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> 受“里程焦虑”和安全问题困扰的锂离子电池是电动汽车取得市场突破的最大瓶颈。业界认为固态电池最有可能成为下一代动力电池。
总部位于台湾的固态电池初创公司慧能科技最近高调宣布，将在2021年前实现固态电池的大规模生产。去年8月，我们还与威来签署了合作备忘录，为威来定制和生产“MAB”固态电池组。这甚至比丰田还大，丰田已经培育固态电池很多年了。
不过，宁德时代电池开发负责人最近表示，宁德时代的全固态电池仍在开发中，样品已经制作出来，但要实现商业化，可能要到2030年后。
一方面是后起之秀的远大抱负，另一方面是锂电池巨头的谨慎保守主义。被称为下一代动力电池的固态电池将在明年大量生产，还是要等10年？
“固态电池”是一颗冉冉升起的新星。
自1991年索尼公司将含液态电解质的锂离子电池引入电子设备应用以来，液态锂电池已经成为最成熟、应用最广泛的技术路线之一。它主要由正极、负极、隔膜和电解液组成。锂电子通过电解液在电池的正极和负极之间来回流动，从而完成充电和放电过程。
固态电池的基本原理与液态锂电池相似，但选用固体电解质(锂和钠制成的玻璃化合物作为导电物质)代替隔膜和电解质。这种差异会带来什么不同？
首先是能量密度的增加。
由于能量密度的增加主要受到材料的限制，科学界认为锂离子电池正接近极限。2019年的宁德时代以及比亚迪推出的CTP技术和刀片式电池技术都是基于其他方面，如组成和系统。
事实上，使用固体电解质本身不会直接增加电池的能量密度。
液体电解质与正负电极材料可以全面包裹接触，接触面积越大，电阻值越小。由于接触表面不如液体好，固态电池需要更多的电解质以获得更低的电阻。
以这种方式，电池的体积比通常将高于使用液体电解质的电池的体积比，并且如果其他的不改变，能量密度将改为低于液体电解质电池的能量密度。
显著提高固态锂电池能量密度有两个主要秘密:
(1)使用锂金属作为负极。
目前，锂离子电池负极主要由石墨制成，但石墨负极的最大容量只有370 ah/g左右，为了增加石墨的容量，会添加一些硅，但这很容易导致电池膨胀。
锂金属的容量是石墨的三倍多。为什么锂电池现在不用锂金属？
因为一旦金属锂被用作负电极，在充电时锂离子返回负电极期间容易产生“枝晶”问题。锂离子会在锂金属表面“发芽”，如果细枝刺破薄膜然后着火，它们很容易短路。因此，研究人员选择容量低但不易引起锂离子“枝晶”问题的石墨作为负极。
如果电解质变成固体电解质，锂离子将失去长“树枝”的空范围，完美地解决了安全问题。
例如，这两个大袋子里的锂离子越多，能量密度就越高。如果传统锂电池像手提包一样，那么固体锂电池就是袋子。
(2)阳极材料的选择越来越多。
电解质相对于电解质的另一个主要优点是，在更宽的电压范围内，电解质不参与化学反应，但允许锂离子扩散通过。这样，可以选择具有较大容量的正电极材料或具有较高电压差的正电极和负电极材料来提高能量密度。
第二个区别是安全性的提高。
如果传统锂电池过度充电或受到冲击，或者隔膜质量差，很容易导致短路和火灾。然而，固体电解质具有不易燃、不腐蚀、不挥发、不漏液等优点，安全性能大大提高。如果将其应用于电动汽车，可以节省电池组、冷却系统和其他系统，节省空房间，减轻重量，进而提高电动汽车的耐久性。
此外，它还具有循环次数多、造型丰富、重量轻、灵活性好、体积小的优点。
老鼠和老虎分不清愚蠢和愚蠢
这种神奇的产品什么时候能大量生产？
事实上，慧能和宁德可能是对的。但是要密切注意他们的话。前者使用“固态电池”，而后者使用“全固态电池”。这两个概念只有一个词不同，但它们是完全不同的。
“固态电池”不一定使用所有固体电解质。它可能是液体和固体的混合物。不同的制造商有不同的混合比例。
“全固态锂电池”是一种在工作温度范围内使用的电极和电解质材料为固态且不含任何液体成分的锂电池。它的全称是“全固态电解质锂电池”。只有它具有上述所有优点。其他几个技术方向只是在当前锂离子电池技术的基础上有所改进。
目前，市场上大量生产的“固态电池”大多是“固态锂离子电池”。这两个概念有什么异同？“固体锂离子电池”的电解质是固体，但在电池芯中有少量的液体电解质。让我们把它们作为“全固态锂电池”的脚注，这是最终目标。
因此，市场上常用的“固态电池”和“固态锂离子电池”应统称为“准固态电池”，或者将固态电解质和液态电解质混合，或者将电池芯与固态和液态混合，具有不同的特定比例。
这种文字游戏让每个人都有点傻和困惑，并漫不经心地认为人类即将拥抱一种颠覆性的技术。
各国固态电池的发展方向略有不同。美国由小公司和初创公司主导。此前，更著名的Sakit3于2015年被英国的Dyson(吹风机制造商)收购。另一个是Soid国家，与宝马有合作关系。这些基于颠覆性技术的初创公司正走向“全固态电池”。
中国、日本和韩国基本上选择了更可靠的“固态锂离子电池”多年来一直致力于固态电池的丰田计划在2020年东京奥运会上推出商用产品，并在2022年实现大规模生产。然而，丰田使用石墨阳极、硫化物电解质和高压阳极的组合。正负极变化不大，只有隔膜和电解液被电解液代替。
因此，丰田并没有生产全固态锂金属电池，而是生产固态锂离子电池。毕竟，亚洲拥有最大、最完整的锂离子电池产业链，这一产业链不可能马上被拆除。
简而言之，慧能高调的声明可能没有错，但明年的大规模生产将只是相对保守的固态锂离子电池。然而，宁德时代高浓度开发的“全固态电池”必须首先克服两大问题:固体电解质材料的离子电导率低；由于各种材料在充放电过程中的体积膨胀和收缩，界面易于分离。
一项颠覆性的技术可能值得等待十年！
