2017動(dòng)力電池技術(shù)進(jìn)展與發(fā)展趨勢(shì)

全固態(tài)鋰電池的概念比鋰離子電池出現(xiàn)的更早，鋰離子電池只出現(xiàn)了25年左右，是日本人發(fā)明的，真正到車上用就10 多年，很年輕但是進(jìn)步很快。

全固態(tài)鋰電池，這幾個(gè)詞每一個(gè)字都不能少、不能變?！叭虘B(tài)”跟“固態(tài)”是不一樣的，“鋰電池”和“鋰離子電池”不是一個(gè)概念。

所謂“全固態(tài)鋰電池”是一種在工作溫度區(qū)間內(nèi)所使用的電極和電解質(zhì)材料均呈固態(tài)、不含任何液態(tài)組份的鋰電池，所以全稱是“全固態(tài)電解質(zhì)鋰電池”。

全固態(tài)鋰電池又分成全固態(tài)鋰一次電池和全固態(tài)鋰二次電池，一次電池其實(shí)已經(jīng)有用的。全固態(tài)鋰二次電池又分成全固態(tài)鋰離子電池和鋰金屬電池， 這兩個(gè)概念又要區(qū)別，所謂全固態(tài)金屬鋰電池，是其負(fù)極用的是鋰金屬，現(xiàn)在的負(fù)極用的是碳或者硅碳或者鈦酸鋰。

全固態(tài)鋰電池的概念比鋰離子電池出現(xiàn)的更早，鋰離子電池 只出現(xiàn)了25 年左右，是日本人發(fā)明的，真正到車上用就10 多年， 很年輕但是進(jìn)步很快。

早期指的全固態(tài)鋰電池，都是指金屬鋰為負(fù)極的全固態(tài)金屬鋰電池，一說(shuō)全固態(tài)往往是以鋰金屬為負(fù)極的， 這就是以前的概念。

全固態(tài)鋰電池有幾個(gè)潛在的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，一是安全性高，因?yàn)樗鼪](méi)有有機(jī)溶劑作為電解質(zhì)引發(fā)電解液燃燒問(wèn)題。

二是能量密度高，需要說(shuō)明的是，固態(tài)電解質(zhì)的密度和使 用量高于液態(tài)電解質(zhì)，在正負(fù)極材料相同的時(shí)候，它的優(yōu)勢(shì)是不 明顯的，當(dāng)然如果有了固態(tài)電解質(zhì)之后就沒(méi)有電解液泄漏問(wèn)題，所以它可以一片片全部疊起來(lái)，不像我們非要搞一個(gè)軟包包起來(lái)，這樣體積比能量就會(huì)高。

第三，正極材料選擇的范圍寬，因?yàn)樨?fù)極是鋰金屬，正極不含鋰都可以。還有，電解質(zhì)的電壓窗口會(huì)更 寬， 正極材料選擇范圍也就大，比能量也可以提高；第四，系統(tǒng) 比能量高，由于電解質(zhì)無(wú)流動(dòng)性，可以方便地通過(guò)內(nèi)串聯(lián)組成高 電壓?jiǎn)误w，利于電池系統(tǒng)成組效率和能量密度的提高。

但是也存在一些問(wèn)題。第一個(gè)問(wèn)題是固態(tài)電解質(zhì)材料的離子電導(dǎo)率偏低?，F(xiàn)在有三種固態(tài)電解質(zhì)，一種是聚合物，一種是氧化物，一種是硫化物。聚合物電解質(zhì)這種，其實(shí)這個(gè)電池已經(jīng)有了，現(xiàn)在在法國(guó)有些車上用，它的問(wèn)題就是要加熱，電池要加熱到 60 度，離子電導(dǎo)率才上來(lái)，電池才能正常工作。

目前氧化物電解質(zhì)一般比液態(tài)的還是要低很多。只有硫化物的固態(tài)電解質(zhì)現(xiàn)在跟液態(tài)的差不多，比如豐田就是用的這種硫化物的固態(tài)電解質(zhì)，所以固態(tài)電解質(zhì)是有突破的，主要的突破是在硫化物的固態(tài)電解質(zhì)。

第二個(gè)問(wèn)題就是固/固界面接觸性和穩(wěn)定性差。液體跟固體結(jié)合是很容易的，滲透進(jìn)去。但是固體和固體接觸性和穩(wěn)定性就不是太好了，這是它很大的一個(gè)問(wèn)題。硫化物電解質(zhì)雖然鋰離子導(dǎo)電率已經(jīng)提高了，但是仍然有界面接觸性和穩(wěn)定性問(wèn)題。

第三個(gè)問(wèn)題是金屬鋰的可充性問(wèn)題。在固態(tài)電解質(zhì)中，鋰表面同樣存在粉化和枝晶生長(zhǎng)問(wèn)題。其循環(huán)性，甚至安全性等還需要研究。

當(dāng)然還有一個(gè)問(wèn)題，就是制造成本偏高。

基于上述問(wèn)題，特別是固態(tài)界面接觸性/穩(wěn)定性和金屬鋰的可充性問(wèn)題，真正意義上的全固態(tài)金屬鋰電池技術(shù)，現(xiàn)在仍然還是不成熟的，還存在技術(shù)不確定性。目前展現(xiàn)出的或者有突破的， 有性能優(yōu)勢(shì)和產(chǎn)業(yè)化前景的，主要是固態(tài)鋰離子電池。

固態(tài)鋰離子電池跟全固態(tài)鋰電池有什么區(qū)別？固態(tài)電池不一定是全都是固態(tài)電解質(zhì)，還有一點(diǎn)液態(tài)，是液態(tài)跟固態(tài)混合的， 看混合的比例是多大。

真正的固態(tài)鋰離子電池，其電解質(zhì)是固態(tài)， 但在電芯中有少量的液態(tài)電解質(zhì)；所謂半固態(tài)，就是固態(tài)電解質(zhì)、液態(tài)電解質(zhì)各占一半，或者說(shuō)電芯的一半是固態(tài)的、一半是液態(tài)的，所以還有準(zhǔn)固態(tài)的，就是主要為固態(tài)、少量是液態(tài)。

關(guān)于固態(tài)鋰電池國(guó)內(nèi)外動(dòng)態(tài)?，F(xiàn)在固態(tài)鋰電池持續(xù)升溫，美國(guó)、歐洲、日本、韓國(guó)、中國(guó)都在投入。各個(gè)國(guó)家心態(tài)不太一樣。例如美國(guó)，以小公司、創(chuàng)業(yè)型公司為主。美國(guó)有兩家公司還是不錯(cuò)的，都是初創(chuàng)公司，一個(gè)是 S-akit3，續(xù)駛里程能到 500 公里， 現(xiàn)在還處于初級(jí)階段。

還有一個(gè) Solid—State，還有一家公司被寶馬等幾家大公司投資了。因此美國(guó)主要是小公司、創(chuàng)業(yè)公司干，立足于顛覆性技術(shù)。日本基本上是固態(tài)鋰離子電池，最著名的豐田，將在 2022 年實(shí)現(xiàn)商品化。豐田做的不是全固態(tài)鋰金屬電池，而是固態(tài)鋰離子電池。

它的負(fù)極是石墨類，硫化物電解質(zhì)， 高電壓正極，單體電池容量 15 安時(shí)，電壓是十幾伏的那種，2022 年實(shí)現(xiàn)商品化是靠譜的。

所以在日本，并沒(méi)有顛覆，還是鋰離子電池，正負(fù)極還可以用以前的。韓國(guó)也是石墨類負(fù)極，并不是金屬鋰負(fù)極，跟日本差不多。中、日、韓的情況是類似的，因?yàn)槲覀円呀?jīng)有了很大的鋰離子電池的產(chǎn)業(yè)鏈，不希望推倒重來(lái)。