今年尤其是九月以來，國內外發(fā)生了多起電動汽車起火事件，進一步引發(fā)了社會各界對動力鋰離子電池安全性的擔憂。而進入十月后，固態(tài)電池各類消息甚囂塵上，來勢洶洶，仿佛產業(yè)化即將實現(xiàn)，大有從根本上處理動力鋰離子電池安全性問題的態(tài)勢。在筆者看來，固態(tài)電池今朝仍處于搶位布局階段，產業(yè)化還要克服諸多難題，短時間內還難以大規(guī)模使用，尤其是在動力鋰離子電池范疇。

液態(tài)鋰離子電池安全問題難以根治

當前，實現(xiàn)產業(yè)化的鋰離子電池組括全球動力鋰離子電池基本上都是液態(tài)鋰離子電池，其結構緊要包括了正極材料、負極材料、隔膜和電解液。電解液緊要成分為兩種：一種是有機溶劑和電解質（鋰鹽），其中現(xiàn)階段廣泛使用的有機溶劑為碳酸酯系列（包括環(huán)狀碳酸酯如EC、PC，和鏈狀碳酸酯如DMC、EMC）；另一種是聚合物+有機溶劑+電解質（鋰鹽），聚合物大多是小分子聚合物。

不管是哪種電解液，都是有機成分，再加上隔膜，液態(tài)鋰離子電池中易燃物比重較大。在大電流下工作液態(tài)鋰離子電池有可能出現(xiàn)鋰枝晶，從而刺破隔膜導致短路破壞；電解液為有機液體，在高溫下會加劇發(fā)生副反應、氧化分析、出現(xiàn)氣體、發(fā)生燃燒的傾向。

當液態(tài)鋰離子電池受到劇烈沖擊或者電池溫度過高的話，電解液極易燃燒，造成電池起火以及更為嚴重的安全事故。這是液態(tài)鋰離子電池安全性存在的先天不足，盡管通過電池管理系統(tǒng)（有關動力鋰離子電池包來說就是電源管理系統(tǒng)）可以管理、監(jiān)控電池情況，降低事故發(fā)生率，但不能從根本上戒備。

經(jīng)過幾十年發(fā)展，鋰離子單體電池（即一顆電芯+電池管理系統(tǒng)組成）以及幾個單體電池包（如筆記本電池，一般包括4-6個單體電芯+電源管理系統(tǒng)）安全性基本可以保障，事故率大概在千萬分之一甚至更低。但也不能保障不出問題，偶爾可見的手機電池鼓包、爆燃以及筆記本電池召回等報道充足說明了這一點。

而有關動力鋰離子電池而言，由于使用了大量單體電池，除了單體電芯的安全性之外，單體電芯的一致性成為影響動力鋰離子電池安全的重大難題。在鋰離子電池加工過程中，盡管自動化程度較高，但人工解決環(huán)節(jié)依然不少，這一點在我國鋰離子電池加工公司更為顯著。

這些人工環(huán)節(jié)不一定會給單體鋰離子電池帶來安全隱患，但在一定程度上會造成單體鋰離子電池出現(xiàn)不一致，從而給動力鋰離子電池包的電池管理帶來不確定性，新增電池管理難度，成為動力鋰電的安全埋患。

全固態(tài)鋰離子電池被視為理想電源

全固態(tài)鋰離子電池，顧名思義是使用固體電極和固體電解質的鋰離子電池。由于全固態(tài)鋰離子電池的電極和電解質都由固態(tài)物質制成，其固態(tài)電解質不可燃、無腐蝕、不揮發(fā)、不漏液，同時也克服了鋰枝晶現(xiàn)象，即使被加熱到非常高的溫度，也不會著火，因而安全性更高。

全固態(tài)電池將來市場潛力巨大

搭載全固態(tài)鋰離子電池的汽車，自燃概率會大大降低?？梢哉f，是下一代新能源汽車動力鋰離子電池的理想對象。固態(tài)電解質電池將是下一個風口，是新能源電池將來緊要趨勢。相較于傳統(tǒng)鋰離子電池，固態(tài)鋰離子電池的差異在于電解質固態(tài)化，理論上存在一定的優(yōu)點。北京理工大學電動汽車輛國家工程試驗室、我國電工技術學會電動汽車輛專業(yè)委員會委員孫立清表示。

當前，用于固態(tài)鋰離子電池的固態(tài)電解質材料種類緊要有聚合物、氧化物和硫化物三大類。相較液態(tài)鋰離子電池，全固態(tài)鋰離子電池優(yōu)點分明：

一是能量密度更高。全固態(tài)鋰離子電池可以處理許多新型高性能電極材料與現(xiàn)有的電解液體系的兼容性問題，使用金屬鋰來做負極取代石墨負極，可分明減輕負極材料重量，顯著提高電池單體能量密度。在相同能量下，用固態(tài)電解質取代電解液和薄膜，全固態(tài)鋰離子電池更薄且體積更小，這也有助于提高電池單體能量密度。

二是安全性顯著提高。全固態(tài)鋰離子電池以無機固體電解質替代有機電解液，不再要隔膜，就不存在電池溫度升高造成有機物分析燃燒問題，也不會有枝晶刺破隔膜造成短路的現(xiàn)象，從根本上處理了液態(tài)鋰離子電池的安全問題。

三是大大方便了電動汽車使用。由于全固態(tài)鋰離子電池中沒有電解液，運輸、保存將會變得更加容易，在電動汽車等大型設備上使用時，也不要再額外新增冷卻管、電子控件等部件，不僅節(jié)約了成本，還能有效減輕電池系統(tǒng)自身重量。

國內外公司爭相布局

日前，由我國科學院寧波材料技術與工程研究所牽頭承擔的納米先導專項全固態(tài)電池課題日前通過驗收，緊要開發(fā)了一系列高性能固態(tài)電解質材料、基于原位固態(tài)化的混合固液電解質電芯以及全固態(tài)鋰離子電池單體，沖破了從材料研發(fā)到電池集成的相關技術。

贛鋒鋰業(yè)宣布進入固態(tài)電池范疇

在納米先導專項全固態(tài)電池課題基礎上，江西贛鋒鋰業(yè)股份有限公司在寧波投資5億元人民幣，籌建億瓦時固態(tài)動力鋰離子電池加工線，開展第一代產品在新能源汽車用戶的推廣和市場投放。

這只是近些年來全固態(tài)鋰離子電池產業(yè)化推進的一個縮影。目前，全球多個國家都在布局全固態(tài)電池技術研發(fā)，力爭在將來鋰離子電池市場競爭中搶得先機其中。越來越多的國內外公司和研究機構將重心聚集到了全固態(tài)鋰離子電池上，也有不少汽車廠商都透露過基于全固態(tài)鋰離子電池打造電動汽車的計劃。

比如，大眾曾宣布計劃研發(fā)續(xù)航1000km固態(tài)電池；豐田汽車預計2022年完成固態(tài)電池的研發(fā)工作，并計劃于2030年實現(xiàn)量產；日本經(jīng)濟省更是在2017年宣布出資16億日元，聯(lián)合豐田、本田、日產、松下、GS湯淺、東麗、旭化成、三井化學、三菱化學等國內優(yōu)秀產業(yè)鏈力量，共同研發(fā)固態(tài)電池，希望2030年實現(xiàn)800公里續(xù)航目標。

豐田固態(tài)電池進展迅速

三星、蘋果、戴森、奔馳等產業(yè)巨頭也紛紛布局涉足全固態(tài)鋰離子電池研發(fā)；寶馬電池合作伙伴同時也是主打全固態(tài)鋰離子電池的SolidPower近期獲得2000萬美金融資；今年早些時候Fisker公布了一項全新的固態(tài)電池技術，近期又宣稱與CaterpillarVentures正式攜手合作，緊要將合力研發(fā)固態(tài)電池。

國內眾多科研院所以及骨干公司也在積極布局。中科院上海硅酸鹽研究所、中科院大連化學物理研究所、清華大學、中科院物理所、武漢大學、華中科技大學等單位都在加快全固態(tài)電池研究，均取得了一定進展。中科院物理所與北京衛(wèi)藍新能源科技有限公司合作，在江蘇溧陽成立了江蘇衛(wèi)藍新能源電池有限公司，正在建設電池中試線。

眾多難題尚需克服

然而，全固態(tài)鋰離子電池想要實現(xiàn)產業(yè)化，尚需處理多重難題：一是要沖破高性能固態(tài)電解質。電解質材料是全固態(tài)鋰離子電池技術的核心，其性能決定了電池性能。

目前固態(tài)電解質的研究緊要聚集在三大類材料：聚合物、氧化物和硫化物。聚合物高溫性能好，已經(jīng)有商業(yè)化的使用案例；氧化物循環(huán)性能良好，適用于薄膜柔性結構；硫化物電導率最高，是將來緊要方向。

但聚合物耐溫性不夠，穩(wěn)定性較差、離子電導性偏低。氧化物抗阻能力比價強，但離子電導性也無法達到要求。硫化物雖然電導性不錯，又由于材料穩(wěn)定性不佳，導致離子傳輸性能欠缺。

整體來看，固態(tài)電解質材料研發(fā)要沖破以下幾點：鋰離子導電率要維持在在適當?shù)乃剑荒苓^高，也不能過低；電解質內阻要小；電解質材料穩(wěn)定性要高；滿足高倍率、快充等要求。

二是要沖破全固態(tài)電池制造技術。鋰離子電池制造是個系統(tǒng)工作，雖然個頭不大，但要處理多方面的問題，包括電池體系設計、正負極材料與固態(tài)電解質的界面相容性、長期循環(huán)過程中的體積效應、電池穩(wěn)定性和安全性等。尤其是在電池穩(wěn)定性和安全性，試驗室探測是一方面，真正考驗還要在長期使用過程中，這要較長周期。

另外，固態(tài)電池加工技術不能采用已經(jīng)十分成熟的液態(tài)電池制造技術，要大家重新摸索，而且還要實現(xiàn)電池制備效率、電池性能、一致性等要求，難度不小。盡管目前已經(jīng)固態(tài)鋰離子電池開始問世，但這些都還是試驗室或者中試產品，離產業(yè)化還有較大距離。

固態(tài)電池市場化尚需時日

三是要沖破規(guī)?；庸ぜ夹g。液態(tài)鋰離子電池能夠占據(jù)消費電子產品、電動汽車等使用市場的主導地位，除了性能優(yōu)越之外，成本優(yōu)點不可或缺，其中規(guī)模化加工技術發(fā)揮了巨大用途。

液體鋰離子電池產業(yè)化到今朝將近30年，其規(guī)?；庸ぜ夹g已經(jīng)非常成熟，但成本仍需進一步下降，以滿足電動汽車需求。全固態(tài)電池要想在市場上站穩(wěn)腳跟，要盡快沖破規(guī)?；庸ぜ夹g，加快普及速度，顯著降低加工成本，下游市場才有可能接受。

綜合來看，安全性高、能力密度潛力大的固態(tài)電池必然是下一代電池的發(fā)展方向，但產業(yè)化還為時尚早。國家新能源汽車重點科技專項首席專家歐陽明高院士曾表示，預計全固態(tài)鋰離子電池會在2025－2030年之間取得沖破。

今年五月，豐田動力總成部門的總經(jīng)理ShinzuoAbe透露：豐田期待在2020年以后能制造出固態(tài)電池，但若要實現(xiàn)固態(tài)電池的量產，還要等到2030年以后。