固态电池进入量产阶段，能否全面取代液态电池？

近日，东风公司生产的固态电池汽车全球首发，固态电池正式进入量产阶段。

新能源车取代燃油车，离不开动力电池的革新。而在电池技术研发过程中，固态电池尤其受到青睐，固态电池的量产也一直备受期待。

工业和信息化部近日发布《免征车辆购置税的新能源汽车车型目录》(第五十一批)，由东风公司技术中心自主开发的东风风神E70固态电池车名列其中，获得免税许可。这是国内首款获得免税许可的固态电池乘用车，标志着东风公司率先开始固态电池车量产。

2022年1月22日，由东风公司与赣锋锂业合作开发的东风-赣锋高比能固态电池E70示范运营车在江西省新余市全球首发，东风风神E70在国内率先打响固态电池产业化“第一枪”。据了解，首批投放的50辆东风风神E70固态电池车已完成交付，投放于江西、广东、浙江、江苏等四个省份。

东风风神E70固态电池车的四大性能优势：

(1)安全性方面：东风固态电池车采用高比能固态电池，通过穿刺、50%挤压大变形等严苛测试，60℃下可正常放电、热箱180℃无异常，大幅提升安全性;

(2)可靠性方面：固态电池系统在防水、防爆、抗震、结构强度等方面也经受住严苛的实验环境，技术指标领先于行业水平;

(3)稳定性方面：在BMS(电池管理系统)算法上实现“量身定制”，系统稳定、可靠;

(4)动力性方面：整车续航可达426公里，整车试验累积行驶里程已达到15万公里，动力性能表现优异。

1 什么是固态电池?

固态电池就是采用固态电解质的电池，1980年锂电池之父美国科学家约翰•古迪纳夫就提出了固态电池的概念，被认为是电池的终极形态。目前，在固态电解质材料方向上，主要有三种技术路径：氧化物、聚合物、硫化物。

固态电池和液态电池的正负极材料大都相同，正极材料为钴酸锂、锰酸锂、三元材料、磷酸铁锂，负极材料基本使用的是石墨。从工作原理上来讲，固态电池与液态电池也并无区别。但从结构上看，固态电解体既充当电解液，又充当隔膜，因此电池安全性更佳，能量密度更高，不存在阴阳极接触的风险。正因如此，固态电池的工作电压范围也更大，可实现更为快速的充电。

相较于液态电池，固态电池的发热量很低，不需要特殊的冷却系统。一般来说，固态电池的存储能量密度，是液态锂离子电池的2～10倍。

固态电池发展路径

来源：中科院物理所、电动汽车观察家、兴业证券经济与金融研究院整理

2 固态电池VS锂电池

固态电池和三元锂电池最大的区别在于取消了电解液，使用固体电极和固体电解质，这样能大幅提升锂电池的能量密度，同时缩短充电时间。同样的电量，固态电池的体积将变得更小。取消电解液和隔膜能够彻底杜绝漏液引发的各种安全问题，从而有效降低自燃概率。

与传统锂离子电池相比较，固态电池的安全性更高，无自燃、爆炸风险;能量密度高于采用相同正负极材料的传统锂离子电池。此外，在电解质构成、成本等方面，固态电池均比锂电池占有优势。

表：固态电池VS锂电池差异性对比

制表：中国能源网

固态电池具备哪些优点?

相较于传统锂电池，固态电池的容量更大、更安全、充电速度快，没有腐蚀性问题，使用寿命也更长。由于没有电解液，固态电池不存在液态电解质难分离的情况，因此回收起来更加方便。优势显而易见。

此外，固态电池拥有更为稳定的电解质机械和化学特性，静态及循环寿命将得到极大提升;固态电池具有热稳定性，也不会在低温冻结，对温度不敏感，能在-50℃~200℃温度保持放电功率，可以较大程度缓解冬季电池容量衰减问题，确保电动车的续航力。同时因其完全不可燃的特性，BMS温控组件将不复存在，因而能够实现多措并举提升续航里程;能量密度得以极大提升，预计可以达到当前三元锂电池的2～10倍，突破液态电池极限。

简单概括，固态电池主要具有以下四大优点：

▌能量密度高;

▌充电速度快;

▌寿命较长;

▌热稳定性佳。

固态电池的待解问题：

当然，固态电池仍然不可避免地存在一些需要解决的问题：

(1)高阻抗：固态电解质电池内部的离子活性变差(即导电能力变差)。固体和固体间的接触性差，导致离子内部传输效率堪忧。当电极表面暴露在空气中时，电阻会增加，从而降低电池容量和性能。

(2)成本高昂，不易量产：固态电池在技术、工艺、材料、成本等方面还存在有待突破的难题，阻碍其大规模量产;由于固态电池产量少，锂金属附件价格偏高，导致当前制造成本较高。

(3)循环不好：要保证车主们频繁的充放电使用场景，就要保证足够的充放电次数。

(4)高速高效率全固态电池的制造工艺和装备尚不成熟。

3 固态电池的关键技术

2018年，东风公司技术中心前瞻研究中心正式成立东风固态电池项目组，开展固态电池、固态电池系统技术研究。东风风神E70固态电池车由该中心牵头研发。

东风公司不断实现固态电池技术研究的突破，相继实现了固态电池、固态电池系统、固态电池整车开发，并按计划启动固态电池车示范运营项目。

东风E70这款电池采用全球领先的固态柔性隔膜技术，经受住了单体穿刺、50%挤压大变形等严苛测试，同时放电温度高达60℃，热箱180℃无异常，电芯本征安全优势突出。该车所搭载的固态电池模组采用了铝合金框架、高精度拼缝激光焊接技术，减少冗余结构，成组效率高达86%以上。

其实，赣锋锂业为东风E70纯电动汽车所提供的固态电池并非严格意义上的固态电池，而是一种半固态电池，采用的隔膜为固态柔性隔膜。在赣锋锂业的官方资料中明确指出：目前该公司的电池均采用“固液混合电解质”，而真正的固态电池，尚在与东风集团合作研发中。不过，赣锋锂业量产的固态柔性隔膜电池，相比纯液态电解质的锂电池，已然具有更轻薄、能量密度更高，也更加安全的优势。

中国电动汽车百人会副理事长欧阳明高也曾直言，中国的固态电池技术与日本最少相差五年，到2030 年中国固态电池的商业化应用规模才能达到 1% 左右。

由于半固态电池在安全和密度方面均有所改进，且拥有固态电池的部分优点，技术难度比全固态电池低，研发速度更快，部分企业选择将这一过渡技术率先进行量产。以赣锋锂业的第一代固态电池为例，其能量密度在与三元锂电池相当的同时，安全性也相对更高。

4 固态电池前景展望

2019年12月，我国发布了《新能源汽车产业发展规划(2021-2035)》(征求意见稿)，首次将固态电池上升到国家层面。文件提出了加强固态电池研发和产业化进程的要求，到2030年，我国液态电解质将演变为固态电解质的目标。据预测，到2030年，全球固态电池需求有望达到500GWh，按照专家保守估计，将形成3000亿元以上的市场规模。

追求高能量密度、长寿命、低成本、高安全性是电池行业永远的课题。未来的电池技术也必将经过多路径共同发展阶段。由于在安全性及能量密度等方面极具优势，固态电池成为新能源汽车的研究重点，因而深受资本青睐，引来各大电池厂商、车企纷纷试水。又因其具有安全轻量、成本合理、支持快充等优势，成为下一代动力电池的最佳选择，更有望成为燃油车的终结者。

固态电池的电池结构设计正逐渐由减少液体的使用，向无液体的全固态电池迈进。当然，成本和研发双重壁垒还有待突破。要想在技术上完全走向成熟，固态电池还需要经过一段漫长的发展阶段，但固态电池大规模量产是引领新能源汽车技术潮流的第一步。

来源：中国能源网

文：李颖