傳統(tǒng)鋰電存安全隱患，固態(tài)電池成未來方向

新能源汽車銷量逐年增長卻伴隨著安全事故的增加，其中，電池自燃占比事故原因的31%。自燃的原因是由于鋰電池發(fā)生內(nèi)部或者外部短路后，短時(shí)間內(nèi)電池釋放出大量熱量，溫度極劇升高，導(dǎo)致熱失控。而易燃性的液態(tài)電解液在高溫下會(huì)被點(diǎn)燃，最終導(dǎo)致電池起火或者爆炸。

零自燃風(fēng)險(xiǎn)，是未來電動(dòng)車實(shí)現(xiàn)燃油車全面替代需要邁出的關(guān)鍵一步。隨著能量與安全需求與傳統(tǒng)鋰電技術(shù)的矛盾越來越凸顯，在下一代鋰電技術(shù)中，固態(tài)電池獲得了前所未有的關(guān)注。

固態(tài)電池是采用固態(tài)電解質(zhì)的鋰離子電池，工作原理與傳統(tǒng)鋰電池并無區(qū)別。傳統(tǒng)的液態(tài)鋰電池被稱為"搖椅式電池"，搖椅的兩端為電池的正負(fù)兩極，中間為液態(tài)電解質(zhì)，鋰離子在電解液中遷移來完成正負(fù)極間的穿梭實(shí)現(xiàn)充放電，而固態(tài)電池的電解質(zhì)為固態(tài)，相當(dāng)于鋰離子遷移的場(chǎng)所轉(zhuǎn)到了固態(tài)的電解質(zhì)中。

與傳統(tǒng)鋰電池相比，全固態(tài)電池最突出的優(yōu)點(diǎn)是安全性。固態(tài)電池具有不可燃、耐高溫、無腐蝕、不揮發(fā)的特性，避免了傳統(tǒng)鋰離子電池中的電解液泄露、電極短路等現(xiàn)象，降低了電池組對(duì)于溫度的敏感性，根除安全隱患。同時(shí)，固態(tài)電解質(zhì)的絕緣性使得其良好地將電池正極與負(fù)極阻隔，避免正負(fù)極接觸產(chǎn)生短路的同時(shí)能充當(dāng)隔膜的功能。

而且，固體電池能夠兼容金屬鋰負(fù)極，提升能量密度上限。金屬鋰具有高容量與高電壓的特性，因而成為繼石墨與硅負(fù)極之后的"最終負(fù)極"。同時(shí)，正極材料選擇面更寬，可以是含鋰或不含鋰的嵌入化合物，也可以是硫或硫化物甚至空氣，分別對(duì)應(yīng)能量密度更高的鋰硫和鋰空電池，理論能量密度接近當(dāng)前電池的10倍。

不過，鋰金屬負(fù)極在液態(tài)電池中存有太多應(yīng)用難題，如不均勻沉積和溶解、與電解液發(fā)生副反應(yīng)等，在當(dāng)前傳統(tǒng)液態(tài)電池體系難以實(shí)現(xiàn)。而固態(tài)電解質(zhì)對(duì)于鋰金屬負(fù)極擁有更好的兼容性，主演原理是避免液體電解質(zhì)中持續(xù)發(fā)生的副反應(yīng)，同時(shí)利用固體電解質(zhì)的力學(xué)與電學(xué)特性抑制鋰枝晶的形成。此外，由于固態(tài)電解質(zhì)將正極與負(fù)極材料隔離開，不會(huì)產(chǎn)生鋰枝晶刺破隔膜的短路效應(yīng)。因此，鋰金屬材料將在固態(tài)電池平臺(tái)上率先應(yīng)用，從而進(jìn)一步提升能量密度。

固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化尚處早期，加速發(fā)展可期

現(xiàn)階段固態(tài)電池量產(chǎn)產(chǎn)品很少，產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程仍處于早期。唯一實(shí)現(xiàn)動(dòng)力電池領(lǐng)域量產(chǎn)的博洛雷公司產(chǎn)品能量密度僅為100Wh/kg，對(duì)比傳統(tǒng)鋰電尚未具備競(jìng)爭優(yōu)勢(shì)。

從海外各家企業(yè)實(shí)驗(yàn)與中試產(chǎn)品來看，固態(tài)電池能量密度優(yōu)勢(shì)已開始凸顯，明顯超過現(xiàn)有鋰電水平。在我國，固態(tài)鋰電的基礎(chǔ)研究起步較早，在"六五"和"七五"期間，中科院就將固態(tài)鋰電和快離子導(dǎo)體列為重點(diǎn)課題，此外，北京大學(xué)、中國電子科技集團(tuán)天津18所等院所也立項(xiàng)進(jìn)行了固態(tài)鋰電電解質(zhì)的研究，并在此領(lǐng)域取得了不錯(cuò)的進(jìn)展。未來，隨著產(chǎn)業(yè)投入逐漸加大，產(chǎn)品性能提升的步伐也望加速。

除此外，各大車企也在加碼研發(fā)。豐田已投入200多人進(jìn)行固態(tài)電池開發(fā)，目標(biāo)在2025年前推出產(chǎn)品，寶馬正與固態(tài)電池公司SolidEnergy合作共同開發(fā)固態(tài)電池，大眾表示看好固態(tài)電池前景，并入股研發(fā)固態(tài)電池的創(chuàng)業(yè)公司QuantumScape。巨頭們的加碼布局與資本的加速注入，行業(yè)發(fā)展進(jìn)入快車道。

長遠(yuǎn)來看，固態(tài)電池作為一項(xiàng)顛覆性技術(shù)，技術(shù)一旦突圍成功，行業(yè)成長曲線料將獲指數(shù)級(jí)增長，工業(yè)化大批量生產(chǎn)將使成本問題迎刃而解，傳統(tǒng)鋰電的降本邏輯有望得到復(fù)制。若固態(tài)電池能在2022年實(shí)現(xiàn)市場(chǎng)化并逐步提升滲透，到2025年固態(tài)電池在動(dòng)力電池中的市場(chǎng)空間大約能達(dá)到60億元左右。