鋰電網(wǎng)訊：眾所周知，目前動力電池電芯有幾大重要組成部分，即正負極，隔膜，電解液。市場上的動力電池無論形狀如何，其本質(zhì)上仍屬于液態(tài)鋰離子電池。而所謂的固態(tài)鋰電池是相對于液態(tài)鋰電池而言的，指在電池結(jié)構(gòu)中固態(tài)電解質(zhì)替代了原本的液態(tài)電解質(zhì)和隔膜，這也就導致其結(jié)構(gòu)中幾乎不含任何液體。
蔚來此次發(fā)布所謂的150kwh固態(tài)電池，為半固態(tài)電池的可能性更高，本質(zhì)上是現(xiàn)有液態(tài)電池工藝與不完全成熟的固態(tài)電池技術(shù)結(jié)合，通過將一部分的電解液代替為全固態(tài)電解質(zhì)，其含量從20wt%逐漸下降，并于使用預鋰化硅碳負極得來的折中產(chǎn)品。
全固態(tài)電池與傳統(tǒng)鋰離子動力電池相比到底有哪些優(yōu)勢呢？
a.能量密度相較于以往有大幅提升。在很大程度上，鋰離子電池的能量密度都是由正負極材料共同決定的，而現(xiàn)在正負極材料本身的限制導致其極限能量密度難以達到要求。有資料顯示，固態(tài)電池的電化學穩(wěn)定窗口能達到5V以上，而三元電池在4.2V-4.5V之間，穩(wěn)定窗口的提高意味著其能匹配更加高性能的電極材料，不僅在正極材料中可使用比高鎳三元能量密度更高的富鋰材料，同時也使金屬鋰負極的使用成為可能。在現(xiàn)有的正負極材料體系下300Wh/kg是比較高的能量密度，但是用上鋰金屬負極能達到500Wh/kg以上。使用固態(tài)電池能夠使當前體積利用率從20%-50%的體積利用率提升到80-100%的體積利用率，能量密度可提升40%以上。
b.安全性。長期以來，液態(tài)電解質(zhì)由于其可燃性，在遇到?jīng)_擊時容易發(fā)生泄漏或揮發(fā)，從而引起電池起火爆炸等安全事故。而固態(tài)電池使用不可燃的全固態(tài)電解質(zhì)取代了液態(tài)電解質(zhì)，即便在受到了物理沖擊之后，仍能不冒煙，不起火，不爆炸，安全性能得到極大提高。同時，鋰金屬作為負極材料電池面臨的主要障礙便是其鋰負極在充放電循環(huán)的溶解沉積的過程中，鋰枝晶不斷形成并斷開變成“死鋰”，這部分鋰離子不但不再貢獻電池容量，反而會因為不斷堆積，最終刺穿隔膜導致電池的短路甚至引起電池的爆炸。這便是鋰枝晶現(xiàn)象。而正是由于這一特性，在傳統(tǒng)的液態(tài)電池中，鋰負極的運用面臨著很大的挑戰(zhàn)。但固態(tài)電池可以解決這一問題，由于其電解質(zhì)全部以固態(tài)形式存在，同時隔膜被完全取代，其鋰枝晶的現(xiàn)象得到了足夠的抑制，保障了其安全性。
c.低溫性能強。傳統(tǒng)鋰電池因為其液態(tài)電解質(zhì)的存在，在冬天低溫環(huán)境下易發(fā)生凍結(jié)，電阻升高，實際容量迅速下降。這反映在現(xiàn)實中就是近期許多新能源汽車車主抱怨其愛車在冬季續(xù)航大幅縮水的問題。而固態(tài)電池其理論溫區(qū)更寬，高溫低溫性能均表現(xiàn)優(yōu)異，能有效的防止續(xù)航縮水這種問題的發(fā)生，有數(shù)據(jù)顯示固態(tài)電池在零下40℃-零下80℃仍能正常工作，一舉解決新能源汽車在寒冷地區(qū)的續(xù)航縮水問題。
固態(tài)電池目前的技術(shù)難點：
1.固態(tài)電解質(zhì)的貼合問題。在傳統(tǒng)電解液中，其電解質(zhì)包裹了電池正負極。但由于固態(tài)電池中電解質(zhì)同樣為固態(tài)的原因，其與正負極的接觸面容易產(chǎn)生凹凸不平的接觸面或間隙，導致電池接觸不良，增大量產(chǎn)難度。
2.低電導率。固態(tài)電池中電解質(zhì)與電極材料中的界面是固-固狀態(tài)，因此電極與電解質(zhì)之間的有效接觸減弱，電阻率較高，電導率低，影響其充放電能力。
固態(tài)電池基于其本身對于高能量材料的兼容性，負極材料中金屬鋰的使用，增加對鋰的需求，進一步提升鋰在動力電池中影響力。而鈷和鎳作為兩種在正極材料中負責高能量密度與穩(wěn)定性的金屬，其重要性或發(fā)生根本性的變化。易燃的液態(tài)電解質(zhì)在固態(tài)電池中貝替換為更加安全穩(wěn)定的固態(tài)電解質(zhì)，從而整個電池結(jié)構(gòu)已十分穩(wěn)定的情況下，鈷作為一種主要起穩(wěn)定作用的稀有金屬，需求或大幅下降。另一方面，因追求高能量密度，鎳的需求或提升。
同時，對行業(yè)整體而言，目前的固態(tài)電池行業(yè)壁壘較高，未來對固態(tài)電池的使用或會對行業(yè)造成極大的沖擊，規(guī)模大資金雄厚或者具有先發(fā)優(yōu)勢的企業(yè)或?qū)⒄紦?jù)行業(yè)領先位置，其強大的材料控制能力，與議價能力足夠支撐他們進行進一步研發(fā)，但中小型企業(yè)較難做到這一點，行業(yè)整體格局將會發(fā)生較大的變化。同時由于隔膜電解液的棄用，其相關產(chǎn)業(yè)鏈也會受到?jīng)_擊。
對下游新能源汽車而言，固態(tài)電池由于其較高的能量密度，應用于汽車上會使新能源汽車的續(xù)航里程有著極大的提升，同時其出色的抗低溫性也將會大幅推進其對傳統(tǒng)燃油車的全面替代，同時，其出色的安全性或?qū)е麓埃w機等動力電池新型需求得到極大增長。
總體而言，在《中國制造2025》等文件對動力電池技術(shù)要求不斷提升，預計2020-2030年間能量密度要達到400-500WH/KG的大背景下，目前的液態(tài)鋰離子電池技術(shù)受困于其理論極限已經(jīng)逐漸難以跟上不斷提高的要求，而固態(tài)電池的確是目前最有可能破局的路線。但同時，固態(tài)電池技術(shù)本身還有諸多問題有待解決，仍處于產(chǎn)業(yè)的早期階段，距離量產(chǎn)仍尚遠，而在此次蔚來推出的‘固態(tài)電池’或‘半固態(tài)電池’或?qū)︿嚨仍牧闲枨笥兴鶐?，同時對隔膜電解液需求產(chǎn)生些許沖擊外，對動力電池行業(yè)整體影響較為有限，不過將其運用至主力旗艦車型仍不失為一次積極的嘗試。
