動力電池之爭：鋰離子還是固態(tài)？

中國鋰電池正極材料出貨量（萬噸） / 圖表來源：高工產(chǎn)業(yè)研究院

固體電池入局

值此高速發(fā)展之際，固態(tài)電池進(jìn)入了人們的視野。早在2018年9月，大眾汽車就向斯坦福大學(xué)開發(fā)固態(tài)電池的子公司Quantum Scape投資了1億美元，甚至還計劃在今年建立一個工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)固態(tài)電池的試驗工廠，今年6月16日，大眾再度向該公司注資2億美元。

豐田在向電動汽車的過渡中比較滯后，為了加快這一進(jìn)程，豐田也在去年宣布與松下結(jié)盟，為自家的電動汽車提供電池，同時一起合作開發(fā)下一代固態(tài)鋰離子電池。19年的東京車展前夕，豐田宣布將在東京奧運(yùn)會期間推出一款搭載固態(tài)電池的電動汽車，以展示全新的電池技術(shù)，并表示2025年左右可以實現(xiàn)固態(tài)電池汽車的量產(chǎn)。但隨著東京奧運(yùn)會的延期，這一技術(shù)的公布尚不知確切日期。除此之外，寶馬在2017年起就宣布與Solid Power公司合作開發(fā)固態(tài)電池，計劃在2026年實現(xiàn)量產(chǎn)。

固態(tài)電池 vs 鋰離子電池

電池除了容量以外，還有一個很重要的參數(shù)——能量密度。索尼在1991年首度商用的鋰離子電池的能量密度為190 Wh/L，是當(dāng)時鉛酸電池40Wh/L的四倍以上。

鋰離子電池被人詬病的兩大缺陷就是安全與續(xù)航。鋰離子電池雖然近年間在電極材料的選擇上不斷推陳出新，但始終無法擺脫液態(tài)電解質(zhì)帶來的易燃性問題。如果要兼顧安全性的話，有很難在能量密度上找到最優(yōu)解。

而固態(tài)電源可選用金屬鋰作為電極，能量密度可達(dá)液態(tài)鋰電池的2倍以上。更高的能量密度意味著單位體積內(nèi)可以存儲更多的能量，從而為電池組的物理尺寸給到了更靈活的選項。

比亞迪

比亞迪在今年3月末正式推出了刀片電池，這也是鋰電池的一種，但不同于三元鋰電池，而是選用了磷酸鐵鋰電池。比亞迪指出，電動汽車行業(yè)過于追求能量密度，而忽視了安全問題，因此比亞迪退而選用了能量密度較三元鋰電池低的磷酸鐵鋰刀片電池。

刀片電池 / 比亞迪

比亞迪以首款搭載刀片電池的車型漢EV提供了該電池的性能指標(biāo)，其續(xù)航里程可達(dá)605公里，33分鐘內(nèi)可以將電量充至80%，在循環(huán)充放電3000個周期下可行駛120萬公里。而安全性方面，在針刺試驗（通過鋼針刺穿電池試圖觸發(fā)電池短路）下，比亞迪的刀片電池的表面溫度仍處于30℃到60℃。比亞迪稱該電池具備超級強(qiáng)度、超級續(xù)航、超級低溫、超級壽命和超級功率的超級性能。

特斯拉

特斯拉仍在采用自研的鋰電池，不僅近期向LG化學(xué)增加了訂單，據(jù)了解還會在今年的電池日上公布新的“百萬英里”級電池。然而 特斯拉的Jeff Dahn團(tuán)隊在《自然能源》雜志上發(fā)表聲明稱固態(tài)電池雖然采用了金屬鋁作為電極，卻仍未完全解決鋰枝晶的生成問題。鋰枝晶可謂是電池失火的禍根所在，這些形成的突起可以突破單個電池的絕緣層，造成短路和起火。

而后公布了他們開發(fā)出了全新的鋰離子軟包電池，其性能也將超越固態(tài)電池。這是一款無陽極的鋰金屬軟包電池，其雙鹽LiDFOB/LiBF4液態(tài)電解質(zhì)在90個充放電周期后仍保留80%的電池容量，也能進(jìn)一步避免鋰枝晶的生成。

LiDFOB和LiDFOB/LiBF4液態(tài)電解質(zhì)在固定充放電周期后電池容量的對比

三星

三星也開始著手固態(tài)電池的研發(fā)，今年3月9日，三星先進(jìn)技術(shù)研究院（SAIT）與三星日本研究院（SRJ）向《自然能源》展示了在高性能持久的全固態(tài)電池上的研究。全固態(tài)電池不僅支持更高的能量密度，并選用了更安全的固態(tài)電解質(zhì)。

但三星也深知固態(tài)電池中使用鋰金屬作為陽極容易觸發(fā)鋰枝晶的生成，從而降低電池壽命和安全性。為了克服這一阻礙，三星的研究人員首次提出使用銀碳（Ag-C）混合層作為陽極。研發(fā)團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)，放入軟包電池中的Ag-C層不僅支持更大的容量，更長的周期壽命，也進(jìn)一步提升了整體安全度。5μm的Ag-C層不僅顯著降低了陽極厚度，同樣將能量密度提升至900Wh/L。這使得電池體積可以做到比傳統(tǒng)鋰離子電池小50%。據(jù)開發(fā)團(tuán)隊稱，該電池同樣做到了較高的庫倫效率，在一次充電后，電動汽車的行駛里程將達(dá)到800公里，并支持1000次以上的充電壽命。

固定充放電周期后的電池容量與庫倫效率

由上圖可以看出，哪怕在1000個充電循環(huán)之后，電池容量依然保持在80%以上，而庫倫效率的平均值在99.8%以上。

寧德時代

作為全球動力電池的龍頭企業(yè)，寧德時代在19年占據(jù)了國內(nèi)超50%的份額，全球超27%的份額。盡管寧德時代對固態(tài)電池的研發(fā)已經(jīng)進(jìn)行多年，但目前可知的情報依然很少。目前情報僅透露出寧德時代研發(fā)方向為聚合物和硫化物的固態(tài)電池，其電池單體容量為325mAh，能量密度為300Wh/kg，在300周充電循環(huán)以上，容量保持率為82%。

同時據(jù)報道稱，寧德時代的一位電池開發(fā)負(fù)責(zé)人表示，CALT全固態(tài)電池雖然仍在開發(fā)中，也已制作出樣品，但商品化可能要在2030年之后。

固態(tài)電池現(xiàn)有的阻力

顯而易見，目前各大動力電池廠商在固態(tài)電池上的進(jìn)展都尚在研發(fā)階段。不僅是固態(tài)電解質(zhì)，還有電極材料，這些都是研發(fā)團(tuán)隊仍在探究的問題。甚至是走固態(tài)還是全固態(tài)的方案，各家的取舍也不盡相同。

面對制作工藝和生產(chǎn)設(shè)備的大改，還有對安全性的考量，在確定方案后的進(jìn)一步投產(chǎn)也需要一定時間。因此，固態(tài)電池還有好一段距離才能迎頭趕上，鋰離子電池在未來5年內(nèi)仍將占據(jù)主導(dǎo)地位。盡管如此，諸多廠商的研發(fā)并未停歇，從燃料電池轉(zhuǎn)為鋰電池的過程中，落后的汽車OEM已經(jīng)嘗到了不少苦果，若是不能在下一次電池變革時趕上潮流，勢必差距會被進(jìn)一步拉大。

本文由電子發(fā)燒友網(wǎng)原創(chuàng)，未經(jīng)授權(quán)禁止轉(zhuǎn)載。如需轉(zhuǎn)載，請?zhí)砑游?a target="_blank">信號elecfans999.