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隨著電動汽車在我國突飛猛進(jìn)的發(fā)展，動力電池作為其核心零部件一直備受關(guān)注。關(guān)鍵零部件的提升，直接影響著我國電動汽車發(fā)展的提速。1月7日，中國電動汽車百人會組織了“把握全球變革趨勢實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展”的熱點問題交流會，歐陽明高教授以專業(yè)眼光對全固態(tài)鋰電池技術(shù)進(jìn)行了詳盡的分析。

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1月7日，中國電動汽車百人會組織了“把握全球變革趨勢實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展”的熱點問題交流會

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五大優(yōu)勢加身，全固態(tài)鋰電池技術(shù)值得關(guān)注

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，全稱是“全固態(tài)電解質(zhì)鋰電池”。因此，全固態(tài)鋰電池，已經(jīng)是一個字不能少、不能變的最簡稱呼。為了助于理解，歐陽教授舉例表示，這就像“全固態(tài)”跟“固態(tài)”是不一樣的，“鋰電池”和“鋰離子電池”不是一個概念。這個全固態(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，一次電池已經(jīng)有所應(yīng)用。而全固態(tài)鋰二次電池又分成全固態(tài)鋰離子電池和鋰金屬電池，這又是兩個需要區(qū)分的概念。所謂全固態(tài)金屬鋰電池，就是負(fù)極用的是鋰金屬，而我們現(xiàn)在負(fù)極大用的是碳或者硅碳或者鈦酸鋰。

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歐陽教授表示，全固態(tài)鋰電池的概念比鋰離子電池出現(xiàn)的更早。眾所周知，鋰離子電池只出現(xiàn)了25年左右，是日本人發(fā)明的，到現(xiàn)在25年，真正到車上用就10多年，所以很年輕但是進(jìn)步很快。早期所指的全固態(tài)鋰電池，都是指金屬鋰為負(fù)極的全固態(tài)金屬鋰電池，所以一說全固態(tài)往往說到這個，就是說全固態(tài)的是以鋰金屬為負(fù)極的，這就是以前的概念。

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針對全固態(tài)鋰電池，歐陽教授總結(jié)了以下幾個潛在的技術(shù)優(yōu)勢。首先就是安全性高，因為全固態(tài)鋰電池沒有有機(jī)溶劑作為電解質(zhì)，因此不會引發(fā)電解液燃燒問題;第其次就是能量密度高。當(dāng)然固態(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)極材料相同的時候，他的優(yōu)勢是不明顯的。但有了固態(tài)電解質(zhì)之后就沒有電解液泄漏問題，所以它可以一片片全部疊起來，不像液態(tài)電解質(zhì)需要軟包包起來，這樣體積比能量就會高。第三，全固態(tài)鋰電池正極材料選擇的范圍寬，因為負(fù)極是鋰金屬，正極不含鋰都可以。最后，全固態(tài)鋰電池電解質(zhì)的電壓窗口會更寬些，正極材料選擇范圍也就大，比能量也可以提高;此外，全固態(tài)鋰電池系統(tǒng)比能量高。由于電解質(zhì)無流動性，可以方便地通過內(nèi)串聯(lián)組成高電壓單體，利于電池系統(tǒng)成組效率和能量密度的提高。

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四大問題待解決，固態(tài)鋰離子電池發(fā)展可能性大

雖然擁有五大優(yōu)勢，全固態(tài)鋰電池也擁有四大問題。第一個問題就是固態(tài)電解質(zhì)材料的離子電導(dǎo)率偏低。歐陽教授表示，現(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)。聚合物電池現(xiàn)在在法國有些車上用，它的問題就是要加熱，電池要加熱到60度，離子電導(dǎo)率才上來，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)。

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第二個問題就是固/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，這是它很大的一個問題。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)定性問題。第三個問題是金屬鋰的可充性問題。在固態(tài)電解質(zhì)中，鋰表面同樣存在粉化和枝晶生長問題。其循環(huán)性，甚至安全性等還需要研究。此外，制造成本偏高也是其發(fā)展的一大問題。

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基于上述問題，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)出或者有突破的，有性能優(yōu)勢和產(chǎn)業(yè)化前景的，主要是固態(tài)鋰離子電池。

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美求突破，中日韓較保守，各國固態(tài)鋰電池區(qū)別化發(fā)展

那么，固態(tài)鋰離子電池跟全固態(tài)鋰電池有什么區(qū)別呢?歐陽教授表示，固態(tài)電池不一定是全都是固態(tài)電解質(zhì)，還有一點液態(tài)，是液態(tài)跟固態(tài)混合的，看混合的比是多大。而真正的固態(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)。

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歐陽教授對于固態(tài)鋰電池國內(nèi)外的發(fā)展動態(tài)進(jìn)行了詳盡的分析，他表示，現(xiàn)在固態(tài)鋰電池持續(xù)升溫，美國、歐洲、日本、韓國、中國都在投入。

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雖然都在發(fā)展同一個技術(shù)，但各個國家的心態(tài)卻不太一樣。例如美國，以小公司，創(chuàng)業(yè)型公司為主。歐陽教授指出，美國有兩家公司還是不錯的，都是初創(chuàng)公司，一個是S-akit3，續(xù)駛里程能到500公里，現(xiàn)在還處于初級階段。還有一個Solid—State，還有一家公司被寶馬等幾家大公司投資了。因此美國主要是小公司、創(chuàng)業(yè)公司干，立足于顛覆性技術(shù)。

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再來看中日韓為代表的亞洲國家，歐陽教授評價到：“日本基本上都是固態(tài)鋰離子電池，最著名的當(dāng)屬豐田，將在2022年實現(xiàn)其商品化。但其實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，電壓是十幾V的那種。2022年實現(xiàn)商品化，這個是靠譜的”。所以在日本，并沒有顛覆，還是鋰離子電池，正負(fù)極還可以用以前的。韓國在電池方面的發(fā)展與日本也是大同小異，也是石墨類負(fù)極，并不是金屬鋰負(fù)極。歐陽教授表示：“中、日、韓的發(fā)展情況是類似的，因為我們已經(jīng)有了很大的鋰離子電池的產(chǎn)業(yè)鏈，不希望推倒重來”。