固態電池是怎樣的技術?能否全面取代鋰電池？

這個問題其實要分開的兩部分回答，在討論它能不能取代目前最主流的鋰電池之前，我們應該先弄清楚，什么是固態電池。顧名思義，固態電池也就是說電池內部物質不以液體或氣體的形式存在，而是全部為固體形式。目前市面上最為常見的鋰電池內部組成部分包括正極、負極、隔膜、電解液、結構殼體等，而其中要讓電流在電池內部傳導主要依靠電解液。而固態電池則是把這里面的隔膜和電解液更換為固態的電解質材料。這里需要注明，大家討論的固態電池其實大部分是全固態鋰離子電池和全固態金屬鋰電池，但由于固態電解質與不同的新型高比能電極體系(如鋰硫體系、金屬-空氣體系等)具有廣泛適配性，所以固態電池也包括了全固態鋰硫電池等。對于電池行業來說，固態電池并不是一個陌生概念了。早在2012年蘋果公司就已經開始了全固態電池技術的專利布局，隨后包括豐田在內的一些知名廠商（查成交價|參配|優惠政策）也在這個領域有所投入，去年底，電池行業的巨頭日立公司也表示已經完成了固態電池的研發，在未來三年量產上市；而豐田則在研發它的首款采用固態電池的純電動汽車。大概明白了固態電池的技術原理之后，我們不妨分析一下，它在未來能否取代鋰電池，成為新一代的主流電池技術？必須指出的是，鋰電池雖然是目前最主流的技術之一，但它始終存在能量密度低、安全級別不高的問題。目前純電動汽車無法大范圍普及，最主要的一個原因是鋰電池的能量密度降低，制約了續航里程（查成交價|參配|優惠政策）的提升，再者即便是大量使用了快充技術，鋰電池的充電時間也是有瓶頸的，無法徹底達到消費者的期許。而由于鋰電池采用的電解液傳導的架構，存在造成短路引燃、離子濃度差增大電池內阻、電極材料持續消耗等問題。另一方面，鋰離子電池在40 度以上的高溫下壽命會急劇縮短，安全性能受到極大影響，因此鋰離子電池的熱管理至關重要。比起鋰電池，固態電池似乎有著不可取代的優勢。第一， 由于固態電池內部所有材質都由固態形式存在，穩定性與安全性更好；第二，固態電池具更高的離子電導率和機械強度，因此可以實現更高的能量密度。固態電池的能量密度一般是鋰電池的兩倍，這直接決定了純電動汽車的續航里程，如果說目前鋰電池的純電動汽車續航瓶頸只在500公里左右，那么采用了固態電池的純電動汽車續航焦慮基本能徹底解決。比如美國菲斯科公司就曾經公布了一項固態電池技術：續航804公里，充電只需要1分鐘。第三，固態電池由于可以做到更小更輕的體積，同時能夠根據需求調整電池的形狀，因此在純電動汽車的電池布局上可以做到更靈活，不至于侵占太多的車內空間，車身重量的問題也能得到解決。這樣看來，固態電池已經有了全面取代鋰電池的潛質。不過，固態電池同樣有著繞不開的缺點：現階段固態電池的成本依然高昂，而且生產速度慢，由于目前固態電池仍在研發階段，大規模的商業化生產在短期內難以實現。而更重要的是，雖然固態電池的充電時間將會比鋰電池縮減一倍，但由于固態電池的性能受溫度影響，常規狀態下難以實現快充功能。因此，可以認為固態電池是未來電池技術發展的一個必然方向，但要全面取代鋰電池，還需一段長時間的努力和驗證。