颠覆续航性能， 解析固态电池前景
来源：宝鄂实业
2019-03-18 11:12
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近年来，不少汽车厂商都透露过基于固态电池打造电动汽车的计划。例如“Fisker申请固态锂电池专利，最高续航800km，充电1分钟”、“大众计划研发续航1000km固态电池”等新闻屡见不鲜。这背后的“黑科技”——固态电池到底有什么能耐？离实际应用还有多远？我们就来具体聊一下固态电池的现状和前景。
30秒读懂全文：
●根据电解质的不同可分为液态、半固态、准固态、全固态四大类。
●现有体系的锂电池能量密度很难突破300Wh/kg，基于安全和能量密度上的优势，固态电池已成为未来锂电池发展的必经之路。
●准固态电池将以聚合物复合电解质为主，薄膜固态电池以氧化物复合电解质为主，全固态电池以硫化物复合电解质为主。
●目前快充型电池主要在客车领域应用较多，未来快充型动力电池的消费结构将会向用车、专用物流车偏移。
一、固态电池有哪些优点
目前，动力电池全球化竞争日益激烈，虽然中国企业在本轮竞争中占据了市场规模优势，但欧美、日韩等企业已经在为下一阶段做布局，是潜在的强大竞争者。有不少专家呼吁建议，应该关注固体电池发展的问题。尽管目前固态电池还多处于试验阶段，离走向产业化还有一定时间。但为了抢占未来发展的制高点，各企业对固态电池的研发已快马加鞭，市场需求或推动固态电池量产提前。
按照《中国制造2025》确定的技术目标，2020年锂电池能量密度到300Wh/kg，2025年能量密度达到400Wh/kg，2030年能量密度达到500Wh/kg。但是基于高镍三元+硅碳负极材料，现有体系的锂电池的能量密度很难突破300Wh/kg。而固态锂电池的能量密度大约为传统锂电池的2.5—3倍，且杜绝了电池破裂或高温等意外带来的燃烧隐患。
全固态锂电池具有极高的安全性，其固态电解质不可燃、无腐蚀、不挥发、不漏液，同时也克服了锂枝晶现象，搭载全固态锂电池的汽车的自燃概率会大大降低。
电解质材料是全固态锂电池技术的核心，目前固态电解质的研究主要集中在三大类材料：聚合物、氧化物和硫化物。聚合物高温性能好，已经有商业化的应用案例；氧化物循环性能良好，适用于薄膜柔性结构；硫化物电导率最高，是未来主要方向。
既然固态电池有这么多优点，为什么没有大力推广呢？这是因为固态电解质具有高的电阻，在功率密度方面还存在一些待解决的问题，需要从固态电解质、正负极材料上着手。电导率、电池倍率、电池制备效率、成本控制方面都存在不小的挑战，一旦这些问题能够有效解决，必将在未来掀起一场新的电池革命。
总体来看固态电池的发展，电解质可能遵循从液态、半固态、固液混合到固态的路径发展，最后到全固态。笔者认为，2020年前采用高镍正极+准固态电解质+硅碳负极实现300Wh/Kg，2025年前采用富锂正极+全固态电解质+硅碳/锂金属负极电池实现400Wh/Kg，2030年前燃料/锂硫/空气电池实现500 Wh/Kg。
二、全球产业加速布局
目前，全球范围内约有 20 多家制造企业、初创公司和高校科研院所致力于固态电池技术。2017年，关于固态锂电池分别有1198篇文献与117篇专利。其中1096篇文献集中在金属锂负极、固态电解质，以及固态电解质与正负极界面等基础问题研究，其他有102篇文献探讨了固态锂电池的组装及相关测试结果，以硫系和氧化物电解质的固态锂电池居多。文献方面，中国发表的数量占据第一位，国际发明专利方面则是日本占据一半以上。
●法国Bollore
法国博洛雷集团（Bolloré）从2011年就开始尝试固态电池在电动车领域的商业化，其自主研发的电动汽车Bluecar搭载了子公司Batscap生产的30kWh金属锂聚合物电池，续航为120km。大约有2900辆Bluecar投放到了巴黎汽车共享服务项目Autolib，这也是国际上第一个采用固态锂电池的电动汽车案例。
『Bluecar在巴黎Autolib汽车共享服务亭充电』
BatScap选择全固态中的聚合物技术路线，正极材料采用LFP，负极材料采用金属锂，电解质采用聚环氧乙烷（PEO），但其Pack能量密度仅为100Wh/kg，且工作温度要求60~80℃，必须持续将电池加热至60°C以上来维持电池内部的导电能力。
●德国博世+美国SEEO
成立于2007年的SEEO是美国劳伦斯伯克利国家实验室唯一授权拥有核心专利的电池公司，2015年博世（BOSCH）收购美国SEEO，并与日本GS YUASA（汤浅）公司、三菱重工共同建立了新工厂，主攻固态阳极锂离子电池。当时SEEO开发的固态电池就已实现350Wh/kg的能量密度，约是同等体积锂电池的两倍能量。但在2018年初，由于博世的战略变化，不再自行生产电池，也就宣告放弃对SEEO的投入。
●英国戴森+美国Sakit3
美国Sakti3创办于2008年，号称开发出了能量密度达到1000Wh/kg的固态电池，并称未来实现商业化量产之后，成本只有当前锂电池的20%，可以把搭载其电池的电动汽车成本控制在2.5万美元。2015年Sakti3被戴森以9000万美金的价格全资收购，之后戴森宣布投资14亿美元建造电池厂，发展固态锂电池技术。
戴森计划在2020年量产首款电动车产品，电池组为一种可拆卸的盒式固态电池组，安装在传统燃油车发动机舱的位置。
●日本38家机构联合研发全固态锂电池
2018年6月，日本经济产业省与日本新能源产业技术综合开发机构（NEDO）宣布启动新一代高效电池“全固态电池”核心技术的开发。该项目预计总投资100亿日元（约合5.8亿元人民币），丰田、本田、日产、松下等23家汽车、电池和材料企业，以及京都大学、日本理化学研究所等15家学术机构将共同参与研究，计划到2022年全面掌握全固态电池相关技术，到2030年前后将每千瓦时电池组的成本降至锂电池的三分之一左右，将快速充电时间也缩短至三分之一
