固態(tài)電池是怎樣的技術(shù)?能否全面取代鋰電池？

這個問題其實要分開的兩部分回答，在討論它能不能取代目前最主流的鋰電池之前，我們應(yīng)該先弄清楚，什么是固態(tài)電池。顧名思義，固態(tài)電池也就是說電池內(nèi)部物質(zhì)不以液體或氣體的形式存在，而是全部為固體形式。目前市面上最為常見的鋰電池內(nèi)部組成部分包括正極、負(fù)極、隔膜、電解液、結(jié)構(gòu)殼體等，而其中要讓電流在電池內(nèi)部傳導(dǎo)主要依靠電解液。而固態(tài)電池則是把這里面的隔膜和電解液更換為固態(tài)的電解質(zhì)材料。這里需要注明，大家討論的固態(tài)電池其實大部分是全固態(tài)鋰離子電池和全固態(tài)金屬鋰電池，但由于固態(tài)電解質(zhì)與不同的新型高比能電極體系(如鋰硫體系、金屬-空氣體系等)具有廣泛適配性，所以固態(tài)電池也包括了全固態(tài)鋰硫電池等。對于電池行業(yè)來說，固態(tài)電池并不是一個陌生概念了。早在2012年蘋果公司就已經(jīng)開始了全固態(tài)電池技術(shù)的專利布局，隨后包括豐田在內(nèi)的一些知名廠商（查成交價|參配|優(yōu)惠政策）也在這個領(lǐng)域有所投入，去年底，電池行業(yè)的巨頭日立公司也表示已經(jīng)完成了固態(tài)電池的研發(fā)，在未來三年量產(chǎn)上市；而豐田則在研發(fā)它的首款采用固態(tài)電池的純電動汽車。大概明白了固態(tài)電池的技術(shù)原理之后，我們不妨分析一下，它在未來能否取代鋰電池，成為新一代的主流電池技術(shù)？必須指出的是，鋰電池雖然是目前最主流的技術(shù)之一，但它始終存在能量密度低、安全級別不高的問題。目前純電動汽車無法大范圍普及，最主要的一個原因是鋰電池的能量密度降低，制約了續(xù)航里程（查成交價|參配|優(yōu)惠政策）的提升，再者即便是大量使用了快充技術(shù)，鋰電池的充電時間也是有瓶頸的，無法徹底達(dá)到消費者的期許。而由于鋰電池采用的電解液傳導(dǎo)的架構(gòu)，存在造成短路引燃、離子濃度差增大電池內(nèi)阻、電極材料持續(xù)消耗等問題。另一方面，鋰離子電池在40 度以上的高溫下壽命會急劇縮短，安全性能受到極大影響，因此鋰離子電池的熱管理至關(guān)重要。比起鋰電池，固態(tài)電池似乎有著不可取代的優(yōu)勢。第一， 由于固態(tài)電池內(nèi)部所有材質(zhì)都由固態(tài)形式存在，穩(wěn)定性與安全性更好；第二，固態(tài)電池具更高的離子電導(dǎo)率和機(jī)械強(qiáng)度，因此可以實現(xiàn)更高的能量密度。固態(tài)電池的能量密度一般是鋰電池的兩倍，這直接決定了純電動汽車的續(xù)航里程，如果說目前鋰電池的純電動汽車?yán)m(xù)航瓶頸只在500公里左右，那么采用了固態(tài)電池的純電動汽車?yán)m(xù)航焦慮基本能徹底解決。比如美國菲斯科公司就曾經(jīng)公布了一項固態(tài)電池技術(shù)：續(xù)航804公里，充電只需要1分鐘。第三，固態(tài)電池由于可以做到更小更輕的體積，同時能夠根據(jù)需求調(diào)整電池的形狀，因此在純電動汽車的電池布局上可以做到更靈活，不至于侵占太多的車內(nèi)空間，車身重量的問題也能得到解決。這樣看來，固態(tài)電池已經(jīng)有了全面取代鋰電池的潛質(zhì)。不過，固態(tài)電池同樣有著繞不開的缺點：現(xiàn)階段固態(tài)電池的成本依然高昂，而且生產(chǎn)速度慢，由于目前固態(tài)電池仍在研發(fā)階段，大規(guī)模的商業(yè)化生產(chǎn)在短期內(nèi)難以實現(xiàn)。而更重要的是，雖然固態(tài)電池的充電時間將會比鋰電池縮減一倍，但由于固態(tài)電池的性能受溫度影響，常規(guī)狀態(tài)下難以實現(xiàn)快充功能。因此，可以認(rèn)為固態(tài)電池是未來電池技術(shù)發(fā)展的一個必然方向，但要全面取代鋰電池，還需一段長時間的努力和驗證。