一文看懂固态电池的发展现状

“如果能量密度进一步提高，大于500瓦时/公斤的话，从现在开始就要考虑固态锂电池，以及锂空气电池、锂硫电池等新的电化学体系探索研究”，中国工程院院士陈立泉在谈到电池的未来发展时表示。电动汽车产业中长期发展需要进行技术储备，固态电池有望成为我国下一代车用动力电池的重要技术路线。

未来的技术路线为何会是固态电池?

当今占据技术主流的是锂离子电池，但是从长期来看，固态电池或许更能满足人们对高能量和高安全性的现实需求。

工作原理上，固态锂电池和传统的锂电池并无区别。传统的液态锂电池被称为“摇椅式电池”，摇椅的两端为电池的正负两极，中间为液态电解质。锂离子像一个运动员，在摇椅两端来回奔跑，锂离子从正极到负极再到正极的运动过程中，电池的充放电过程就完成了。而固态电池只不过其电解质为固态，具有的密度以及结构可以让更多带电离子聚集在一端，传导更大的电流，进而提升电池容量。

固态电池有很多优势，发展前景值得期待。其中，两个最明显的优势就是能量密度更高，运行更安全。使用了全固态电解质后，锂离子电池可以不必使用嵌锂的石墨负极，而是直接使用金属锂来做负极，这样可以大大减轻负极材料的用量，使得整个电池的能量密度有明显提高。现在许多实验室中，都已经可以小规模批量试制出能量密度为300-400Wh/kg的全固态电池。固态电池在大电流下工作不会因出现锂枝晶而刺破隔膜导致短路，不会在高温下发生副反应，不会因产生气体而发生燃烧，因此，安全性被认为是固态电池发展的最根本驱动力之一。

然而，固态电池也有缺点。固态电解质电导率总体偏低导致了其倍率性能整体偏低，内阻较大，充电速度慢，且成本总体偏高，现在的固态电池如果要和普通锂离子电池在传统市场上竞争，并没有太大的优势。因此，发挥固态电池本身高安全性、高温稳定性、可能达到的柔性等其它多功能特性，与传统锂离子电池在差异化的市场中进行竞争，可能是固态电池近期内比较有希望的市场突破方向。

固态电池的研发现状

在材料方面，中国科学院宁波材料技术与工程研究所、中国科学院上海硅酸盐研究所为代表的团队，已经开发了一系列的氧化物和硫化物的粉体、陶瓷片等，已经开始对社会提供样品和供货。

中科院化学研究所在双功能聚合物电解质相关研究中，成功开发出新型双功能聚合物电解质，并实现紫外光固化技术制备，其实现的高室温离子电导率和机械强度，可用于室温固态金属锂电池。

中科院青岛生物能源与过程研究所在高能量密度固态电池研究中取得进展，针对固态电池发展中固固界面阻抗过大的瓶颈问题，研究成员创造性地提出“原位自形成固态电解质”的解决方案，有效降低界面阻抗和提升电池综合性能。目前中科院青岛能源所已开发出6Ah大容量三元固态锂电池，具有能量密度高、循环寿命长、安全性能佳等优势。2017年1月15日，该所研发的固态锂电池随中科院深海所的深潜器出海，启程远赴马里亚纳海沟进行全海深示范应用，这是我国首个自主研发可应用于深潜器的高能量密度、高性能全固态锂电池。

此外，由清华大学南策文院士团队创建的清陶(昆山)能源发展有限公司也是国内较早开展全固态锂电池技术研发的团队之一。南策文院士表示：“清陶发展把实现全固态电池的产业化定为2017年的首要任务，将重点解决材料匹配、装备升级、产品一致性等核心问题，力争于2017年9月推出第一批全固态锂电池产品。”

企业的固态电池布局

电池中国网发现，丰田、松下、三星、三菱以及国内的宁德时代等电池行业领军企业都已经积极布局固态电池的储备研发。

相对而言，技术成熟度较高、技术沉淀较深的当属法国的Bolloré、美国Sakti3和日本丰田。这三家也分别代表了以聚合物、氧化物和硫化物三大固态电解质的典型技术开发方向。在欧洲比较出名的Bolloré，采用的是聚合物电解质体系，三星采用的则是硫化物电解质体系。英国富豪詹姆斯-戴森(James Dyson) 在2015 年公司收购了固态电池企业 Sakti3 ，2016年8月，戴森表示，将出资 14 亿美元兴建一座电池工厂。德国汽车零部件巨头博世(BOSCH)，2015年收购美国电池公司“Seeo”。博世和Seeo然后与日本著名的GS YUASA(汤浅)电池公司和三菱重工共同建立了新工厂，主攻固态阳极锂离子电池。

2016年12月17日，宁德时代研发经理郭永胜在“第七届全球新能源汽车大会(GNEV7)”上介绍了公司固态锂金属电池的研发进程，他表示，宁德时代在做固态电池之前对全球做固态电池的企业做了调研，目前该项目还处于早期阶段。宁德时代在研发过程中，也在关注固态电池的制造问题，固态电池整个制造工艺跟传统的锂离子的制造工艺不同，需要新的设备，新的工艺，所以宁德时代也同时进行工艺的研发。

从整体来看，固态电池现在的制备技术成熟度还有待加强，能形成规模产能的企业有限，技术规模化扩产需要克服的困难还有很多，仍处于推广发展期。但可以预期的是，随着研发和工业技术的不断发展，全固态电池中的科学和工艺上的问题会逐渐得到缓解，在未来几年，固态电池产品的市场会迎来蓬勃发展的机遇。