【聚创新能源】观察 | 聚焦下一代电池明星——全固态电池
来源丨探索科技TechSugar
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固态电池并非新的概念，早在上世纪70年代就已经出现了，在1991年左右固态电池实现了商业化，目前耳机中所使用的微型锂电池就是一种固态电池。当时的固态电池以薄膜电池形态出现，而当时其未获普及的原因是因为固态薄膜电池存在着容量小，成本高等缺点，但它能进行商业应用，也证明了固态电池技术还是具有可行性。
随着新能源汽车以及物联网等新兴应用的逐渐普及，尤其是新能源汽车，它对于续航里程、安全性、充电时间等方面都有着较高要求，电池成为关键中的关键。而随着传统液态锂电池不断接近其应用极限，固态电池逐渐进入公众视线。
传统液态锂电池因为其充放电原理被科学界称为“摇椅式电池”，摇椅两端为电池的正负两极，中间为液态电解质。锂电子在摇椅两端来回运动，在锂电子从正极到负极的过程中，完成了电池的充放电。而在这一过程中，存在着诸多安全隐患，如过度充电，电池容易发热，造成电解液气胀、分解、自燃甚至爆炸等情况。
固态电池的充放电原理和液态电池相同，唯一不同的是它的电解质为固态，它相对于液态电解质拥有诸多优势：1）能量密度高。固态电池采用固态电解质后，就不需要使用嵌锂的石墨负极，而是直接使用金属锂作为负极，这样可以减轻负极材料的用量，从而提高整个电池的能量密度。2）体积小。传统液态锂电池中的隔膜和电解液占据了整个电池质量的将近25％，采用固态电解质后，正负极之间的距离可以缩短至最小的十几微米，这样电池的厚度和质量都大大下降了。3）更高的安全性。传统电池因为电解液为液体，在高温状态下可能会发生上述描述过的一系列安全隐患问题，而固态电池却不存在这些问题，具有更高的安全性。
其实，固态电池并非新的概念，早在上世纪70年代就已经出现了，在1991年左右固态电池实现了商业化，目前耳机中所使用的微型锂电池就是一种固态电池。当时的固态电池以薄膜电池形态出现，而当时其未获普及的原因是因为固态薄膜电池存在着容量小，成本高等缺点，但它能进行商业应用，也证明了固态电池技术还是具有可行性。
目前，世界诸多国家和地区都纷纷投入对于固态电池的研究，尤其是对于全固态电池的研究。在10月举办的第八届电池新能源产业国际高峰论坛上，诸多国内电池企业介绍了他们在固态电池领域的研发现状，以及对于这一领域目前所面临的机会和挑战。赣锋锂业认为固态电池可以很好满足未来新能源汽车的发展需求，他们目前和中科院宁波材料所合作，已经在固态电池技术方面拥有了较长期和全面的技术积淀，尤其在固态电池产业化方面走在了行业前列。其研发的电池已经通过了多家权威第三方的全面评测，已经和车企进行应用对接。另外，苏州清陶、北京卫蓝新能源等公司在固态电池研发上也走在了世界前列。
日本企业也在固态电池领域持续发力，包括日立造船、富士通、TDK以及丰田、松下等公司都在积极布局固态电池领域。尤其是松下公司，据国外媒体报道，丰田与松下在2020年年出已经合作成立了一家合资企业—— Prime Planet Energy ＆ Solutions，将开发和生产棱柱形锂离子电池以及固态电池和“下一代”电池。此外，它还联合比利时研究机构IMEC开发出了体积能量密度为425 h ／L的固体电解质锂离子充电电池。
除了中日两国，美国、韩国等国家和地区也均在固态电池领域有所布局。尤其在新能源汽车行业，固态电池被认为是解决动力电池安全问题的根本途径。尤其，近年来，全球各国对于汽车行业的环保监管越来越严，据不完全统计，目前已有超过12个国家、25个地区宣布或制定了禁售燃油车的时间表。新能源汽车代替燃油车将是大势所趋。而能帮助克服续航里程、安全性以及充电时间等方面问题的全固态电池是目前的焦点。据富士经济预测，全固态电池从2020年代中期开始逐步扩大应用，到2035年市场规模将达到约2．8万亿日元，在2030年的3，300亿日元基础上猛增。
但目前全固态电池技术也还面临诸多技术挑战，包括固界面问题、高性能电池材料开发及工程化问题，还有尚未形成规模化的原材料和产业制造体系，以及量产成本高等。最最主要的问题是，目前对于固态电池的电池尺寸、安全指标等方面还没有搭建起标准体系。固态电池的完全商业化还有一段路要走，但相信在诸多新应用的推动下，在各领域公司的研发努力下，固态电池的大规模普及也会很快到来。