Solid Power
 
       很明顯，全固態電池的量產與應用離我們還很遠。但也有不少車企與電池企業提出近期就能將固態電池量產并應用。
 
       事實上，這些企業提到的“固態電池”指的并不是真正的全固態電池，而是一種過渡方案——半固態電池。不過SNE更是“不留情面”的指出了半固態電池的問題。半固態電池并不能提高電池的安全性，因為對于絕大多數的半固態電池而言，固態電解質僅僅涂抹在電極或隔膜的表面，但電池依然依賴于液態電解質來進行鋰離子交換，這就意味著半固態電池同樣存在由液態電解質所引起的漏液、熱失控等安全風險。
 
       最終，需要思考一個問題，我們為什么需要全固態電池？普遍來說，全固態電池更重要的意義在于，能帶來更高的能量密度。但針對這一觀點，SNE依舊給出了不同的觀點。其認為全固態電池如果想要提高能量密度，關鍵在于用鋰金屬負極代替石墨負極，而不是電解質的材料。這樣一來，固態電解質反而存在劣勢，因為固態電解質本身比液態電解質及隔膜厚數倍，勢必對電池能量密度造成負面影響。因此如果能夠應用鋰金屬負極，才是決定電池能量密度的關鍵。
圖源：SAMSUNG SDI
 
       電池負極材料的研究也是目前的關鍵之一，并且擁有使用鋰金屬、硅等材料代替石墨負極的多種技術路線。以硅負極為例，采用這種負極的鋰電池能量密度可翻數倍，但同樣存在問題，硅材料在發生反應時體積會嚴重膨脹與收縮，會影響電池的安全與使用壽命。
 
       因此，在能量密度這件事上，可以說全固態電池與此前的鋰電池同樣面對負極材料的難題不說，如果負極材料的難題得以解決，全固態電池反而還失去了優勢。
 
       那么全固態電池是不是只有安全一個優勢了？SNE指出，隨著技術的逐漸進步，液態電解質同樣變得越來越安全。同時，如果應用于未來的鋰金屬電池，采用液態電解質同樣能實現電池性能的全面提升。更重要的是，如果鋰金屬電池應用液態電解質，則完全可以基于現有的產業鏈開發，該產業鏈已具備實現量產化的堅實基礎。
 
       文章的最后，SNE總結道，與其過度炒作全固態電池，不如更多的關注即將到來的鋰金屬電池，其同樣具備高能量密度的優勢，以推動電動化的發展。

       *封面圖來源于：Solid Power
 
(責任編輯：子蕊)
文章標簽： 固態電池
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