隨著全球新能源汽車市場向著更長續航里程的方向發展，車企開始尋求更高性能和更安全的動力源，而在目前已經獲得突破性進展的技術中，鋰金屬固態電池則被認為是下一代新能源汽車用動力電池的發展方向。
事實上，與當前處於新能源汽車主流的鋰電池不同，推動固態電池走向市場的主角不再是電池企業，而是車企。固態電池有可能實現電動汽車性能和安全性的重大提升，也成為汽車製造商們研究這項技術的主要原因。
車企巨頭髮力固態電池
近日，在固態電池方面公佈最新成果的是大眾集團，該公司週四宣佈斥資1億美元投資硅谷電池研究公司QuantumScape，並組建一家合資企業，目標是將固態電池商業化。
大眾集團的目標是計劃到2025年開始生產固態電池。大眾集團表示，與目前的鋰離子電池尺寸相似的固態電池可以提供與傳統的汽油動力汽車相當的續航里程範圍。一次充電就可以接近500（800公里）英里，根據美國環保局的評估標準，2017款大眾e－Golf的35.8千瓦時鋰離子電池僅提供119英里（191.5公里）的續航里程，用固態電池取代鋰電池，在保證整車輕量化的同時，大大提升了續航里程。
研究人員表示需要克服兩個主要障礙。首先是讓固態電池能夠提供汽車應用所需的高性能，其次是大規模生產汽車工業所需的電池。大眾集團表示，在QuantumScape固態電池裝置的早期測試中，它能夠讓樣機以汽車動力的速度運行。
事實上，把目光投向固態電池的不只是大眾，日本車企發力的程度也是毫不遜色。
日本汽車巨頭豐田公司早在去年12月就表示，計劃在2020年開始生產固態電池。而日本新能源產業技術綜合開發機構上週更是宣佈，該國部分企業及學術機構將在未來5年內聯合研發下一代電動車全固態鋰電池，力爭早日應用於新能源汽車產業。
該項目預計總投資100億日元（約合5.8億元人民幣），豐田、本田、日產、松下等23家汽車、電池和材料企業，以及京都大學、日本理化學研究所等15家學術機構將共同參與研究，計劃到2022年全面掌握全固態電池相關技術。
全固態電池達到產業化臨界點
那麼，為什麼在鋰電池大行其道的當下，眾多車企開始紛紛佈局固態電池呢？
這要得益於固態電池的特性，固態電池最大的優勢在於其能達到更高的能量密度和更好的安全性。
據業內專家介紹，固態電解質（尤其是以玻璃或陶瓷電解質為代表）大多數擁有較寬的電化學窗口，因此其可以兼容更多高電壓正極材料（比如高鎳正極，鎳錳尖晶石正極等）；不僅如此，全固態電池良好的安全性（優勢一）、高電壓化還可以讓電池管理系統BMS更為簡化，因此最後裝車的電池系統能量密度。
其第二個優勢就在於輕薄和體積小，使用全固態體系，有望降低隔膜和電解質的比例。負極如果想要鋰金屬化，使用具有良好力學和化學穩定特性的固體電解質，可以使電池能量密度與體積密度都得到明顯提升。
因此，同樣的電量，固態電池體積將變得更小。不僅如此，固態電池中由於沒有電解液，封存變得更加容易，在汽車等大型設備上使用時，也不需要再額外增加冷卻管、電子控件等，在節約成本的同時還減輕自身重量。
全固態鋰電池結構裡沒有氣體和液體，所有材料都以固態形式存在，高密度性、高安全性等性能使其與傳統液態電池相比更具優勢，在新能源汽車領域應用前景廣闊。此前，工信部等四部委印發的《促進汽車動力電池產業發展行動方案》明確提出，加大投入研發新的動力鋰電體系，其中就包括固態電池等新型電池。
值得注意的是，在鋰金屬固態電池的研究上，已經有公司實現了產業化。在OFweek 2018（第二屆）中國動力鋰電池技術及應用研討會上，美國麻省固體能源公司（SolidEnergy） 的創始人兼CEO胡啟朝就介紹了其能量密度可達500瓦時/千克的電池應用情況。
“鋰金屬在性能上可以超過石墨和硅碳負極，而且可以做的體積更小。”胡啟朝介紹，控制鋰枝晶技術，基於固態電解液的方案能在很大程度上解決了壽命衰減的難題。但目前，固態鋰金屬電池成本還比較高，更適用於輕量化和不太注重於成本的應用領域。
截至目前，SolidEnergy 是全球唯一一家可以實現500Wh/kg以上批量生產供貨電池企業，其產品應用在空間、國防和高端無人機領域。
在國內的動力電池企業中，寧德時代已在固態電池的儲備研發上進行佈局，其在固態電池上的解決思路是對正極材料做了一些保護，可以提高兼容的性能。目前寧德時代做的鋰金屬固態電池能做到300周循環以上剩餘82％電量。
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