^ 固态锂离子电池基础

对固态锂离子电池，有两个冷知识：

 

第一，丰田曾在2017年7月宣布固态电池开发计划，计划2022年实现固态离的电池商业化。跟这次宣布的时间一对比，明显推迟了3-5年。到2025年，还会不会接着“鸽”，个人认为概率还挺大的。限制的因素至少包括工艺性问题、批量生产设备不足、成本高企等。

 

第二，日本正在举全国之力，联合丰田，松下等公司和高校发展固态电池。日本的固态电池研发投入时间较早，从上世纪90年代后就已经开始布局硫化物固态电池的研发。

 

日本的锂离子电池技术本来就先进，所以对日本的固态电池发展战略应当重视。因为从性能上看，固态电池量产以后绝对会成为液态锂离子电池的克星。

丰田中国官网展示的固态电池

目前电动汽车上使用的电池是液态锂离子电池。顾名思义，液态锂离子电池的电解质为液态。液态锂离子电池有许多众所周知的缺点：能量密度低、循环寿命差、温度敏感性高、安全性差等问题。

液态锂离子电池最大的危险是发生热失控，图为热失控的发生过程

而固态电池，几乎解决了当前锂离子电池的所有缺点，堪称液态锂离子电池的完美替换方案。

 

固态电池，顾名思义是将液态电解质替换为固态电解质。

 

固态电解质有以下三个优点：

 

不泄露、易封装、工作温度范围宽，具有更高的安全性和易操作性；

固态电解质具有较高的电化学稳定窗口，可与高电压的电极材料配合使用，提高电池的能量密度；

固态电解质具有高机械强度，可以在电池循环过程中有效抑制锂枝晶的刺穿，使具有高理论能量密度的金属锂作为负极材料成为可能。

 

推广到固态电池上，固态电池有这些优点：

 

安全性高。

充放电能力强。可以实现5c快速充电（12min充满）。

能量密度高。电芯设计时不用妥协于安全性，所以电芯能量密度超过液态锂离子电池。液态锂离子电池理论最高密度300wh/kg。固态电池可以达到500wh/kg以上。

使用寿命长。

工作温度宽。

 

但是固态电池目前仅停留在实验室或者小规模试制阶段。影响量产的主要问题包括，电池的离子电导率低、界面阻抗大(固固界面接触不良)、工艺不成熟、批量生产设备成本高等。

 

目前硫化物固态电解质是离子导电率比较高的。

 

其中最大的问题是批量生产工艺与设备不够。

 

根据固态电池厂商辉能科技的材料，固态电池大规模量产必须经过三个阶段：基础技术开发、产品商业化、产品产业化。

按照丰田的说法，2025年实现小规模量产，才能达到上图所示的“中试线”阶段，届时产品的全线良率，产品一致性，寿命保证等指标怎样，不得而知。现阶段保守估计，还不到上图的产品商业化阶段。

 

国内的机构、企业也在投入大量精力发展固态电池，根据公开材料，目前应该和丰田差不多的进度。中国做固态电池比较领先的企业包括台湾辉能、江苏清陶、北京卫蓝、赣锋锂业等。它们四家的固态电池离产业化比较接近，已经建成至少是中试规模的实验线，并且已经有固态电池成本应用在无人机上，开始商用。

 

上汽集团也早就开始在固态电池领域投入研发。国内电池龙头宁德时代等，也投入了对固态电池的研究。

 

小结

 

1.固态电池距离产业化还有3-5年时间。

 

2.中国企业也有大量资源投入固态电池研发。根据公开材料，也有望在3-5年内实现产业化。

 

3.对日本的固态电池战略，我们应当引起重视。国家层面应该加快政策导向和扶持力度，企业层面也要有危机意识，国家与企业同心协力，共同推进固态电池产业化。

发布于 2023-07-06