固態(tài)電池能成為三元鋰電池的終結(jié)者嗎？
來源：寶鄂實業(yè)
2019-04-24 09:54
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花大手筆在固態(tài)電池上的不僅僅是大眾一家，去年底寶馬也提出與美國固態(tài)電池商Solid Power達成戰(zhàn)略合作，雖然未公布投資金額，但提出將會在技術(shù)共享的前提下加快固態(tài)電池的研發(fā)和產(chǎn)出。不久前，Solid Power公司又完成了A輪2000萬美元融資，前景一片大好。
其他科技巨頭也不甘落后。
比如今年3月份，包括三星、戴森等科技業(yè)巨頭集體向一家初創(chuàng)公司Ionic Materials投資6500萬美元，而這家公司只在固態(tài)電池方面有尚佳表現(xiàn)。美國戴森公司可能覺得這還不夠，大手筆的他們還計劃投資10億英鎊用于研究固態(tài)電池技術(shù)，早期他們還以9000萬美元收購了固態(tài)電池公司Sakti3。
傳統(tǒng)電池市場目前主要被松下、日本電氣（NEC）等日本公司，LG、三星等韓國公司，比亞迪、寧德時代等中國公司占據(jù)，但固態(tài)電池市場還有待開發(fā)。
這也讓一眾汽車企業(yè)和科技企業(yè)對此大為看好，畢竟大家都想要擺脫傳統(tǒng)豪強的束縛，不被扼住命運喉嚨的前提下，多從新能源市場分一杯羹。
固態(tài)電池是未來，三元鋰電池是現(xiàn)在
固態(tài)電池前景一片大好，但它對于我們來說卻還很陌生。
因為現(xiàn)在聽到最多的還是磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池，特別是后者市場需求非?；鸨?。比如特斯拉、寶馬i3都是配備的這類電池；國內(nèi)市場，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為它有著很高的能量密度，循環(huán)性能和一致性也要好于磷酸鐵鋰電池。舉例來說，特斯拉的三元鋰電池能量密度已經(jīng)達到330Wh/kg，這比還在100 Wh/kg波動而且上限很低的磷酸鐵鋰電池有明顯優(yōu)勢。
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）》報告看，304款新能源車型配備三元鋰電池的車型占比高達53%，首次對磷酸鐵鋰電池實現(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，比亞迪通過此方式減輕了73kg的重量，成效大大的。
不過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，而且因為會分解出氧分子，起火后很難控制，比如特斯拉今年以來發(fā)生的幾件起火事件，消防員都沒能及時將火勢制止，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)叵栏浅鰟恿?5位消防員和5部車輛才順利將火勢安全撲滅。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，不然車輛將不斷燃燒。
相比之下，磷酸鐵鋰電池的燃燒點高達700-800℃，而且不會分解出氧分子，安全性要高得多。正是基于安全性考慮，在中國，搭載三元鋰電池的客車一度無法進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力電池的電動大巴發(fā)生著火爆炸事件。經(jīng)中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會與工信部、中汽協(xié)等部門和機構(gòu)商定，特指商用車中的客車暫停使用三元材料動力鋰電池。這在當(dāng)時是很轟動的一件事。
所以除文章開頭我們提到的壟斷原因，固態(tài)電池還因為能量密度、安全性和體積等優(yōu)勢，在行業(yè)看來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，他們計劃于2020年起實現(xiàn)商業(yè)化，彼時，豐田會將全固態(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技術(shù)合作的吉利，未來或許還有機會趕上這波福利呢。
固態(tài)電池可以使用金屬鋰來做負極取代石墨負極，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。
在安全性上，固態(tài)電池也有明顯優(yōu)點?，F(xiàn)在的鋰離子電池基本都是“石墨做負極，中間液體電解質(zhì)，含鋰過渡金屬氧化物做正極”的模式。但由于使用了可燃的有機溶劑做電解質(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)生短路的時候，只會發(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)對比，三元鋰電池的基本結(jié)構(gòu)為正極、負極、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，會更小更輕。
比如特斯拉的85kWh電池組質(zhì)量達到了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。
不過固態(tài)電池仍然有亟待解決的問題。
不久前德國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)電池的充電時間也要1小時左右，但當(dāng)前的鋰電池充電時間也差不多。
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)視特斯拉為死對頭的Fisker在年初申請了一項“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（表面積是普通固態(tài)電池薄膜電極的25倍），只能說這還是轉(zhuǎn)載專利階段的一項技術(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，為什么大眾會特意指明“讓生產(chǎn)固態(tài)電池的技術(shù)達到產(chǎn)業(yè)標準”的原因之一。
比大眾更為謹慎的是博世。事實上上文提到的Seeo Inc公司在去年被大眾收購了。但博世在今年3月份就提到將放棄固態(tài)電池的量產(chǎn)計劃，重新投入到鋰離子電池技術(shù)的研發(fā)中。
按他們的說法，雖然仍會研發(fā)固態(tài)電池，但不會自行制造，因為投入量產(chǎn)固態(tài)電池的風(fēng)險太高了。
