全固態(tài)電池被部分業(yè)內人士認為是解決動力鋰離子電池安全問題的根本途徑，且有望在5-10年內實現(xiàn)商業(yè)化應用。但目前行業(yè)標準不統(tǒng)一，阻礙了其產業(yè)化和商業(yè)化應用。業(yè)內專家指出，應盡早開展固態(tài)電池標準化工作，以便推動電池的規(guī)模化制造、梯次利用回收和換電模式推廣。

電動汽車安全問題始終是消費者關注的焦點。在電池熱失控過程中，電解液發(fā)揮了很大的助推用途，且當前液態(tài)電池能量密度和成本均已逼近“天花板”。假如將液體的電解液替換成固態(tài)的電解質，能從根源上解決安全問題，同時電池的穩(wěn)定性也將更好、壽命更長。業(yè)內普遍認為，固態(tài)電池是動力鋰離子電池未來的發(fā)展趨勢。

然而，盡管市場對固態(tài)電池抱有極高期待，但距離車載應用還有一定距離。北京衛(wèi)藍新能源科技公司副總經(jīng)理向晉呼吁，固態(tài)電池應盡快完善頂層設計，對電池尺寸、性能測試、安全指標等內容開展標準化工作，提前搭建起標準體系，以推動產業(yè)快速發(fā)展。

“解決安全問題的根本途徑”

采用有機電解液的鋰離子電池，在過度充電、內部微短路等異常情況下，電解液極易發(fā)熱、分解、脹氣，帶來安全隱患，進而燃燒甚至爆炸。

為解決安全問題，業(yè)界一直想方設法攻關。比如，在電解液中添加諸多添加劑，在高分子隔膜表面涂覆氧化鋁陶瓷涂覆層，選擇更安全的正極材料等。在江西贛鋒鋰業(yè)股份有限公司副總裁劉明看來，上述解決方法只能局部緩解問題，而全固態(tài)電化學儲能器件，以固態(tài)電解質替代有機電解液，才是解決安全問題的根本途徑。

對此，蘇州清陶新能源科技有限公司總經(jīng)理何泓材介紹，固態(tài)電解質不可燃、穩(wěn)定性好、力學強度高，從材料本質上提升了電池安全，同時，正負極材料的選擇非常靈活，可以選擇高容量高電壓材料，顯著提升電池能量密度。此外，固態(tài)電池工業(yè)簡單，材料成本更低，且可以縮減電池包安全防護冗余設計、簡化溫控系統(tǒng)，系統(tǒng)地降低成本。

事實上，固態(tài)電池并不是一個全新概念。“大家耳機所使用的微型鋰離子電池，就是一個固態(tài)電池。”在我國科學院上海硅酸鹽研究所能源材料研究中心主任溫兆銀看來，固態(tài)鋰離子電池很早就已進入市場，只是與現(xiàn)在動力鋰離子電池追求的體系有所不同。

何泓材進一步介紹，早在上世紀70年代就出現(xiàn)了固態(tài)電池，1991年左右固態(tài)電池實現(xiàn)了商業(yè)化。“只不過那時候是以薄膜電池形態(tài)出現(xiàn)。”在他看來，全固態(tài)薄膜電池具有原子級別的完美界面，里面的正極和電解質膜都是近乎致密無缺陷的狀態(tài)，通過薄膜化方式可以解決電極層內部鋰離子和電子傳輸問題。當然，全固態(tài)薄膜電池也存在缺點：容量小，成本高。不過，全固態(tài)薄膜電池的商業(yè)應用，證明了固態(tài)電池技術的可行性。

在業(yè)內人士看來，當前350wh/kg已經(jīng)接近液態(tài)電池能量密度的極限，未來電池能量密度要進一步提升至500wh/kg，乃至600wh/kg，固態(tài)電池具有明顯優(yōu)勢，將成為行業(yè)未來的發(fā)展方向。

“全固態(tài)電池5-10年內實現(xiàn)商業(yè)化應用”

記者注意到，固態(tài)電池是當前行業(yè)研究的熱點。我國、日本、韓國、歐洲、美國等國家和地區(qū)都有所布局，也受到豐田、大眾、寶馬等車企的追捧。臺灣輝能科技、蘇州清陶、北京衛(wèi)藍新能源等公司更是在固態(tài)電池研發(fā)上走在了世界前列。

固態(tài)電池的根本特點在于用固態(tài)電解質替代液態(tài)電解液。實現(xiàn)完全替代的全固態(tài)電池，目前還處于小規(guī)模試制階段。目前討論較多的固態(tài)電池，更多是指半固態(tài)電池、準固態(tài)電池或固液混合電池。

向晉坦言，固態(tài)電池技術，尤其是全固態(tài)電池技術還面對諸多技術挑戰(zhàn)，包括固界面問題、高性能電池材料開發(fā)及工程化問題，尚未形成規(guī)模化的原材料和產業(yè)制造體系、成本相對較高也影響了固態(tài)電池的量產。

“大家在固態(tài)電池上做了很多工作。但到目前為止，固態(tài)電池還不能滿足混合動力或電動汽車的要求。”何泓材介紹，固態(tài)電解質替代液態(tài)電解液，其技術核心和壁壘是材料的創(chuàng)新開發(fā)。目前重要探索出了三種固態(tài)電池體系：聚合物、硫化物和氧化物，它們各有優(yōu)缺點。比如，聚合物界面好、工藝簡單，但導電率低，電壓不穩(wěn)定；硫化物電導率高、電化學窗口寬，但工藝難度大，對水分敏感；氧化物電導率高、穩(wěn)定性好，但界面差，大容量電池難以實現(xiàn)。

“單一體系的固態(tài)電解質還需進一步突破，復合的固態(tài)電解質體系與現(xiàn)有的成熟技術最兼容，是產業(yè)化的優(yōu)選方法。”在何泓材看來，混合固液或半固態(tài)電池，是電解液從液態(tài)向全固態(tài)過渡的必然環(huán)節(jié)，沒有全固態(tài)電池要解決的一系列瓶頸，可以實現(xiàn)產業(yè)化。

向晉預計，混合固液電池有望在5年內實現(xiàn)規(guī)模化量產，而全固態(tài)電池預計在5至10年內實現(xiàn)商業(yè)化應用。

“不能走液態(tài)電池老路”

行業(yè)要發(fā)展，標準需先行。

“液體含量低于多少，才算固態(tài)電池？5%還是10%？應該怎么測量？”向晉提醒道，我國液體電池的標準化工作起步較晚，在尺寸方面沒有做好頂層設計，2017年出臺的標準電池型號高達145種，尺寸過多并不利于電池產業(yè)化和商業(yè)化應用。因此，固態(tài)電池不能走液態(tài)電池的老路。他呼吁，固態(tài)電池要盡早開展標準化工作，這對行業(yè)發(fā)展、規(guī)模化制造、梯次利用回收和換電模式意義重大。

向晉透露，由國內重要固態(tài)電池公司聯(lián)合起草的半固態(tài)電池中電解液含量測試團體標準，將于年底公布。

“長期來看，355、390、590模組是很重要的尺寸。針對固態(tài)電池本身的特點，還可以做一些大尺寸的設計。刀片電池基于安全考慮，做得比較長、比較薄。固態(tài)電池安全性很好，可以考慮做長、做厚，以提高系統(tǒng)的成組效率。配合整車，把固態(tài)電池做得跟底盤相同大，也是一個方向。”何泓材認為，電池公司和車企緊密合作，是實現(xiàn)固態(tài)動力鋰離子電池產業(yè)化的必要條件。固態(tài)電池屬于新興產業(yè)，要車企給予一個試錯容錯的空間，提升材料、工藝創(chuàng)新的整體性能。只有應用到車上，匹配系統(tǒng)集成，固態(tài)電池商業(yè)應用才能成為現(xiàn)實。

向晉同樣表示，固態(tài)電池的發(fā)展要整個產業(yè)共同努力，從上游的材料、裝備公司，到下游的整車廠，要齊心協(xié)力才能使固態(tài)電池產業(yè)做得更快、更好。