固態(tài)鋰電采用固態(tài)電解質(zhì)以后，一方面可以提升電池的電壓平臺(tái)，進(jìn)一步提升電池的能量密度;另一方面，在固-固反應(yīng)中減少了氣體的排放，提升了電池的安全性能。

 

　　盡管固態(tài)鋰電池相較于目前主流電池體系好處多多，但固態(tài)鋰電池技術(shù)的研發(fā)也并非一帆風(fēng)順。妙盛動(dòng)力科技有限公司董事長(zhǎng)邱則有日前在接受電池中國(guó)網(wǎng)采訪時(shí)表示，全固態(tài)鋰電池功率密度偏低、界面阻抗過(guò)大、循環(huán)次數(shù)低等技術(shù)難點(diǎn)一直未取得關(guān)鍵性突破，短期內(nèi)很難快速產(chǎn)業(yè)化。但邱則有認(rèn)為，半固態(tài)鋰電池在技術(shù)上相對(duì)較易實(shí)現(xiàn)，目前該公司已在探索。

 

　　持上述觀點(diǎn)的業(yè)內(nèi)人士不在少數(shù)。日產(chǎn)研究與先進(jìn)工程高級(jí)副總裁淺見(jiàn)孝雄曾表態(tài)稱，盡管全固態(tài)電池在實(shí)驗(yàn)室里確實(shí)表現(xiàn)不凡，但如果將其做大并放入汽車中，在續(xù)駛里程、安全和成本方面仍無(wú)法得到保障，技術(shù)上還需要更多突破。他認(rèn)為，到2025年前，全固態(tài)電池技術(shù)還無(wú)法完善地應(yīng)用在電動(dòng)汽車上，其中的障礙包括成本和生產(chǎn)難度等。

 

　　“固體能源系統(tǒng)公司”創(chuàng)始人胡啟超也表示，很多人試圖找到百分之百完美的固態(tài)電池技術(shù)，但短期內(nèi)有很多技術(shù)瓶頸難以攻克，“所以我們認(rèn)為，半固態(tài)電池方案更好”。

 

　　江西贛鋒鋰業(yè)股份有限公司董事長(zhǎng)李良彬認(rèn)為，固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)化將會(huì)分為幾個(gè)階段，不會(huì)一蹴而就。“我們今年計(jì)劃在寧波建一個(gè)0.2-0.3GWh的中試生產(chǎn)線，產(chǎn)品與現(xiàn)在鋰離子電池仍有很多相似之處，區(qū)別在于在隔膜上涂了一層固態(tài)電解質(zhì)，我們稱之為第一代產(chǎn)品。”李良彬進(jìn)一步補(bǔ)充道：“未來(lái)我們還會(huì)有第二代、第三代固態(tài)電池產(chǎn)品，到第三代應(yīng)該就是真正的固態(tài)鋰電池，采用固態(tài)電解質(zhì)，負(fù)極用金屬鋰，正極可能用811。”

 

　　下一代鋰電技術(shù)引全球企業(yè)角逐

 

　　固態(tài)鋰電池產(chǎn)業(yè)化過(guò)程注定要像三元鋰電池技術(shù)路線一樣，需要技術(shù)上的不斷突破，需要成本上的大幅下降，方能逐步走出實(shí)驗(yàn)室，廣泛應(yīng)用于新能源汽車上。但作為下一代電池代表的技術(shù)方向，固態(tài)鋰電池有望大幅提升新能源電動(dòng)汽車的續(xù)航里程，真正推動(dòng)電動(dòng)汽車大規(guī)模普及應(yīng)用，多個(gè)國(guó)家都在抓緊技術(shù)研發(fā)布局，力爭(zhēng)在未來(lái)鋰電競(jìng)爭(zhēng)中搶得先機(jī)。6月15日，日本國(guó)立研究機(jī)構(gòu)——新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)(NEDO)在東京召開(kāi)新聞發(fā)布會(huì)，宣布啟動(dòng)第二階段固態(tài)鋰離子電池研發(fā)項(xiàng)目，并為此斥資100億日元，成員包括23家整車及電池、材料廠商，另外還有15家大學(xué)及公共研究機(jī)構(gòu)。而此前，日本鋰離子電池技術(shù)與評(píng)估中心財(cái)團(tuán)從日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省那里獲得了1400萬(wàn)美元的資金支持，最終目標(biāo)是在2030年之前共同研發(fā)出一種能夠支持800公里續(xù)航里程的電池。對(duì)此，中國(guó)電動(dòng)汽車百人會(huì)理事長(zhǎng)陳清泰表示，鋰電池領(lǐng)域日本企業(yè)被中國(guó)企業(yè)趕超，這一新項(xiàng)目日方將舉全日本之力推進(jìn)研發(fā)，力爭(zhēng)奪回電池產(chǎn)業(yè)的霸權(quán)。同時(shí)陳清泰還認(rèn)為，這種競(jìng)爭(zhēng)會(huì)激勵(lì)中國(guó)企業(yè)加倍努力。

 

　　不只是日本，在固態(tài)電池領(lǐng)域，中韓及歐美等國(guó)家和地區(qū)也在發(fā)動(dòng)攻勢(shì)。中國(guó)方面，中科院青島能源所、中科院寧波材料所、寧德時(shí)代、中航鋰電、比亞迪、贛鋒鋰業(yè)等多家研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)都已開(kāi)始固態(tài)電池的研發(fā)工作。德國(guó)的奔馳、寶馬，韓國(guó)的三星SDI、現(xiàn)代等多個(gè)國(guó)家的企業(yè)都在該領(lǐng)域布局。隨著動(dòng)力電池能量密度的不斷提升，傳統(tǒng)的三元材料NCM622逐漸無(wú)法滿足高能量密度動(dòng)力電池的設(shè)計(jì)需求，因此Ni含量更高的NCM811材料的應(yīng)用逐漸普及，我們知道在三元材料NCM和NCA材料中Ni的含量直接決定了材料的可逆容量，這主要是因?yàn)樵诔浞烹娺^(guò)程中Ni有兩個(gè)價(jià)態(tài)變化：Ni2+／Ni3+，以及Ni3+／Ni4+，因此當(dāng)Ni的含量達(dá)到0.8時(shí)NCM材料的可逆容量能夠達(dá)到190-200mAh/g，基本滿足300Wh/kg高比能電池的設(shè)計(jì)需求。然而人們對(duì)高比能動(dòng)力電池的追求是永無(wú)止境的，例如美國(guó)提出的“Battery 500”計(jì)劃，就是要開(kāi)發(fā)出能量密度達(dá)到500Wh/kg以上的下一代鋰離子電池，因此人們也在不斷的對(duì)容量更高的正極材料進(jìn)行研究，例如推出Ni含量達(dá)到0.9的NCA和NCM，以及NCMA材料【1】，使得正極材料的可逆容量達(dá)到220mAh/g以上。

 

 

 

然而，通過(guò)提高Ni含量提高正極材料的容量方法并不能夠徹底解決正極材料容量偏低的問(wèn)題，這主要是因?yàn)殡S著Ni含量的增加，會(huì)導(dǎo)致高Ni材料的穩(wěn)定性變差：一方面高氧化性的Ni4+會(huì)引起正極／電解液界面的穩(wěn)定性降低，引起電解液的氧化分解；另一方面Ni含量的提高還會(huì)造成材料自身的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性變差，導(dǎo)致材料的循環(huán)性能加速衰降，這些因素都限制了三元材料中的Ni繼續(xù)提高。

 

 

 

由于上述因素的限制，目前高鎳材料可逆容量的提升已經(jīng)逐漸進(jìn)入了一個(gè)瓶頸期，那么繼續(xù)提升正極材料可逆容量的路在何方呢？要解答這個(gè)問(wèn)題我們就首先需要了解鋰離子電池的工作原理，我們知道在鋰離子電池充電的過(guò)程中Li+會(huì)從正極脫出，經(jīng)過(guò)電解液擴(kuò)散后到達(dá)負(fù)極表面，嵌入到石墨負(fù)極之中，為了維持電荷的中性環(huán)境，因此正極還要給出一個(gè)電子，經(jīng)過(guò)外電路到達(dá)負(fù)極的表面，而如何給出這個(gè)電子恰恰是影響正極材料容量的關(guān)鍵。通常正極材料中的過(guò)渡金屬元素對(duì)外層電子的束縛較弱，因此更容易給出電子，例如NCM材料中的Ni元素從Ni3+轉(zhuǎn)變?yōu)镹i4+就是由于充電的過(guò)程中Ni元素提供了一個(gè)電子，過(guò)渡金屬元素提供電子的好處是可逆性強(qiáng)，因此材料的循環(huán)性能通常也比較優(yōu)良。但是，過(guò)渡金屬元素提供電子也存在一個(gè)嚴(yán)重短板——過(guò)渡金屬元素原子序數(shù)通常比較大，因此也就導(dǎo)致正極材料的比容量通常比較低。