輝能科技，一家臺(tái)灣的固態(tài)電池初創(chuàng)公司，近期高調(diào)宣傳將于2021年實(shí)現(xiàn)固態(tài)電池的量產(chǎn)。去年8月還與蔚來(lái)簽下合作備忘錄，為蔚來(lái)定制生產(chǎn)“MAB”固態(tài)電池包。比在固態(tài)電池領(lǐng)域深耕多年的豐田步子邁得還要大。
然而近期寧德時(shí)代的一位電池開(kāi)發(fā)負(fù)責(zé)人表示，寧德時(shí)代的全固態(tài)電池還在開(kāi)發(fā)中，也制作了樣品，但要實(shí)現(xiàn)商品化，恐怕要到2030年以后。
一邊是后期新秀的豪言壯志，一邊是鋰電巨頭的謹(jǐn)慎保守。被稱為下一代動(dòng)力電池的固態(tài)電池，到底明年就能量產(chǎn)，還是要等到10年后？
01 后起之秀“固態(tài)電池”
從1991年索尼公司將含有液態(tài)電解質(zhì)的鋰離子電池帶入電子設(shè)備的應(yīng)用至今，液態(tài)鋰電池已經(jīng)成為目前最為成熟、使用最廣泛的技術(shù)路線之一。它主要是由正極、負(fù)極、隔膜、電解液組成，鋰電子通過(guò)電解液在電池的正負(fù)極來(lái)回跑，從而完成充放電的過(guò)程。
固態(tài)電池的根本原理和液態(tài)鋰電池相似，但選用固體電解質(zhì)（鋰、鈉制成的玻璃化合物為傳導(dǎo)物質(zhì)）取代了隔膜和電解液。這個(gè)差別會(huì)帶來(lái)怎樣的差異？
首先是能量密度的提升。
由于能量密度提升主要受材料限制，科學(xué)界認(rèn)為鋰離子電池已經(jīng)接近極限了。2019年寧德時(shí)代和比亞迪推出的CTP技術(shù)和刀片電池技術(shù)都是在組成形態(tài)和系統(tǒng)等其他方面做文章。
事實(shí)上采用固態(tài)電解質(zhì)本身并不會(huì)直接提升電池的能量密度。
液態(tài)電解液與正負(fù)極材料可以全方位、包裹式接觸，接觸面積越大電阻值越小。由于接觸面不如液體，固態(tài)電池為了獲得較低的電阻，就需要更多的電解質(zhì)。
這樣一來(lái)，電池體積占比一般會(huì)高于使用液態(tài)電解質(zhì)的電池，如果其他不改變的話，能量密度反而會(huì)低于液態(tài)電解質(zhì)電池。
固態(tài)鋰電能量密度顯著提升的秘訣主要有兩：
（1）用鋰金屬作負(fù)極。
目前的鋰離子電池的負(fù)極，主要是用石墨制造，但石墨負(fù)極的容量上限僅為370Ah/g左右。為了增加石墨的容量，會(huì)給它加入一些硅，但這又容易引起電池鼓包。
鋰金屬的容量是石墨的三倍以上。為何現(xiàn)在的鋰電池不用鋰金屬呢？
因?yàn)橐坏┯媒饘黉嚠?dāng)負(fù)極，充電時(shí)，在鋰離子返回負(fù)極的過(guò)程中容易產(chǎn)生“枝晶”問(wèn)題。鋰離子會(huì)在鋰金屬表面“發(fā)芽”，小樹(shù)枝如果刺破隔膜就容易短路，然后著火。因此科研人員才選用了容量較低，但不容易讓鋰離子產(chǎn)生“枝晶”問(wèn)題的石墨作為負(fù)極。
如果電解液變成固態(tài)電解質(zhì)，鋰離子就失去了長(zhǎng)“小樹(shù)枝”的空間，完美解決了安全問(wèn)題。
打個(gè)比方，正負(fù)極這兩個(gè)大口袋裝的鋰離子越多，能量密度越大。如果傳統(tǒng)鋰電池像手提袋，那固態(tài)鋰電就是個(gè)麻布袋。
（2）正極材料的選擇變多。
電解質(zhì)相對(duì)于電解液的另一大優(yōu)勢(shì)就是，在更廣的電壓范圍內(nèi)，電解質(zhì)不會(huì)參與化學(xué)反應(yīng)，而是客客氣氣地讓鋰離子通過(guò)。這樣就可以選擇容量更大的正極材料或是選擇電壓差更高的正負(fù)極材料，以提升能量密度。
第二個(gè)差異是安全性的提升。
傳統(tǒng)鋰電池如果過(guò)充或遭到撞擊，抑或是隔膜質(zhì)量不好，就容易發(fā)生短路，繼而引起火災(zāi)。而固態(tài)電解質(zhì)具有不可燃、不腐蝕、不揮發(fā)、不漏液等優(yōu)勢(shì)，安全性能大大提升。如果將它應(yīng)用到電動(dòng)車上，就能省掉電池包外殼、冷卻等系統(tǒng)，可以節(jié)約空間、減輕重量，繼而提升電動(dòng)汽車的續(xù)航能力。
除此之外它還具有循環(huán)次數(shù)多、造型豐富、輕薄、柔化性能優(yōu)、體積小等優(yōu)點(diǎn)。
02 老鼠老虎傻傻分不清楚
這么一個(gè)神仙產(chǎn)品，到底何時(shí)能實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)？
實(shí)際上輝能和寧德時(shí)代或許說(shuō)的都沒(méi)錯(cuò)。但是仔細(xì)注意他們的用詞，前者用的是“固態(tài)電池”，后者用的是“全固態(tài)電池”。這兩個(gè)概念僅一字之差，卻有很大的差別。
“固態(tài)電池”不一定用的全都是固態(tài)電解質(zhì)，可能是液態(tài)跟固態(tài)混合的，不同產(chǎn)商的混合比例不同。
“全固態(tài)鋰電池”則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”，只有它才具有上述的所有優(yōu)點(diǎn)，其他的幾個(gè)技術(shù)方向只是在當(dāng)前的鋰離子電池的技術(shù)基礎(chǔ)上有所改進(jìn)。
目前市面上說(shuō)要量產(chǎn)的“固態(tài)電池”大多是“固態(tài)鋰離子電池”。這與上述的兩個(gè)概念化有什么異同？“固態(tài)鋰離子電池”的電解質(zhì)是固態(tài)，但在電芯中有少量的液態(tài)電解質(zhì)。姑且可以把它們看作往“全固態(tài)鋰電池”邁進(jìn)的腳注，而后者才是終極目標(biāo)。
所以市面上常說(shuō)的“固態(tài)電池”和“固態(tài)鋰離子電池”準(zhǔn)確地說(shuō)應(yīng)該統(tǒng)稱為“準(zhǔn)固態(tài)電池”，要么是固態(tài)電解質(zhì)、液態(tài)電解質(zhì)相混合，要么是電芯是固態(tài)和液態(tài)相混合的，具體的比例各家不同。
這種文字游戲讓大家有些傻傻分不清楚，一不小心就以為人類即將擁抱一項(xiàng)顛覆性的技術(shù)了。
關(guān)于固態(tài)電池各國(guó)的方向略有差異。美國(guó)，以小公司、創(chuàng)業(yè)型公司為主。此前較為有名的Sakit3已經(jīng)于2015年被英國(guó)的戴森（就是做吹風(fēng)機(jī)的那位）收購(gòu)。另一家是Soid State，同寶馬有合作。這幾家創(chuàng)業(yè)公司，立足于顛覆性技術(shù)，朝著“全固態(tài)電池”的方向沖擊。
中日韓則基本上選擇了更為穩(wěn)妥的“固態(tài)鋰離子電池”。深耕固態(tài)電池領(lǐng)域多年的豐田，計(jì)劃在2020年的東京奧運(yùn)會(huì)上推出商業(yè)化的產(chǎn)品，并計(jì)劃于2022年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。但是豐田采用的是石墨類負(fù)極、硫化物電解質(zhì)與高電壓正極的組合的方式。正負(fù)極并沒(méi)有太大變動(dòng)，只是將隔膜和電解液換成電解質(zhì)。
因此豐田做的也不是全固態(tài)鋰金屬電池，而是固態(tài)鋰離子電池。畢竟亞洲擁有最大、最全的鋰離子電池的產(chǎn)業(yè)鏈，不可能立即推倒重來(lái)。
總之，輝能的高調(diào)宣言或許不假，但是明年量產(chǎn)的只能是相對(duì)保守的固態(tài)鋰離子電池。而寧德時(shí)代目前潛心研制的“全固態(tài)電池”，還必須先攻克兩大難題：固體電解質(zhì)材料離子電導(dǎo)率偏低；和固體電解質(zhì)/電極間界面阻抗大，界面相容性較差，充放電過(guò)程中各材料的體積膨脹和收縮，導(dǎo)致界面容易分離。
一項(xiàng)顛覆性的技術(shù)，等上十年或許也是值得的！
文章來(lái)源：能見(jiàn)
