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电池|新能源电池技术之固态电池( 三 )


苹果从2012年就开始积极布局固态电池及充电技术的专利 ， 2013年收购了Infinite Power Solutions 。 近两三年汽车厂布局固态电池的消息大幅浮上台面 ， 像是丰田对外宣示将在2022年对外销售搭载固态电池的电动车 。 另外 ， 大众汽车（Volkswagen）投资了由《麻省理工科技评论》 TR35 青年创业家 Jagdeep Singh 参与创立的固态电池初创公司QuantumScape ， 去年6月加码投资 ， 并取得 QuantumScape 一席董事 ， 预计在 2025 年建立固态锂电池产线 。
而过去的电池大国日本 ， 陆续舍弃掉锂电池后 ， 已经将研究重点转向固态电池 ， 日本科学技术振兴机构（JST）、日本新能源产业技术开发机构（NEDO）都积极推动 ， 这些动态让外界开始关注这项技术 。
电池|新能源电池技术之固态电池
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投入固态电池的玩家（图片来源：Yole Développement）
市场关注的固态电池公司一览
电池|新能源电池技术之固态电池
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固态电池的技术瓶颈
目前 ， 包括韩国三星、日本丰田和我国宁德时代在内的众多电池和汽车厂商 ， 都加大了固态电池研发投入 ， 已有部分电池进入装车测试阶段 。 尽管前景可期 ， 但由于技术和工艺上的种种问题 ， 发展固态电池的道路绝非一帆风顺 。
首先 ， 高效的电解质材料体系缺乏 。 目前固态电池材料发展很快 ， 但综合应用较为欠缺 。
作为固态电池的核心材料 ， 目前在固体锂离子导体的单一指标上已有所突破 ， 但综合性能尚不能满足大规模储能需求 。 现今固态电池采用的固态电解质普遍存在性能短板 ， 距离高性能锂离子电池系统的要求仍有不小的差距 。
1、固态电解质和电极的界面处理也是固态电池目前面临的一大难题 。
在固体电解质中锂离子传输阻抗很大 ， 与电极接触的刚性界面接触面积小 ， 在充放电过程中电解质体积的变化容易破坏界面的稳定 。
2、在固态锂电池中 ， 除了电解质和电极之间的界面 ， 电极内部还存在复杂的多级界面 ， 电化学以及形变等因素都会导致接触失效影响电池性能 。
再次 ， 长期使用时稳定性不理想也是长寿命储能固态电池发展的瓶颈 。 固态电池在服役过程中结构与界面会随时间发生退化 ， 但退化对电池综合性能的影响机制尚不明确 ， 难以实现长效应用 。
所以 ， 构建高性能固态电池需要从两方面入手 ， 一是构建高性能的固态电解质 ， 二是提高界面的相容性和稳定性 。
从某种意义上讲 ， 汽车的演变历史就是电池的进化过程 。 若论起源 ， 电动汽车也已经有了180多年的历史 ， 出现时间与燃油车不相上下 。 可铅酸电池、镍氢电池均未使电动汽车的地位有所突破 。 直至磷酸铁锂电池、三元锂电池的升级才使得部分消费者逐步接受电动汽车 。
若固态电池商用化 ， 电动汽车将加速取代内燃机车的步伐 。 谁率先掌握这项技术 ， 也将在未来竞争格局中握有更大的话语权 。


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