鋰電池的幾大技術(shù)發(fā)展方向

當(dāng)前的主流鋰離子動力電池一般需要由正、負(fù)極材料、電解液、隔膜和集流體裝配而成。其中正極占總成本比重最大。

為了降低成本和提高性能，鈉離子和氟離子電池的研發(fā)者主要把心思花在正（負(fù)）極材料的改善上，其中最典型的變化就是以相對更加便宜的鈉離子或者氟離子來代替相對更稀有、更昂貴的鋰離子作為動力電池的最重要原材料。

但鈉離子和氟離子電池自身也有明顯的短板。比如，已經(jīng)被使用在量產(chǎn)車型上的鈉離子電池在能量密度和循環(huán)使用壽命上相對磷酸鐵鋰電池都還存在較明顯的差距。

而氟離子當(dāng)前還處于“紙上談兵”的階段，研發(fā)者依然掙扎于找到各構(gòu)件的最佳組合和最有效方案。比如當(dāng)前比較同行的方法是將鉍與氟離子在正極直接反應(yīng)，然后在負(fù)極用鉛溶解于電解液與氟離子產(chǎn)生反應(yīng)。這種組合會使得正極發(fā)生膨脹、結(jié)晶析出等問題，最終導(dǎo)致電池壽命下降，無法量產(chǎn)。

有問題就一定有人試圖解答。面對上述難題，很多企業(yè)和研發(fā)人員希望改進(jìn)現(xiàn)有的非常成熟的鋰電池來提高性能參數(shù)，而不是另起爐灶。

固態(tài)電池就是在這個大背景下逐步發(fā)展起來的。

那么到底什么是固態(tài)電池呢？

簡化地說就是將當(dāng)前鋰離子電池中液態(tài)電解質(zhì)改進(jìn)成固態(tài)電解質(zhì)，并完善其它配套構(gòu)建的一種鋰離子固態(tài)電池。

那么為什么要改變液態(tài)電解液呢？

液態(tài)電解液是當(dāng)前鋰離子電池在安全性和能量密度上限方面出現(xiàn)短板的最核心因素。改變它就意味可以充分利用原有產(chǎn)業(yè)體系基礎(chǔ)上，做到電池性能的突飛猛進(jìn)。

當(dāng)然其中的技術(shù)參數(shù)和各種諸如“電化學(xué)窗口”、“耐熱極限”之類的專業(yè)研究肯定非常復(fù)雜，本文就不做學(xué)術(shù)上的解析了。各位只需知道一個概念：固態(tài)電池理論上比液態(tài)電池儲電量更高、安全性更高。

從發(fā)展路徑上，固態(tài)電池可以從兩個維度進(jìn)行分類，從而有助于我們細(xì)看每個類型的前景。

（1）電解質(zhì)是固態(tài)電池的核心革新領(lǐng)域，所以我們可以由不同電解質(zhì)材料進(jìn)行分類。綜合市面上的研報(bào)，當(dāng)前的固態(tài)電池技術(shù)路徑可以分為聚合物、氧化物、硫化物三類。

當(dāng)前，國內(nèi)頭部企業(yè)多選擇研發(fā)門檻相對較低的氧化物固液混合技術(shù)路線；而日韓企業(yè)（豐田和LG等）大多選擇研發(fā)難度更高但性能提升潛力更大的硫化物固態(tài)電解質(zhì)技術(shù)路線。

在這三個路徑中，固態(tài)電池的電化學(xué)性能、加工難度和經(jīng)濟(jì)性等等都不同，導(dǎo)致各自的優(yōu)缺點(diǎn)都不一。目前很難確認(rèn)哪種路徑能夠占據(jù)主流成為最后的贏家，又或者三種是否都將長期共存。

（2）因?yàn)楣虘B(tài)電池主要革的是電解液的“命”，所以自然可以按照電解質(zhì)被取代程度的不同（在總質(zhì)量中的占比）進(jìn)行分類。如此，市面上固體電池的技術(shù)路徑可以是半固態(tài)、準(zhǔn)固態(tài)、全固態(tài)三種類型。

從研發(fā)、量產(chǎn)難度以成本上講，全固態(tài)>準(zhǔn)固態(tài)>半固態(tài)。所以固態(tài)電池的新產(chǎn)品出現(xiàn)路徑一定也是和所有創(chuàng)新產(chǎn)品一樣是由易到難進(jìn)行的。

最近，寧德時代發(fā)布了號稱創(chuàng)新前沿電池技術(shù)的凝聚態(tài)電池，宣傳的單體能量密度最高可達(dá)500Wh/kg。

據(jù)寧德時代披露，該電池的電解液完全不同于普通液態(tài)鋰離子電池的電解液呈完全100%的液態(tài)狀態(tài)，而是一種半固態(tài)化的膠質(zhì)狀態(tài)——就是一種半固態(tài)電池。該技術(shù)能夠幫助這款電池相對液態(tài)電解質(zhì)鋰電池大幅降低熱失控風(fēng)險(xiǎn)，以及大幅提高能量密度。