全固态锂电池面临的挑战有哪些
来源：宝鄂实业
2019-02-24 16:06
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固态电池发展目前面临着诸多挑战，由于固态电池的电解质材料均为固体，导电过程是点接触，因此电池制造过程中需解决基于界面阻抗的问题。
此外，因所有电池在充电和放电过程中均会产生体积膨胀和收缩，液态电池的忍耐度较大，但固态电池有可能会出现裂开的情况，就现阶段技术水平而言，固态电池的循环设备还有较大的提升空间。
问题之一：成本依然偏高，制备工艺复杂，技术不够成熟
目前的全固态锂电池的电解质主要有有机和无机两大体系，成本总体偏高，尤其是无机体系的电池很多采用CVD/PVD等复杂的工艺制备，生产（沉积薄膜）速度慢，成本昂贵，单体电池容量很小，往往只适合做小型电子器件用的电池。
不仅如此，全固态电池现在的制备技术成熟度总体一般，能形成规模产能的企业非常有限，技术规模化扩产需要克服的困难还有很多，仍处于推广发展期。
问题之二：快充不现实
目前全固态电池的倍率性能整体偏低，内阻较大，高倍率放电时压降较大，如果想指望该类技术能在近期解决电池快充的问题，基本上是不可能的。
目前市面上有些使用全固态电池的产品，实际上都不是在室温下工作的，最典型的例子就是法国已经在运行的3000余辆使用全固态电池的出租车（电芯能量密度可以达到260Wh/kg，优于现在商用的普通锂离子电池）。
问题之三：暂时无法大规模商业化
作为电动汽车电池的资深专家，全电池咨询公司总裁梅纳海姆·安德曼指出：“当前，电动汽车采用的固态电池仍处于研究阶段，目前还无法确定商业化的时间表，由于固态电池不太可能选用锂离子电池所用的各种化学材料，预计其售价将非常高，而且量产难度也很大。”
此外，虽然丰田方面表示，固态电池的充电时间比锂电池缩短一倍，但与此同时，固态电池的性能极易受温度影响。也就是说，固态电池很可能在温度稍高的情况下才能实现真正的快充效果。
因此，不少业内人士也对丰田的计划持怀疑态度，认为丰田量产固态电池组难度不小。
上述这些说法似乎验证了马斯克所言非虚，“固态电池技术并未上路，还处在研发阶段”。不过，虽然目前还无法确定丰田致力于开发的固态电池将走向何方，但如果丰田能真正推动其发展并应用，电动汽车电池行业将迎来颠覆性的变革，就如同当年丰田推出普锐斯，一举占据了混合动力汽车市场的半壁江山一样。
企业的固态电池布局
现在已经有许多start-ups以及传统工业巨头公司投入到了全固态电池行业中。
丰田、松下、三星、三菱以及国内的宁德时代等电池行业领军企业都已经积极布局固态电池的储备研发。
相对而言，技术成熟度较高、技术沉淀较深的当属法国的Bolloré、美国Sakti3和日本丰田。这三家也分别代表了以聚合物、氧化物和硫化物三大固态电解质的典型技术开发方向。
在欧洲比较出名的Bolloré，采用的是聚合物电解质体系，三星采用的则是硫化物电解质体系。英国富豪詹姆斯-戴森(JamesDyson)在2015年公司收购了固态电池企业Sakti3，2016年8月，戴森表示，将出资14亿美元兴建一座电池工厂。德国汽车零部件巨头博世(BOSCH)，2015年收购美国电池公司“Seeo”。博世和Seeo然后与日本著名的GSYUASA(汤浅)电池公司和三菱重工共同建立了新工厂，主攻固态阳极锂离子电池。
2016年12月17日，宁德时代研发经理郭永胜介绍了公司固态锂金属电池的研发进程，他表示，宁德时代在做固态电池之前对全球做固态电池的企业做了调研，目前该项目还处于早期阶段。
宁德时代在研发过程中，也在关注固态电池的制造问题，固态电池整个制造工艺跟传统的锂离子的制造工艺不同，需要新的设备，新的工艺，所以宁德时代也同时进行工艺的研发。
总体来说，全固态电池是电池科研与工业界公认的下一步电池发展的主流方向之一已经没有悬念，但是具体到固态电解质的电导率、电池倍率、电池制备效率、成本控制方面，全固态电池仍然有一段路要走。
此外，因所有电池在充电和放电过程中均会产生体积膨胀和收缩，液态电池的忍耐度较大，但固态电池有可能会出现裂开的情况，就现阶段技术水平而言，固态电池的循环设备还有较大的提升空间。
问题之一：成本依然偏高，制备工艺复杂，技术不够成熟
目前的全固态锂电池的电解质主要有有机和无机两大体系，成本总体偏高，尤其是无机体系的电池很多采用CVD/PVD等复杂的工艺制备，生产（沉积薄膜）速度慢，成本昂贵，单体电池容量很小，往往只适合做小型电子器件用的电池。
不仅如此，全固态电池现在的制备技术成熟度总体一般，能形成规模产能的企业非常有限，技术规模化扩产需要克服的困难还有很多，仍处于推广发展期。
问题之二：快充不现实
目前全固态电池的倍率性能整体偏低，内阻较大，高倍率放电时压降较大，如果想指望该类技术能在近期解决电池快充的问题，基本上是不可能的。
目前市面上有些使用全固态电池的产品，实际上都不是在室温下工作的，最典型的例子就是法国已经在运行的3000余辆使用全固态电池的出租车（电芯能量密度可以达到260Wh/kg，优于现在商用的普通锂离子电池）。
问题之三：暂时无法大规模商业化
作为电动汽车电池的资深专家，全电池咨询公司总裁梅纳海姆·安德曼指出：“当前，电动汽车采用的固态电池仍处于研究阶段，目前还无法确定商业化的时间表，由于固态电池不太可能选用锂离子电池所用的各种化学材料，预计其售价将非常高，而且量产难度也很大。”
此外，虽然丰田方面表示，固态电池的充电时间比锂电池缩短一倍，但与此同时，固态电池的性能极易受温度影响。也就是说，固态电池很可能在温度稍高的情况下才能实现真正的快充效果。
因此，不少业内人士也对丰田的计划持怀疑态度，认为丰田量产固态电池组难度不小。
上述这些说法似乎验证了马斯克所言非虚，“固态电池技术并未上路，还处在研发阶段”。不过，虽然目前还无法确定丰田致力于开发的固态电池将走向何方，但如果丰田能真正推动其发展并应用，电动汽车电池行业将迎来颠覆性的变革，就如同当年丰田推出普锐斯，一举占据了混合动力汽车市场的半壁江山一样。
企业的固态电池布局
现在已经有许多start-ups以及传统工业巨头公司投入到了全固态电池行业中。
丰田、松下、三星、三菱以及国内的宁德时代等电池行业领军企业都已经积极布局固态电池的储备研发。
相对而言，技术成熟度较高、技术沉淀较深的当属法国的Bolloré、美国Sakti3和日本丰田。这三家也分别代表了以聚合物、氧化物和硫化物三大固态电解质的典型技术开发方向。
在欧洲比较出名的Bolloré，采用的是聚合物电解质体系，三星采用的则是硫化物电解质体系。英国富豪詹姆斯-戴森(JamesDyson)在2015年公司收购了固态电池企业Sakti3，2016年8月，戴森表示，将出资14亿美元兴建一座电池工厂。德国汽车零部件巨头博世(BOSCH)，2015年收购美国电池公司“Seeo”。博世和Seeo然后与日本著名的GSYUASA(汤浅)电池公司和三菱重工共同建立了新工厂，主攻固态阳极锂离子电池。
2016年12月17日，宁德时代研发经理郭永胜介绍了公司固态锂金属电池的研发进程，他表示，宁德时代在做固态电池之前对全球做固态电池的企业做了调研，目前该项目还处于早期阶段。
宁德时代在研发过程中，也在关注固态电池的制造问题，固态电池整个制造工艺跟传统的锂离子的制造工艺不同，需要新的设备，新的工艺，所以宁德时代也同时进行工艺的研发。
总体来说，全固态电池是电池科研与工业界公认的下一步电池发展的主流方向之一已经没有悬念，但是具体到固态电解质的电导率、电池倍率、电池制备效率、成本控制方面，全固态电池仍然有一段路要走。
