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风口上的固态电池，该泼一盆冷水

时间:2022-05-11 11:10来源:品玩 作者:JimmyMa
点击: 次
 
       被视为下一代电池的“固态电池”，可能在近5-10年内都无法大规模量产应用。
 
       固态电池是一种使用固态电极与电解质的电池，相较于锂离子电池而言具有更高的能量密度，同时更加安全。因此更加适合电动汽车使用，被视为电动汽车的“救星”，在新能源车逐渐升温的今天，固态电池同样备受资本关注，并获得大量投资。
 
       即便是站在风口上，固态电池的实际情况可能并没那么乐观。近日，专注新能源、电动汽车等领域的韩国研究机构SNE发表了一篇文章，也给固态电池的量产落地泼了一盆冷水。
图源：SNE官网
 
       SNE公司在今年的“下一代电池研讨会”（Next Generation Battery Seminar (NGBS)）上，对全固态电池展开了讨论。该公司认为，依目前的情况来看，全固态电池的产业化还存在诸多问题，可能在2030年前都很难实现大规模量产。
 
       SNE首先指出了固态电解质在技术层面存在的问题。全固态电池如果从电解质的角度来分类，大致可分为硫化物基、氧化物基和聚合物基三类，然而每一类电解质都存在着不同的技术问题。
 
       硫化物基电解质具有较好的离子电导率，但化学稳定性较差，在潮湿环境下易与空气中的水和氧气发生反应，产生有毒气体硫化氢。
 
       氧化物基电解质虽然在空气中具有更好的稳定性，但对制造工艺要求很高，需进行高温烧结陶瓷工艺生产，这种制造方法能耗高且耗时长，且超薄固体电解质片的形式，在批量生产上更是十分困难。
 
       而聚合物基电解质相对与其他两种电解质材料而言要容易制造的多，但问题在于，这类电解质在室温下只能提供10-7S/cm离子电导率，甚至远低于液态电解质10-3S/cm的常规离子电导率。此外，聚合物基电解质的耐高压型也较差，只能适配磷酸铁锂阴级，限制了应用聚合物基电解质电池的能量密度。
 
       其次，SNE则指出了全固态电池的另一大痛点——成本。全固态电池的成本高昂，主要受限于两点，第一是原材料的成本问题，例如锂硫化物的价格是碳酸锂的5-10倍左右；第二则是全固态电池对于生产环境与原材料纯度的要求极高，导致对于生产设备的投资较高。
 
       因此，基于目前的情况来说，SNE预计全固态电池的成本至少是锂离子电池的两倍。这对于本就寻求进一步降低成本的电动汽车而言，倒像是在做背道而驰的事。此外，之前提到的氧化物基与硫化物基电解质均为易碎陶瓷材料，批量生产大尺寸的电解质薄膜可能存在困难，因此全固态电池的量产初期或只能小规模生产，用于一些对于成本容忍度更高的领域。
图源：Solid Power
 
       很明显，全固态电池的量产与应用离我们还很远。但也有不少车企与电池企业提出近期就能将固态电池量产并应用。
 
       事实上，这些企业提到的“固态电池”指的并不是真正的全固态电池，而是一种过渡方案——半固态电池。不过SNE更是“不留情面”的指出了半固态电池的问题。半固态电池并不能提高电池的安全性，因为对于绝大多数的半固态电池而言，固态电解质仅仅涂抹在电极或隔膜的表面，但电池依然依赖于液态电解质来进行锂离子交换，这就意味着半固态电池同样存在由液态电解质所引起的漏液、热失控等安全风险。
 
       最终，需要思考一个问题，我们为什么需要全固态电池？普遍来说，全固态电池更重要的意义在于，能带来更高的能量密度。但针对这一观点，SNE依旧给出了不同的观点。其认为全固态电池如果想要提高能量密度，关键在于用锂金属负极代替石墨负极，而不是电解质的材料。这样一来，固态电解质反而存在劣势，因为固态电解质本身比液态电解质及隔膜厚数倍，势必对电池能量密度造成负面影响。因此如果能够应用锂金属负极，才是决定电池能量密度的关键。
图源：SAMSUNG SDI
 
       电池负极材料的研究也是目前的关键之一，并且拥有使用锂金属、硅等材料代替石墨负极的多种技术路线。以硅负极为例，采用这种负极的锂电池能量密度可翻数倍，但同样存在问题，硅材料在发生反应时体积会严重膨胀与收缩，会影响电池的安全与使用寿命。
 
       因此，在能量密度这件事上，可以说全固态电池与此前的锂电池同样面对负极材料的难题不说，如果负极材料的难题得以解决，全固态电池反而还失去了优势。
 
       那么全固态电池是不是只有安全一个优势了？SNE指出，随着技术的逐渐进步，液态电解质同样变得越来越安全。同时，如果应用于未来的锂金属电池，采用液态电解质同样能实现电池性能的全面提升。更重要的是，如果锂金属电池应用液态电解质，则完全可以基于现有的产业链开发，该产业链已具备实现量产化的坚实基础。
 
       文章的最后，SNE总结道，与其过度炒作全固态电池，不如更多的关注即将到来的锂金属电池，其同样具备高能量密度的优势，以推动电动化的发展。

       *封面图来源于：Solid Power
 
(责任编辑：子蕊)
文章标签： 固态电池
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