近日，東風公司生產(chǎn)的固態(tài)電池汽車全球首發(fā)，固態(tài)電池正式進入量產(chǎn)階段。

新能源車取代燃油車，離不開動力電池的革新。而在電池技術(shù)研發(fā)過程中，固態(tài)電池尤其受到青睞，固態(tài)電池的量產(chǎn)也一直備受期待。

工業(yè)和信息化部近日發(fā)布《免征車輛購置稅的新能源汽車車型目錄》(第五十一批)，由東風公司技術(shù)中心自主開發(fā)的東風風神E70固態(tài)電池車名列其中，獲得免稅許可。這是國內(nèi)首款獲得免稅許可的固態(tài)電池乘用車，標志著東風公司率先開始固態(tài)電池車量產(chǎn)。

2022年1月22日，由東風公司與贛鋒鋰業(yè)合作開發(fā)的東風-贛鋒高比能固態(tài)電池E70示范運營車在江西省新余市全球首發(fā)，東風風神E70在國內(nèi)率先打響固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化“第一槍”。據(jù)了解，首批投放的50輛東風風神E70固態(tài)電池車已完成交付，投放于江西、廣東、浙江、江蘇等四個省份。

東風風神E70固態(tài)電池車的四大性能優(yōu)勢：

(1)安全性方面：東風固態(tài)電池車采用高比能固態(tài)電池，通過穿刺、50%擠壓大變形等嚴苛測試，60℃下可正常放電、熱箱180℃無異常，大幅提升安全性;

(2)可靠性方面：固態(tài)電池系統(tǒng)在防水、防爆、抗震、結(jié)構(gòu)強度等方面也經(jīng)受住嚴苛的實驗環(huán)境，技術(shù)指標領(lǐng)先于行業(yè)水平;

(3)穩(wěn)定性方面：在BMS(電池管理系統(tǒng))算法上實現(xiàn)“量身定制”，系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠;

(4)動力性方面：整車續(xù)航可達426公里，整車試驗累積行駛里程已達到15萬公里，動力性能表現(xiàn)優(yōu)異。

1 什么是固態(tài)電池?

固態(tài)電池就是采用固態(tài)電解質(zhì)的電池，1980年鋰電池之父美國科學家約翰•古迪納夫就提出了固態(tài)電池的概念，被認為是電池的終極形態(tài)。目前，在固態(tài)電解質(zhì)材料方向上，主要有三種技術(shù)路徑：氧化物、聚合物、硫化物。

固態(tài)電池和液態(tài)電池的正負極材料大都相同，正極材料為鈷酸鋰、錳酸鋰、三元材料、磷酸鐵鋰，負極材料基本使用的是石墨。從工作原理上來講，固態(tài)電池與液態(tài)電池也并無區(qū)別。但從結(jié)構(gòu)上看，固態(tài)電解體既充當電解液，又充當隔膜，因此電池安全性更佳，能量密度更高，不存在陰陽極接觸的風險。正因如此，固態(tài)電池的工作電壓范圍也更大，可實現(xiàn)更為快速的充電。

相較于液態(tài)電池，固態(tài)電池的發(fā)熱量很低，不需要特殊的冷卻系統(tǒng)。一般來說，固態(tài)電池的存儲能量密度，是液態(tài)鋰離子電池的2～10倍。

固態(tài)電池發(fā)展路徑

來源：中科院物理所、電動汽車觀察家、興業(yè)證券經(jīng)濟與金融研究院整理

2 固態(tài)電池VS鋰電池

固態(tài)電池和三元鋰電池最大的區(qū)別在于取消了電解液，使用固體電極和固體電解質(zhì)，這樣能大幅提升鋰電池的能量密度，同時縮短充電時間。同樣的電量，固態(tài)電池的體積將變得更小。取消電解液和隔膜能夠徹底杜絕漏液引發(fā)的各種安全問題，從而有效降低自燃概率。

與傳統(tǒng)鋰離子電池相比較，固態(tài)電池的安全性更高，無自燃、爆炸風險;能量密度高于采用相同正負極材料的傳統(tǒng)鋰離子電池。此外，在電解質(zhì)構(gòu)成、成本等方面，固態(tài)電池均比鋰電池占有優(yōu)勢。

表：固態(tài)電池VS鋰電池差異性對比

制表：中國能源網(wǎng)

固態(tài)電池具備哪些優(yōu)點?

相較于傳統(tǒng)鋰電池，固態(tài)電池的容量更大、更安全、充電速度快，沒有腐蝕性問題，使用壽命也更長。由于沒有電解液，固態(tài)電池不存在液態(tài)電解質(zhì)難分離的情況，因此回收起來更加方便。優(yōu)勢顯而易見。

此外，固態(tài)電池擁有更為穩(wěn)定的電解質(zhì)機械和化學特性，靜態(tài)及循環(huán)壽命將得到極大提升;固態(tài)電池具有熱穩(wěn)定性，也不會在低溫凍結(jié)，對溫度不敏感，能在-50℃~200℃溫度保持放電功率，可以較大程度緩解冬季電池容量衰減問題，確保電動車的續(xù)航力。同時因其完全不可燃的特性，BMS溫控組件將不復(fù)存在，因而能夠?qū)崿F(xiàn)多措并舉提升續(xù)航里程;能量密度得以極大提升，預(yù)計可以達到當前三元鋰電池的2～10倍，突破液態(tài)電池極限。

簡單概括，固態(tài)電池主要具有以下四大優(yōu)點：

▌能量密度高;

▌充電速度快;

▌壽命較長;

▌熱穩(wěn)定性佳。

固態(tài)電池的待解問題：

當然，固態(tài)電池仍然不可避免地存在一些需要解決的問題：

(1)高阻抗：固態(tài)電解質(zhì)電池內(nèi)部的離子活性變差(即導電能力變差)。固體和固體間的接觸性差，導致離子內(nèi)部傳輸效率堪憂。當電極表面暴露在空氣中時，電阻會增加，從而降低電池容量和性能。

(2)成本高昂，不易量產(chǎn)：固態(tài)電池在技術(shù)、工藝、材料、成本等方面還存在有待突破的難題，阻礙其大規(guī)模量產(chǎn);由于固態(tài)電池產(chǎn)量少，鋰金屬附件價格偏高，導致當前制造成本較高。

(3)循環(huán)不好：要保證車主們頻繁的充放電使用場景，就要保證足夠的充放電次數(shù)。

(4)高速高效率全固態(tài)電池的制造工藝和裝備尚不成熟。

3 固態(tài)電池的關(guān)鍵技術(shù)

2018年，東風公司技術(shù)中心前瞻研究中心正式成立東風固態(tài)電池項目組，開展固態(tài)電池、固態(tài)電池系統(tǒng)技術(shù)研究。東風風神E70固態(tài)電池車由該中心牽頭研發(fā)。

東風公司不斷實現(xiàn)固態(tài)電池技術(shù)研究的突破，相繼實現(xiàn)了固態(tài)電池、固態(tài)電池系統(tǒng)、固態(tài)電池整車開發(fā)，并按計劃啟動固態(tài)電池車示范運營項目。

東風E70這款電池采用全球領(lǐng)先的固態(tài)柔性隔膜技術(shù)，經(jīng)受住了單體穿刺、50%擠壓大變形等嚴苛測試，同時放電溫度高達60℃，熱箱180℃無異常，電芯本征安全優(yōu)勢突出。該車所搭載的固態(tài)電池模組采用了鋁合金框架、高精度拼縫激光焊接技術(shù)，減少冗余結(jié)構(gòu)，成組效率高達86%以上。

其實，贛鋒鋰業(yè)為東風E70純電動汽車所提供的固態(tài)電池并非嚴格意義上的固態(tài)電池，而是一種半固態(tài)電池，采用的隔膜為固態(tài)柔性隔膜。在贛鋒鋰業(yè)的官方資料中明確指出：目前該公司的電池均采用“固液混合電解質(zhì)”，而真正的固態(tài)電池，尚在與東風集團合作研發(fā)中。不過，贛鋒鋰業(yè)量產(chǎn)的固態(tài)柔性隔膜電池，相比純液態(tài)電解質(zhì)的鋰電池，已然具有更輕薄、能量密度更高，也更加安全的優(yōu)勢。

中國電動汽車百人會副理事長歐陽明高也曾直言，中國的固態(tài)電池技術(shù)與日本最少相差五年，到2030 年中國固態(tài)電池的商業(yè)化應(yīng)用規(guī)模才能達到 1% 左右。

由于半固態(tài)電池在安全和密度方面均有所改進，且擁有固態(tài)電池的部分優(yōu)點，技術(shù)難度比全固態(tài)電池低，研發(fā)速度更快，部分企業(yè)選擇將這一過渡技術(shù)率先進行量產(chǎn)。以贛鋒鋰業(yè)的第一代固態(tài)電池為例，其能量密度在與三元鋰電池相當?shù)耐瑫r，安全性也相對更高。

4 固態(tài)電池前景展望

2019年12月，我國發(fā)布了《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2021-2035)》(征求意見稿)，首次將固態(tài)電池上升到國家層面。文件提出了加強固態(tài)電池研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化進程的要求，到2030年，我國液態(tài)電解質(zhì)將演變?yōu)楣虘B(tài)電解質(zhì)的目標。據(jù)預(yù)測，到2030年，全球固態(tài)電池需求有望達到500GWh，按照專家保守估計，將形成3000億元以上的市場規(guī)模。

追求高能量密度、長壽命、低成本、高安全性是電池行業(yè)永遠的課題。未來的電池技術(shù)也必將經(jīng)過多路徑共同發(fā)展階段。由于在安全性及能量密度等方面極具優(yōu)勢，固態(tài)電池成為新能源汽車的研究重點，因而深受資本青睞，引來各大電池廠商、車企紛紛試水。又因其具有安全輕量、成本合理、支持快充等優(yōu)勢，成為下一代動力電池的最佳選擇，更有望成為燃油車的終結(jié)者。

固態(tài)電池的電池結(jié)構(gòu)設(shè)計正逐漸由減少液體的使用，向無液體的全固態(tài)電池邁進。當然，成本和研發(fā)雙重壁壘還有待突破。要想在技術(shù)上完全走向成熟，固態(tài)電池還需要經(jīng)過一段漫長的發(fā)展階段，但固態(tài)電池大規(guī)模量產(chǎn)是引領(lǐng)新能源汽車技術(shù)潮流的第一步。

來源：中國能源網(wǎng)

文：李穎

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