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引言：今年以来，全固态电池的新闻越来越多。先是Fisker宣称开发充电1分钟、行驶500公里的固态电池，然后是宝马宣称与SolidPower合作开发下一代电动车用固态电池，现在丰田又宣称将在2020年代前半（即2025年前）实现全固态电池的实用化。如果这些成为现实，将会完全改写现有的动力电池市场竞争格局。 疑问1-什么是全固态电池？ 全固态电池是指电池正负极之间没有浸润电解液，仅仅包含一种隔离膜的电池。这种电池的隔离膜中含有固态电解质，除了聚合物系电池，这种电池的隔离膜与现有隔离膜材料差异非常大。 疑问2-为什么可以不需要电解液？ 例如Li离子2次电池的代表性电池摇椅型电池（也称为羽毛球型电池），与传统的铅酸、镍氢、镍镉电池相比，由于不需要发生电解液与电极间的氧化还原反应，所以从原理上来说本身就是不需要电解液的。现有的锂离子2次电池使用电解液（液态）仅仅是作为Li离子在电极间往返的通路，而全固态电池则是通过包含固态电解质的隔离膜直接实现了Li离子的往返通过。 疑问3-为什么当下全固态电池成为热门话题？ 固态电解质的研究实际上从20多年前就已经开始了，但由于超越电解液又能使Li离子顺畅往返的通路很难实现，至2011年以后才相继有所突破。而现在电动汽车在全球掀起热潮，所以相当于Li离子高速道路的全固态电池成为了方向。 图片说明：使用电解液的Li离子2次电池阶段，Li离子在电解液中游泳似的移动，如果达到一定高的电压则内部阻抗会急剧增大；而目前的全固态电池则相当于使Li离子从水上通道实现了路上通道，虽然由于电极与固态电解质的接触面狭窄导致界面阻抗值非常大，通过的锂离子速度仍然有限。而将来的全固态锂离子电池，则相当于使Li离子上了高速公路，即使采用高电压，内部阻抗也不会增加，可以轻松地实现高输出功率。 疑问4-锂离子通路固态化的优势与课题是什么？ 优势： l 提高安全性（电解液漏液或挥发、以及起火的危险消失） l 数分钟内能实现80~90%充电的超快速充电 l 打开了能量密度大幅提升的大门 l 自放电大幅降低 l 电池设计自由度增加，可能实现多层化 l 可实现柔性调整 l 可在基材上使用能实现表面封装的原材料与零件 图片为台湾ProLogium公司的柔性陶瓷电池，自放电非常小，据说使用1年后能维持90%的容量。 课题： n 面向电动汽车的高性能产品，存在不同于电解液漏液的其他安全性问题（目前通路性能好的材料都是易燃材料）。 n 某些材料组合，电极与电解质的界面阻抗依然很大。 n 面向电动汽车的高性能全固态电池产品的量产技术目前尚未确立
疑问5-为什么通路是固体的话能量密度就能提高？ 理由1：能使用高能量密度，高电压的电池材料。通过固态化电解质，电极材料不容易溶解；此外，在电解液中无法使用但在固态电解质中可以利用，并且电化学稳定性大幅升高的材料有很多，因此采用输出电压高，且电流容量密度高的正负极材料成为了可能。 理由2：实现了组装简单化。没有漏液，提高了安全性，实现了包装或者确保安全的相关夹具、冷却装置的简单化，相同容量下电池变得更加灵巧。 理由3：崭新的电池设计成为可能。将电极与固体电解质同时减薄，然后进行多层积层等的设计成为可能，从而使得电极的活性物质利用效率大幅提升。
关于理由2与3，有报道提到理论上即使使用现有的电极材料，也可能实现现有电池约2倍的体积能量密度。
示例： l 正极采用硫磺、负极采用金属Li的全固态Li-S电池 l 采用5V级的正极材料的全固态电池（FDK与富士通研究所开发的焦磷酸钴锂等（Pyrophosphoric acid）材料。
长期以来，丰田一直声称电动车的使用受限，推崇氢燃料电池为最佳的零排放技术。但由于中国日益严格的排放法规压力，丰田不得不开始启动2020年纯电动车计划。 日本“中日新闻”报道（援引路透社）丰田正在为未来的电动车开发固态电池。使用下一代技术的第一辆车将在2022年初推出，该电动车将在一个全新的平台上进行开发。相比于目前的锂离子电池，丰田的固态电池能够提供更大的续航里程。最重要的是，充电时间只要几分钟（目前使用锂离子电池的电动车即使快充也需要20-30分钟，并且续航里程只有300-400公里）。丰田希望能在21世纪20年代早期将全固态电池商业化，以此来弥补丰田与日产、特斯拉等电动车领先企业之间的差距。 对于丰田固态电池是否能如其所愿那样实现商业化，业界有不同看法。特斯拉首席执行官JB Straubel指出：“公司对固态电池技术保持谨慎乐观的态度，目前特斯拉已测试了大量的单节固态电池样品，但据其预计，这并不会对特斯拉的电池战略造成改变”。更多的业内人士指出固态电池的发展还处于早期阶段，距离商业化还有很长一段路要走。四部委印发的《促进动力电池产业发展行动方案》中，更是明确了到2020年，锂离子动力电池单体要达到300Wh/kg，这对于动力电池来说绝非易事。尽管如此，固态电池前景依然令人向往。 简单概括，固态电池最明显的优势就是能量密度更高、更安全。其缺点同样明显：内阻较大，充电速度慢，且成本总体偏高。 固态电池一旦正式实现产业化，新能源产业将会迎来新的飞跃，锂电技术格局也将被颠覆。目前丰田、松下、三星、LG、博世、宁德时代等企业也纷纷加快了对固态电池的战略布局。 NE研究院对部分企业固态电池战略布局情况进行了整理，如下： 面对如此激烈的市场竞争及布局，我们且看电池企业的各显神通。后续，固态电池的进展情况我们将持续给您做更多的分析和整理。 来源：NE时代 |
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