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   近年來，動力電池起火爆炸事故頻發(fā)，據(jù)鋰電大數(shù)據(jù)統(tǒng)計，2016年共發(fā)生50起鋰電池起火爆炸事件。提高電池的安全性能一直是鋰電人孜孜追尋的課題，而此時，兼具安全性和高續(xù)航優(yōu)勢的固態(tài)電池逐漸走進大家的視野。

 

液態(tài)鋰電池安全性亟待提升

 

液態(tài)鋰電池已成為當(dāng)下最為成熟且使用最廣泛的技術(shù)路線，但其安全性問題卻成為業(yè)界當(dāng)前遲遲攻克不下的難題。據(jù)鋰電大數(shù)據(jù)統(tǒng)計，2016年共發(fā)生了50起鋰電池起火爆炸事件，鋰電池起火爆炸事故頻發(fā)為我們敲響警鐘——鋰電池安全性能亟待提升。

 

鋰電池為何頻頻起火?究其原因還是電池內(nèi)部的活性物質(zhì)及電解液發(fā)生反應(yīng)，溫度過高失控導(dǎo)致。固態(tài)電池中不含可燃的液體電解質(zhì)，這一特性能夠極大地改善電池的安全性。中國科學(xué)院物理研究所研究員李泓曾表示，在未來，很多電池形態(tài)將以全固態(tài)形式出現(xiàn)，包括金屬鋰、鋰硫和鋰空氣電池，為提高安全性未來大體策略就是固態(tài)化。

 

固態(tài)電池能量密度提升2倍

 

續(xù)航里程問題始終是限制純電動車普及的關(guān)鍵因素之一，而電池續(xù)航里程的長短在很大程度上取決于電池儲能能力即單位體積的能量密度。當(dāng)工作電壓只能在固定區(qū)域內(nèi)，要提升電池能量密度，只能依靠對電極材料的能量密度提升。目前現(xiàn)有鋰電池正極材料一般有鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰和三元材料等，而負極材料一般為石墨、硬/軟碳、鈦酸鋰以及合金負極材料，這些材料的可挖掘空間已經(jīng)并不大。所以，要大幅提升鋰電池的續(xù)航里程，除非在電極材料上能找到新的替代品。此時，與液態(tài)鋰電池相比能量密度提升2倍的固態(tài)電池脫穎而出。

 

從理論的提出時間來看，固態(tài)電池并不是一個新的概念。此前，中國工程院院士陳立泉專門就固態(tài)電池的技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r及其優(yōu)越性能進行了闡釋，并提出，固態(tài)電池中不含可燃的液體電解質(zhì)，這一特性能夠極大地改善電動汽車的安全性，因此他建議應(yīng)大力支持固態(tài)電池的研究、開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化。如果能量密度進一步提高，大于500瓦時/公斤的話，從現(xiàn)在開始就要考慮固態(tài)鋰電池體系探索研究。

 

固態(tài)電池受到科研界廣泛關(guān)注

 

固態(tài)電池或?qū)⒊蔀橄乱徊诫姵匕l(fā)展的主流方向。但固態(tài)電池還面臨生產(chǎn)工藝待提高、成本待下降的發(fā)展瓶頸，為此科研界為此進行大量研發(fā)工作。

 

由美國前密歇根大學(xué)工程學(xué)教授瑪麗˙塞思特里創(chuàng)辦的Sakti3研發(fā)出了一種使用平板電視與太陽能面板制造技術(shù)制成的固態(tài)鋰電池，這種電池因采用“薄膜沉積技術(shù)”，使其造價僅為目前鋰電池造價的五分之一，然而能量密度卻是鋰電池的兩倍。

 

2016年9月，中科院青島生物能源與過程研究所研發(fā)出高能量密度、高性能全固態(tài)鋰離子電池，已通過11千米全海深模擬壓力倉循環(huán)壓力測試，將來有望成為“蛟龍?zhí)?rdquo;等全海深深潛器的理想能量動力。該新型全固態(tài)電解質(zhì)膜的電化學(xué)窗口可高達4.6V，電解質(zhì)熱穩(wěn)定溫度至少能達到200℃，當(dāng)這種電解質(zhì)用于全固態(tài)鋰離子電池時，經(jīng)過1000次的充放電長循環(huán)，仍保持92%的容量。即使當(dāng)研究人員對這種固態(tài)電池進行切角和穿釘測試時，它仍然可以正常地進行充放電。另外，研發(fā)團隊開發(fā)出一系列綜合性能優(yōu)異的全固態(tài)聚合物電解質(zhì)，將鋰電池的能量密度提高了兩倍，電動車的續(xù)航里程有望提高到450公里以上，應(yīng)用前景極其廣闊。

 

瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的研究人員們，通過石榴石作為電解質(zhì)，使得固態(tài)電池電極和電解質(zhì)之間的接觸面積放大，從而實現(xiàn)了固態(tài)電池充電速度加快的效果，并且夠承受100℃的高溫。

 

美國SunCulture Solar則將固態(tài)電池技術(shù)應(yīng)用到儲能領(lǐng)域中，其開發(fā)的新型一體化太陽能電池板，內(nèi)置有固態(tài)低壓電池，并與逆變器無縫集成。這種完全一體化的產(chǎn)品設(shè)計，可將太陽能安裝和儲能總成本降低50%以上。

 

美國國家航空航天局在與邁阿密大學(xué)合作，研制一種新型固態(tài)鋰電池。這種固態(tài)電池的體型比傳統(tǒng)鋰電池更小，可以用在“立方體衛(wèi)星”等微型衛(wèi)星上。

 

今年1月，北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院高分子科學(xué)與工程系范星河教授/沈志豪副教授及其研究團隊成功研發(fā)出了一種新型、具有高溫穩(wěn)定性的鋰電池固態(tài)聚電解質(zhì)膜，有望打破現(xiàn)有鋰離子電池固態(tài)電解質(zhì)研究、產(chǎn)業(yè)格局。

 

企業(yè)發(fā)力固態(tài)電池

 

固態(tài)電池由于其高安全性、高能量密度和長壽命等優(yōu)勢，成為下一步電池發(fā)展的主流方向。近年來，國內(nèi)外眾企業(yè)紛紛布局發(fā)力固態(tài)電池領(lǐng)域。

 

戴森公司

 

2016年8月英國戴森公司14億美元投建固態(tài)電池廠。公司曾在2015年以9000萬美金收購固態(tài)電池企業(yè)Sakti3，并表示將會投資近10億美元生產(chǎn)固態(tài)電池。2015年，Sakti3聲稱已制造出能量密度達每公升1.1千瓦時的電池，這一能量密度要比鋰離子電池的高大約50%，電池蓄電量是特斯拉現(xiàn)在使用的鋰電池的兩倍。

 

豐田

 

豐田也在開發(fā)全固態(tài)電池，目前其實驗原型產(chǎn)品可達到400瓦時/升的體積能量密度。早在2010年，豐田就曾推出過續(xù)航里程可超過1000KM的固態(tài)電池。據(jù)悉，豐田研發(fā)的全固態(tài)電池可在2025年實現(xiàn)商業(yè)化。

 

松下

 

松下全新研發(fā)的固體蓄電池中能量密度相對提高了3至4倍。據(jù)悉，固體松下蓄電池后將使RAV4電動版的續(xù)航里程增加至少3倍達500公里以上，其將首次達到普通汽油車型的行駛里程。

 

蘋果公司

 

自2012年來，蘋果公司就開始積極布局全固態(tài)電池技術(shù)的專利，期待能把這種新型電池用在iPad、MacBook等設(shè)備及以后將要開發(fā)的柔性電子設(shè)備上。2015年11月份，美國專利商標(biāo)局公布了蘋果公司一項與固態(tài)電池充電技術(shù)相關(guān)的新專利——便攜設(shè)備的固態(tài)電池充電技術(shù)。

 

珈偉股份

 

2016年11月15日，珈偉股份在上海舉辦全球首例固態(tài)鋰電池與快充鋰電池產(chǎn)品發(fā)布會，專家介紹并演示了兩個新產(chǎn)品的性能。珈偉股份表示，未來將全力加速固態(tài)鋰電池與快充鋰電池的合體，將更深一層的安全保障與超強性能合二為一。若未來能與更多電動汽車廠商合作，則極有可能推動顛覆性變革的產(chǎn)生。

 

博世

 

德國汽車零部件巨頭博世，2015年收購美國電池公司“Seeo”。博世和Seeo然后與日本著名的GS YUASA(湯淺)電池公司和三菱重工共同建立了新工廠，主攻固態(tài)陽極鋰離子電池。

 

寧德時代

 

寧德時代在做固態(tài)電池之前對全球做固態(tài)電池的企業(yè)做了調(diào)研，目前該項目還處于早期階段。寧德時代在研發(fā)過程中，也在關(guān)注固態(tài)電池的制造問題，固態(tài)電池整個制造工藝跟傳統(tǒng)的鋰離子的制造工藝不同，需要新的設(shè)備，新的工藝，所以寧德時代也同時進行工藝的研發(fā)。

 

天津新動源

 

今年1月，天津新動源科技發(fā)展有限公司與南京高新區(qū)智能制造產(chǎn)業(yè)園簽訂框架合作協(xié)議，建設(shè)總投資約30億元10GWh新型固態(tài)鋰電池項目。據(jù)悉，將在未來兩年實現(xiàn)高比容量固態(tài)鋰離子電池的產(chǎn)業(yè)化，預(yù)計5年后達到10GWh的產(chǎn)能。

 

輝能科技

 

臺灣輝能科技推出一款采用軟性電路板為基材的固態(tài)電池，其厚度可以達到驚人的2mm，相當(dāng)于一小片口香糖的厚度，可以隨意折疊彎曲，展開弄平整再進行使用。這么一塊看似不起眼的電池，其容量可以達到1000毫安，而一個iPhone般大小的充電寶，其容量也就在5000毫安左右。

 

寶馬

 

寶馬正在研發(fā)固態(tài)電池技術(shù)，將于2026年實現(xiàn)量產(chǎn)。這款新電池將使用固態(tài)電解質(zhì)代替目前鋰離子電池普遍使用的電解液，電池容量也將有15%-20%的提高。

 

小結(jié)

 

固態(tài)電池中不含可燃的液體電解質(zhì)，能夠極大改善電池的安全性，雖就目前看來，固態(tài)電池現(xiàn)在的制備技術(shù)成熟度還有待加強，仍處于推廣發(fā)展期。但隨著固態(tài)電池的應(yīng)用價值日益受到重視，固態(tài)電池受到科研界廣泛關(guān)注，國內(nèi)外相關(guān)機構(gòu)研發(fā)不斷取得重大突破。相信未來固態(tài)電池產(chǎn)品的市場會迎來蓬勃發(fā)展的機遇，商業(yè)化可期。