2024年1月，大眾汽車的電池子公司PowerCo宣布，其合作伙伴QuantumScape已成功通過(guò)其首批固態(tài)電池的耐久性測(cè)試，實(shí)現(xiàn)超過(guò)1000次的充放電循環(huán)，同時(shí)保持超過(guò)95%的容量。此前，2023年9月，美國(guó)固態(tài)電池上市公司Solid Power宣布，其首批A-1固態(tài)電池樣品已正式交付給寶馬進(jìn)行汽車驗(yàn)證測(cè)試，寶馬計(jì)劃到2025年推出基于Solid Power固態(tài)電池技術(shù)的首款原型車。

隨著下一代汽車電池技術(shù) —— 固態(tài)電池技術(shù)的進(jìn)步和突破，傳統(tǒng)液態(tài)電池的地位正受到挑戰(zhàn)。

固態(tài)電池為何備受矚目？

因?yàn)榧夹g(shù)路線不同，汽車電池技術(shù)劃分為磷酸鐵鋰和三元鋰兩大陣營(yíng)。在性能、安全、成本這三大因素的綜合作用下，磷酸鐵鋰和三元電池的市占率此消彼長(zhǎng)。不變的是，為贏得市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，車企都追求長(zhǎng)續(xù)駛里程吸引消費(fèi)者，通過(guò)優(yōu)化電池包物理結(jié)構(gòu)以及多“堆”電池，實(shí)現(xiàn)增加車輛續(xù)駛里程，CTP技術(shù)、滑板底盤等應(yīng)運(yùn)而生。

根據(jù)《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖》，2025年動(dòng)力電池的能量密度目標(biāo)為400Wh/kg，2030年目標(biāo)為500Wh/kg。想達(dá)到2030年的目標(biāo)，現(xiàn)有液態(tài)鋰電池技術(shù)路線恐難擔(dān)大任，光是350Wh/kg的能量密度天花板就很難打破，但是固態(tài)電池能量密度能輕松超越350Wh/kg。

傳統(tǒng)液態(tài)鋰電池主要由正極、負(fù)極、電解液和隔膜四大關(guān)鍵要素組成，鋰離子從正極到負(fù)極再到正極的來(lái)回移動(dòng)過(guò)程中，電池的充放電過(guò)程便完成了。而固態(tài)電池則是一種使用固態(tài)電極和固態(tài)電解質(zhì)的電池，充電時(shí)正極中的鋰離子從活性物質(zhì)中脫嵌，通過(guò)固態(tài)電解質(zhì)向負(fù)極遷移。

固態(tài)電池與液態(tài)鋰離子電池的區(qū)別

在傳統(tǒng)液態(tài)鋰電池的充放電過(guò)程中，電極表面很容易發(fā)生副反應(yīng)。例如，陽(yáng)極電極表面形成的鋰枝晶很容易穿透隔膜，造成陰極和陽(yáng)極電極之間短路，導(dǎo)致電池起火。另外，電解液為有機(jī)液體，在高溫下發(fā)生副反應(yīng)、氧化分解、產(chǎn)生氣體、發(fā)生燃燒的傾向都會(huì)加劇。新能源汽車市場(chǎng)容量快速擴(kuò)大，液態(tài)電池在安全性方面面臨著巨大挑戰(zhàn)，動(dòng)力電池對(duì)于高能量密度與高安全性的迫切需求推動(dòng)著固態(tài)電池的發(fā)展。與液態(tài)鋰電池相比，固態(tài)電池具備高安全性、高能量密度、體積小、耐低溫等優(yōu)勢(shì)。

· 安全性高：由于固態(tài)電池的電解質(zhì)固態(tài)化，不含易燃易爆、易揮發(fā)等成分，可徹底消除電池因漏液引發(fā)的電池冒煙、起火等，以及在充放電過(guò)程中生成鋰枝晶造成的安全隱患，被稱為最安全電池體系。

· 能量密度高：固態(tài)電池能使用能量密度更高的活性材料，例如，基于金屬鋰陽(yáng)極的固態(tài)電池的能量密度可超過(guò)500Wh/kg，而液態(tài)鋰電池的理論能量密度極限為350Wh/kg。目前，傳統(tǒng)的液態(tài)鋰電池已接近其理論能量密度極限，進(jìn)一步改進(jìn)的空間很小。

· 體積?。簜鹘y(tǒng)鋰離子電池中，需要使用隔膜和電解液，它們加起來(lái)占據(jù)了電池中近40%的體積和25%的質(zhì)量。而如果把它們用固態(tài)電解質(zhì)取代（主要有有機(jī)和無(wú)機(jī)陶瓷材料兩個(gè)體系），正負(fù)極之間的距離（傳統(tǒng)上由隔膜電解液填充，現(xiàn)在由固態(tài)電解質(zhì)填充）可以縮短到甚至只有幾到十幾個(gè)微米，這樣電池的厚度就能大大地降低 —— 因此全固態(tài)電池技術(shù)是電池小型化，薄膜化的必經(jīng)之路。

· 溫度范圍更廣，循環(huán)使用壽命更長(zhǎng)：固態(tài)電解質(zhì)的穩(wěn)定性可以減緩電池中的失活和退化過(guò)程，不僅可以延長(zhǎng)電池的使用壽命，還能阻止金屬鋰的電極枝晶生長(zhǎng)，減少電極的體積膨脹和損壞，提高電池的循環(huán)穩(wěn)定性。

另外值得補(bǔ)充說(shuō)明的是，液態(tài)鋰電池往往需要先將單體電芯封裝完成后先并聯(lián)再串聯(lián)，若想省流程直接串聯(lián)，則會(huì)導(dǎo)致正負(fù)極短路。而固態(tài)電池由于內(nèi)部不含液體，不存在短路的問(wèn)題，可直接串聯(lián)組裝。還有對(duì)于固態(tài)電池，因?yàn)槠涓甙踩裕珊?jiǎn)化甚至不需要冷卻系統(tǒng)，所以固態(tài)電池的實(shí)際量產(chǎn)過(guò)程中，其成組成本會(huì)更低，整個(gè)生產(chǎn)流程更簡(jiǎn)單。

固態(tài)電池階段發(fā)展之路

固態(tài)電解質(zhì)是固態(tài)電池的核心部件，在很大程度上決定了固態(tài)電池的各項(xiàng)性能參數(shù)，如功率密度、循環(huán)穩(wěn)定性、安全性能、高低溫性能以及使用壽命。固態(tài)電池按照其電解質(zhì)的不同分為聚合物、氧化物和硫化物三種路線。