固態(tài)電池你了解多少，固態(tài)電池能成為三元鋰電池的終結(jié)者嗎？
來(lái)源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-04-13 13:19
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傳統(tǒng)電池市場(chǎng)目前主要被松下、日本電氣（NEC）等日本公司，LG、三星等韓國(guó)公司，比亞迪、寧德時(shí)代等中國(guó)公司占據(jù)，但固態(tài)電池市場(chǎng)還有待開發(fā)。
這也讓一眾汽車企業(yè)和科技企業(yè)對(duì)此大為看好，畢竟大家都想要擺脫傳統(tǒng)豪強(qiáng)的束縛，不被扼住命運(yùn)喉嚨的前提下，多從新能源市場(chǎng)分一杯羹。
固態(tài)電池是未來(lái)，三元鋰電池是現(xiàn)在
固態(tài)電池前景一片大好，但它對(duì)于我們來(lái)說(shuō)卻還很陌生。
因?yàn)楝F(xiàn)在聽到最多的還是磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池，特別是后者市場(chǎng)需求非?；鸨１热缣厮估?、寶馬i3都是配備的這類電池；國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，像江淮、比亞迪、北汽等廠家也開始將旗下原本使用磷酸鐵鋰電池的車型換裝三元鋰電池。
三元鋰電池之所以如此火爆是因?yàn)樗兄芨叩哪芰棵芏龋h(huán)性能和一致性也要好于磷酸鐵鋰電池。舉例來(lái)說(shuō)，特斯拉的三元鋰電池能量密度已經(jīng)達(dá)到330Wh/kg，這比還在100 Wh/kg波動(dòng)而且上限很低的磷酸鐵鋰電池有明顯優(yōu)勢(shì)。
從今年4月份工信部公布的《新能源汽車推廣應(yīng)用推薦車型目錄（2018年第3批）》報(bào)告看，304款新能源車型配備三元鋰電池的車型占比高達(dá)53%，首次對(duì)磷酸鐵鋰電池實(shí)現(xiàn)反超（后者為36%），大有“改朝換代”的意思。
另外，三元鋰電池在輕量化方面也要好于磷酸鐵鋰電池。
以比亞迪E5為例，磷酸鐵鋰電池版本電池容量為52kWh，重量517kg，續(xù)航350公里。換裝后的三元鋰電池電池容量達(dá)到61kWh，重量反倒降低至444kg，續(xù)航也升至400公里。你看，現(xiàn)如今各大廠家都在和輕量化死磕，比亞迪通過(guò)此方式減輕了73kg的重量，成效大大的。
不過(guò)三元鋰電池也并非完物，比如它的安全性就一直受到質(zhì)疑。特別是三元鋰電池?zé)岱€(wěn)定性較差，燃燒溫度在300℃以下，而且因?yàn)闀?huì)分解出氧分子，起火后很難控制，比如特斯拉今年以來(lái)發(fā)生的幾件起火事件，消防員都沒能及時(shí)將火勢(shì)制止，就是三元鋰電池的“鍋”了。
去年在奧地利發(fā)生的Tesla Model S撞擊起火事故，當(dāng)?shù)叵栏浅鰟?dòng)了35位消防員和5部車輛才順利將火勢(shì)安全撲滅。據(jù)消防員稱，必須將 Tesla Model S的高性能電池組電線切除后，才能順利控制火勢(shì)，不然車輛將不斷燃燒。
相比之下，磷酸鐵鋰電池的燃燒點(diǎn)高達(dá)700-800℃，而且不會(huì)分解出氧分子，安全性要高得多。正是基于安全性考慮，在中國(guó)，搭載三元鋰電池的客車一度無(wú)法進(jìn)入工信部新能源汽車推薦車型目錄。
2016年，源于2015年12月份香港發(fā)生的一起采用三元材料動(dòng)力電池的電動(dòng)大巴發(fā)生著火爆炸事件。經(jīng)中國(guó)化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)與工信部、中汽協(xié)等部門和機(jī)構(gòu)商定，特指商用車中的客車暫停使用三元材料動(dòng)力鋰電池。這在當(dāng)時(shí)是很轟動(dòng)的一件事。
所以除文章開頭我們提到的壟斷原因，固態(tài)電池還因?yàn)槟芰棵芏?、安全性和體積等優(yōu)勢(shì)，在行業(yè)看來(lái)是非常有前景的一類電池產(chǎn)品。
固態(tài)電池真有這么神奇？
日期，豐田公布了全固態(tài)電池的框架，作為松下的親密合作伙伴，他們計(jì)劃于2020年起實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，彼時(shí)，豐田會(huì)將全固態(tài)電池的功率密度提高至400Wh/L，這比現(xiàn)今傲視群雄的特斯拉還要雄壯威武！剛剛宣布與豐田就混動(dòng)技術(shù)合作的吉利，未來(lái)或許還有機(jī)會(huì)趕上這波福利呢。
固態(tài)電池可以使用金屬鋰來(lái)做負(fù)極取代石墨負(fù)極，而金屬鋰的容量是石墨容量的10倍，這就是固態(tài)電池神奇的玄機(jī)。
在安全性上，固態(tài)電池也有明顯優(yōu)點(diǎn)?，F(xiàn)在的鋰離子電池基本都是“石墨做負(fù)極，中間液體電解質(zhì)，含鋰過(guò)渡金屬氧化物做正極”的模式。但由于使用了可燃的有機(jī)溶劑做電解質(zhì)，安全性一直不穩(wěn)定。相比之下，固態(tài)電池由于中間的電解質(zhì)是固態(tài)，局部發(fā)生短路的時(shí)候，只會(huì)發(fā)生聚合物熔化，而且熔化以后可成為絕緣體，所以不存在燃燒、泄露和爆炸等問題了。
在輕量化上，固態(tài)電池也是一把好手。單就電池結(jié)構(gòu)對(duì)比，三元鋰電池的基本結(jié)構(gòu)為正極、負(fù)極、電解液、隔膜與結(jié)構(gòu)殼體等。而固態(tài)電池則省去了其中的隔膜和電解液等，會(huì)更小更輕。
比如特斯拉的85kWh電池組質(zhì)量達(dá)到了900kg，而Seeo Inc公司生產(chǎn)的相同容量的電池組重量只有323kg。 另外他們還展示過(guò)一款50kWh，重量為190kg的電池產(chǎn)品，相當(dāng)有誘惑力。
比亞迪E5磷酸鐵鋰電池版本重量為517kg，而Seeo Inc則為150kg，差距太明顯了。
不過(guò)固態(tài)電池仍然有亟待解決的問題。
不久前德國(guó)能源與氣候研究院發(fā)布研究論文稱，固態(tài)電池的充電效率并不比當(dāng)前的鋰電池高很多，在同能量密度下，固態(tài)電池的充電時(shí)間也要1小時(shí)左右，但當(dāng)前的鋰電池充電時(shí)間也差不多。
另外在電池壽命方面，固態(tài)電池在完整充放電500次之后還能保持84%的使用壽命，數(shù)據(jù)同樣與當(dāng)前的電池技術(shù)基本相符。
雖然曾經(jīng)視特斯拉為死對(duì)頭的Fisker在年初申請(qǐng)了一項(xiàng)“充電1分鐘，續(xù)航800公里”的固態(tài)電池專利，但他們可是采用了三維電極設(shè)計(jì)（表面積是普通固態(tài)電池薄膜電極的25倍），只能說(shuō)這還是轉(zhuǎn)載專利階段的一項(xiàng)技術(shù)而已。
除此外，由于固-固界面相容性等一系列科學(xué)問題亟待解決，以及固體電解質(zhì)規(guī)模制備技術(shù)不成熟等原因，至今尚未有商業(yè)化的高能量密度固態(tài)電池問世。這也是開頭提到的，為什么大眾會(huì)特意指明“讓生產(chǎn)固態(tài)電池的技術(shù)達(dá)到產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)”的原因之一。
比大眾更為謹(jǐn)慎的是博世。事實(shí)上上文提到的Seeo Inc公司在去年被大眾收購(gòu)了。但博世在今年3月份就提到將放棄固態(tài)電池的量產(chǎn)計(jì)劃，重新投入到鋰離子電池技術(shù)的研發(fā)中。
按他們的說(shuō)法，雖然仍會(huì)研發(fā)固態(tài)電池，但不會(huì)自行制造，因?yàn)橥度肓慨a(chǎn)固態(tài)電池的風(fēng)險(xiǎn)太高了。
如果說(shuō)磷酸鐵鋰電池是“以前”（當(dāng)然它現(xiàn)在的市場(chǎng)份額依然很大），三元鋰電池是“現(xiàn)在”，那么固態(tài)電池就是“未來(lái)”。
現(xiàn)如今汽車市場(chǎng)講究概念先行，賣了不到兩千輛的蔚來(lái)汽車市值都能超過(guò)長(zhǎng)城汽車，特斯拉市值更能跑在通用汽車的前頭，誰(shuí)都說(shuō)不好下一波富翁會(huì)出現(xiàn)在哪里。泡沫也好，實(shí)力所然也好，固態(tài)電池我們多少還是應(yīng)該關(guān)注下，你說(shuō)是吧！
