詳解固態(tài)電池的技術(shù)路線以及技術(shù)瓶頸
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2020-01-10 15:06
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固態(tài)電池的技術(shù)路線
固態(tài)電池領(lǐng)域有不同的技術(shù)路線，固體電解質(zhì)可大致分為三類：無機(jī)電解質(zhì)、固態(tài)聚合物電解質(zhì)（SPE，Solid Polymer Electrolyte）、復(fù)合電解質(zhì)。目前較多業(yè)者投入研究的材料包括固態(tài)聚合物、硫化物（Sulfide）、氧化物（Oxide）、薄膜（Thin Film）等。像是戴森、蘋果各自收購的固態(tài)電池廠 Sakti3 和 Infinite Power Solutions，皆以薄膜為主，但制程復(fù)雜，量產(chǎn)難度高，先前市場傳出戴森、蘋果有意放棄，故現(xiàn)階段發(fā)展?fàn)顩r不太明朗，而豐田、松下（Panasonic）、三星、寶馬、寧德時(shí)代投入硫化物電解質(zhì)，輝能、索尼則是聚焦在氧化物。
蘋果從 2012 年就開始積極布局固態(tài)電池及充電技術(shù)的專利，2013 年收購了 Infinite Power Solutions。近兩三年汽車廠布局固態(tài)電池的消息大幅浮上臺(tái)面，像是豐田對外宣示將在 2022 年對外銷售搭載固態(tài)電池的電動(dòng)車。另外，大眾汽車（Volkswagen）投資了由《麻省理工科技評論》 TR35 青年創(chuàng)業(yè)家 Jagdeep Singh 參與創(chuàng)立的固態(tài)電池初創(chuàng)公司 QuantumScape，去年 6 月加碼投資，并取得 QuantumScape 一席董事，預(yù)計(jì)在 2025 年建立固態(tài)鋰電池產(chǎn)線。
而過去的電池大國日本，陸續(xù)舍棄掉鋰電池后，已經(jīng)將研究重點(diǎn)轉(zhuǎn)向固態(tài)電池，日本科學(xué)技術(shù)振興機(jī)構(gòu)（JST）、日本新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)開發(fā)機(jī)構(gòu) （NEDO）都積極推動(dòng)，這些動(dòng)態(tài)讓外界開始關(guān)注這項(xiàng)技術(shù)。
固態(tài)電池的技術(shù)瓶頸
目前，包括韓國三星、日本豐田和我國寧德時(shí)代在內(nèi)的眾多電池和汽車廠商，都加大了固態(tài)電池研發(fā)投入，已有部分電池進(jìn)入裝車測試階段。盡管前景可期，但由于技術(shù)和工藝上的種種問題，發(fā)展固態(tài)電池的道路絕非一帆風(fēng)順。
首先，高效的電解質(zhì)材料體系缺乏。目前固態(tài)電池材料發(fā)展很快，但綜合應(yīng)用較為欠缺。
作為固態(tài)電池的核心材料，目前在固體鋰離子導(dǎo)體的單一指標(biāo)上已有所突破，但綜合性能尚不能滿足大規(guī)模儲(chǔ)能需求?，F(xiàn)今固態(tài)電池采用的固態(tài)電解質(zhì)普遍存在性能短板，距離高性能鋰離子電池系統(tǒng)的要求仍有不小的差距。
1、固態(tài)電解質(zhì)和電極的界面處理也是固態(tài)電池目前面臨的一大難題。
在固體電解質(zhì)中鋰離子傳輸阻抗很大，與電極接觸的剛性界面接觸面積小，在充放電過程中電解質(zhì)體積的變化容易破壞界面的穩(wěn)定。
2、在固態(tài)鋰電池中，除了電解質(zhì)和電極之間的界面，電極內(nèi)部還存在復(fù)雜的多級界面，電化學(xué)以及形變等因素都會(huì)導(dǎo)致接觸失效影響電池性能。
再次，長期使用時(shí)穩(wěn)定性不理想也是長壽命儲(chǔ)能固態(tài)電池發(fā)展的瓶頸。固態(tài)電池在服役過程中結(jié)構(gòu)與界面會(huì)隨時(shí)間發(fā)生退化，但退化對電池綜合性能的影響機(jī)制尚不明確，難以實(shí)現(xiàn)長效應(yīng)用。
所以，構(gòu)建高性能固態(tài)電池需要從兩方面入手，一是構(gòu)建高性能的固態(tài)電解質(zhì)，二是提高界面的相容性和穩(wěn)定性。
從某種意義上講，汽車的演變歷史就是電池的進(jìn)化過程。若論起源，電動(dòng)汽車也已經(jīng)有了180多年的歷史，出現(xiàn)時(shí)間與燃油車不相上下。可鉛酸電池、鎳氫電池均未使電動(dòng)汽車的地位有所突破。直至磷酸鐵鋰電池、三元鋰電池的升級才使得部分消費(fèi)者逐步接受電動(dòng)汽車。
