“目前新能源汽車大多使用的都是傳統(tǒng)的鋰離子電池，都含有液態(tài)有機電解質，不含液態(tài)電解質的固態(tài)電池優(yōu)勢很多。”中南大學化學化工學院教授劉洪濤在接受《中國汽車報》記者采訪時介紹，相較于目前使用的液態(tài)鋰電池，固態(tài)電池具有六大顯著優(yōu)勢。

1一是高安全性能，傳統(tǒng)鋰離子電池采用有機液體電解液，在過度充電、內部短路等異常的情況下，電池容易發(fā)熱，造成電解液氣脹、自燃甚至爆炸，存在嚴重的安全隱患。而很多無機固態(tài)電解質材料不可燃、無腐蝕、不揮發(fā)、不存在漏液問題，聚合物固體電解質相比于含有可燃溶劑的液態(tài)電解液，電池安全性也大幅提高。

2二是高能量密度，固態(tài)鋰電池負極可采用金屬鋰，電池能量密度有望達到300～400Wh/kg甚至更高，其電化學穩(wěn)定窗口可達5V以上，可匹配高電壓電極材料，進一步提升質量能量密度；沒有液態(tài)電解質和隔膜，減輕電池重量，壓縮電池內部空間，提高體積能量密度；安全性提高，電池外殼及冷卻系統(tǒng)模塊得到簡化，提高系統(tǒng)能量密度。

3三是循環(huán)壽命長，有望避免液態(tài)電解質在充放電過程中持續(xù)形成和生長SEI膜的問題和鋰枝晶刺穿隔膜問題，大大提升金屬鋰電池的循環(huán)性和使用壽命。

4四是工作溫度范圍寬，固態(tài)鋰電池針刺和高溫穩(wěn)定性極好，如全部采用無機固體電解質，最高操作溫度有望達到300℃，從而避免正負極材料在高溫下與電解液反應可能導致的熱失控。

5五是生產(chǎn)效率提高，無需封裝液體，支持串行疊加排列和雙極機構，可減少電池組中無效空間，提高生產(chǎn)效率。

6六是具備柔性優(yōu)勢，全固態(tài)鋰電池可以制備成薄膜電池和柔性電池，相對于柔性液態(tài)電解質鋰電池，封裝更為容易、安全，未來可應用于智能穿戴和可植入式醫(yī)療設備等。

“理論上具有優(yōu)勢，就一定能吸引更多的研發(fā)力量和投入，不斷解決其中存在的問題，這對于固態(tài)電池向新能源汽車應用靠近是有利的；但是固態(tài)電池在技術上仍有一些有待解決的問題，這也是固態(tài)電池實現(xiàn)應用的瓶頸。”吉林大學無機合成與制備化學國家重點實驗室教授、博士生導師袁宏明在接受《中國汽車報》記者采訪時表示，解決固態(tài)電池的應用技術問題是當務之急。如固體電解質材料離子電導率偏低；固體電解質、電極間界面阻抗大，界面相容性較差；材料在充放電過程中體積膨脹和收縮，導致界面容易分離；質量能量密度需進一步提升；體積能量密度需進一步提升、制備成本高等技術問題，都迫切需要研究突破。

記者在采訪中了解到，目前全球各大車企和電池廠商們使用的聚合物、氧化物、硫化物等固態(tài)電解質均存在這樣的問題。具體來說，聚合物耐溫性不夠，穩(wěn)定性較差、離子電導性偏低。氧化物抗阻能力比較強，但離子電導性也無法達到要求。硫化物雖然電導性不錯，又由于材料穩(wěn)定性不佳，導致離子傳輸性能欠缺。

事實上，往往一種全新研發(fā)的材料從實驗室走向市場應用層面，一般需要十年左右的時間。而液態(tài)鋰電池從上世紀70年代出現(xiàn)，直到20世紀末才投入應用。因此，固態(tài)電池技術要實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化尚需時日。

“從固態(tài)電池的研發(fā)和量產(chǎn)現(xiàn)狀來看，聚合物基的固態(tài)電池已經(jīng)有小批量裝車示范，但屬于實驗階段，有待解決的技術問題還不少。樂觀估計，嚴格按照車廠車型的開發(fā)流程，半固態(tài)電池實現(xiàn)批量上車預計還需要一定時間，真正的全固態(tài)電池批量裝車時間則還可能延后。”傅正文表示。

國際競爭正日趨激烈

“如今，固態(tài)電池技術正在成為世界范圍內的競爭熱點。”劉洪濤介紹，在世界范圍內，全球多家車企和電池廠家也發(fā)布了固態(tài)電池相關的研發(fā)進展。目前，豐田、松下、三星、三菱、寶馬、大眾、現(xiàn)代、戴森等企業(yè)均在加緊布局固態(tài)電池技術的儲備。

據(jù)介紹，為使鋰電池具有更高的能量密度和更好的安全性，國外鋰離子電池廠商和研究機構在固態(tài)鋰電方面開展了大量的研發(fā)工作。

日本更是將固態(tài)電池研發(fā)提升到國家戰(zhàn)略高度。2017年5月，日本經(jīng)濟省宣布出資16億日元，聯(lián)合豐田、本田、日產(chǎn)、松下、GS湯淺、東麗、旭化成、三井化學、三菱化學等頂級產(chǎn)業(yè)鏈力量，共同研發(fā)固態(tài)電池，希望以成熟的固態(tài)電池技術在2030年實現(xiàn)800公里續(xù)駛目標。

法國Bollore公司的EV“Bluecar”配備其子公司Batscap生產(chǎn)的30kwh金屬鋰聚合物電池，采用Li-PEO-LFP材料體系，巴黎汽車共享服務“Autolib”使用了約2900輛Bluecar，這是世界上首次用于電動汽車的商業(yè)化全固態(tài)電池。豐田開發(fā)出全固態(tài)鋰離子電池，能量密度為400Wh/kg，計劃在2020年實現(xiàn)商業(yè)化;松下的最新固態(tài)電池能量密度相對提高了3～4倍；德國KOLIBRI電池應用于奧迪A1純電動汽車，目前尚未商業(yè)化應用。

韓國也不甘落后，目前，三星SDI、LG化學等都投入到固態(tài)電池的研發(fā)之中。據(jù)外媒報道，三星Note7手機電池起火嚴重影響了品牌形象，這促使三星加大了固態(tài)電池的研發(fā)力度。據(jù)了解，三星的固態(tài)電池可能最初應用于手機上，下一步將開發(fā)車用動力固態(tài)電池。此外，LG化學也在研究固態(tài)電池，據(jù)稱技術水平與三星不相上下。

此外，三菱、寶馬、現(xiàn)代、戴森等數(shù)家企業(yè)也都通過獨自研發(fā)或組合并購等方式加緊布局固態(tài)電池的儲備研發(fā)。豐田宣布與松下合作研發(fā)固態(tài)電池；寶馬宣布與SolidPower公司合作研發(fā)固態(tài)鋰電池；博世與日本著名的GSYUASA（湯淺）電池公司及三菱重工共同建立了新工廠，主攻固態(tài)陽極鋰離子電池；本田與日立造船建立的機構已研發(fā)出Ah級電池，預計三年后量產(chǎn)。

我國對固態(tài)鋰電的基礎研究起步較早。在“六五”和“七五”期間，中科院就將固態(tài)鋰電和快離子導體列為重點課題，目前5支研發(fā)團隊分別取得了不同進展。此外，北京大學、中國電子科技集團天津18所等院所也立項進行了固態(tài)鋰電電解質的研究。

2017年3月，工信部等四部委印發(fā)的《促進汽車動力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動方案》提出，積極推動鋰硫電池、金屬空氣電池、固態(tài)電池等新體系電池的研究和工程化開發(fā)，2020年單體電池比能量達到400Wh/kg以上、2025年達到500Wh/kg。

目前，國內固態(tài)電池技術的研究已經(jīng)取得不小進步。中科院化學所郭玉國團隊的聚醚-丙烯酸酯新型雙功能聚合物電解質，可用于室溫固態(tài)金屬鋰電池；中科院寧波材料所許曉雄團隊研發(fā)的無機陶瓷固態(tài)電池正與贛峰鋰業(yè)合作嘗試產(chǎn)業(yè)化；中科院青島生物能源所崔光磊團隊研發(fā)的固態(tài)電池已用于蛟龍?zhí)柹顫撈?，完成了太平洋馬里亞納海溝的測試；中科院上海硅酸鹽研究所郭向欣團隊研發(fā)出了2Ah級固態(tài)鋰離子電池；中科院物理所李泓團隊推出了10Ah軟包電芯固態(tài)電池。

近日，中國科學研究院宣布，由該院牽頭承擔的納米先導專項“全固態(tài)電池”課題已經(jīng)通過驗收，這一技術進步將進一步推動國內全固態(tài)鋰電池的規(guī)模化使用。此消息一出，再一次將固態(tài)電池的關注熱度推上“高潮”。

國內在進行固態(tài)鋰電開發(fā)的企業(yè)包括CATL、國珈星際（珈偉股份）、江蘇清陶能源、臺灣輝能、中航鋰電等。CATL以硫化物電解質為主要研發(fā)方向，采用正極包覆解決正極材料與固態(tài)電解質的界面反應問題，目前聚合物鋰金屬固態(tài)電池循環(huán)達到300次以上，容量保持率達82％。清陶能源研發(fā)高固含量的全陶瓷隔膜和無機固體電解質，目前已與北汽開展合作進行中試。國珈星際采用材料基因組技術，通過高通量測試技術確定聚合物固態(tài)電解質的最佳組成。此外，如贛鋒鋰業(yè)、比亞迪、萬向123等也都宣布布局固態(tài)電池領域，但大部分企業(yè)仍處于“理論研發(fā)”階段。

此次在上海車展上與天際汽車簽約的輝能科技，深耕固態(tài)氧化物路線多年，2012年，輝能科技推出了世界上第一款固態(tài)鋰陶瓷電池，解決了困擾業(yè)界已久的固態(tài)電池安全和性能兩大核心問題。2013年起陸續(xù)推出3款固態(tài)鋰電池產(chǎn)品FLCB、PLCB和BLCB，并依次實現(xiàn)商業(yè)化量產(chǎn)。截至2018年11月底，輝能科技已經(jīng)在全球擁有129件相關專利及83件專利申請，范圍涵蓋中國、美國、歐盟、英國、日本和韓國等。