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編者按：在所有新形態(tài)的電池技術(shù)中，固態(tài)電池是被認(rèn)為是最接近量產(chǎn)化的產(chǎn)品，其高能量密度、高電壓甚至可彎曲的特性，相比傳統(tǒng)動(dòng)力電池實(shí)現(xiàn)跨步。目前其也正在建立固態(tài)電池Gigafactory工廠，預(yù)計(jì)將在2020年正式投產(chǎn)，這也是一個(gè)固態(tài)電池的量產(chǎn)信號(hào)。

電池技術(shù)一直以來(lái)都是當(dāng)下很多消費(fèi)品進(jìn)行下一步迭代的關(guān)鍵，它直接掐住了產(chǎn)品在續(xù)航以及便攜能力上的脈門，它任何一小步的推進(jìn)，都是消費(fèi)產(chǎn)品一大步的提升。當(dāng)然其對(duì)于汽車而言也是無(wú)比關(guān)鍵的，在向電氣化轉(zhuǎn)型的過(guò)程中，新能源汽車的動(dòng)力電池能否得到質(zhì)變提升，將直接影響汽車在下一個(gè)十年的發(fā)展節(jié)奏。

此前，豐田官方就曾提到過(guò)在所有新形態(tài)的電池技術(shù)中，固態(tài)電池是被認(rèn)為是最接近量產(chǎn)化的產(chǎn)品，其高能量密度、高電壓甚至可彎曲的特性，相比傳統(tǒng)動(dòng)力電池實(shí)現(xiàn)跨步。那時(shí)至今日，固態(tài)電池究竟發(fā)展到了什么地步，它距離量產(chǎn)狀態(tài)還有多遠(yuǎn)？本文我們將分多個(gè)方面和您分享一些信息。

● 固態(tài)電池的技術(shù)路線

固態(tài)電池目前擁有很多的技術(shù)體系，包括硫化物、氧化物、薄膜以及固態(tài)聚合物。在早期固態(tài)電池技術(shù)的推進(jìn)中，薄膜和固態(tài)聚合物技術(shù)是主要的走向，在過(guò)去幾年中，博世以及戴森等公司都在不斷加大在這兩項(xiàng)固態(tài)電池技術(shù)上的投資，但這兩家公司的做法都是通過(guò)收購(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)在電池技術(shù)上的追趕。

但薄膜和固態(tài)聚合物技術(shù)有“高成本”和“低導(dǎo)電率”兩個(gè)致命問(wèn)題，例如薄膜技術(shù)無(wú)法在室溫（25°左右）條件下實(shí)現(xiàn)高導(dǎo)電率，所以需要不斷的去加熱并維持在60°才能保證擁有高效的導(dǎo)電率。所以在很多早期的固態(tài)電池試產(chǎn)車上，電池因?yàn)橐蕾嚥粩嗉訜幔斐勺晕译娏繐p耗，其實(shí)本身也無(wú)法發(fā)揮出其它的優(yōu)勢(shì)。

而豐田一直是專注于硫化物固態(tài)電池技術(shù)的開(kāi)發(fā)，但硫化物本身活性很高，在生產(chǎn)和使用中一旦與水接觸，就會(huì)產(chǎn)生硫化氫。硫化氫為易燃?；罚c空氣混合能形成爆炸性混合物，遇明火、高熱能引起燃燒爆炸。所以硫化物固態(tài)電池技術(shù)路線雖然在生產(chǎn)成本上要相比薄膜技術(shù)更低一些，但如果保證從制造端到應(yīng)用端足夠高的安全性是更高的門檻，其實(shí)也屬于從另外一個(gè)角度增加了開(kāi)發(fā)成本。

最后一個(gè)氧化物技術(shù)路線也有自己的缺點(diǎn)，氧化物本身很穩(wěn)定導(dǎo)致“脆性”很高，對(duì)生產(chǎn)的要求也就更高，同時(shí)導(dǎo)電性也并不具備優(yōu)勢(shì)，但從廣義上講，相比于其它三條路線，克服生產(chǎn)難度要比克服成本和安全性要更簡(jiǎn)單一些，所以我們這期文章里也是通過(guò)采訪了一家目前已經(jīng)接近市場(chǎng)化的固態(tài)電池技術(shù)商，來(lái)了解陶瓷氧化物固態(tài)電池的一些技術(shù)優(yōu)勢(shì)和與傳統(tǒng)動(dòng)力電池的差異。

在2019 CES展會(huì)上，我們約訪了輝能科技公司（下文簡(jiǎn)稱：PLG），其是一家專門研發(fā)鋰電池技術(shù)的供應(yīng)商，自2006年創(chuàng)辦后，用了8年的時(shí)間攻克了陶瓷氧化物技術(shù)，同時(shí)固態(tài)電池技術(shù)也是目前該公司最核心的研發(fā)項(xiàng)目，該技術(shù)全稱為：LCB固態(tài)鋰陶瓷電池，其技術(shù)特點(diǎn)是：高能量密度以及高電壓，針對(duì)目前純電動(dòng)汽車的發(fā)展應(yīng)用，這兩大特性無(wú)疑是非常關(guān)鍵的。

● 能量密度是先天優(yōu)勢(shì)，那高電壓如何實(shí)現(xiàn)？

傳統(tǒng)動(dòng)力電池由于單體電池內(nèi)部使用液態(tài)電解液，并且承載電壓超過(guò)5V后可能會(huì)出現(xiàn)易分解甚至爆炸的情況，所以只能實(shí)現(xiàn)外部串聯(lián)而無(wú)法進(jìn)行內(nèi)部串聯(lián)。但固態(tài)電池就擁有這樣的先天優(yōu)勢(shì)。固態(tài)鋰陶瓷電池能夠在電池內(nèi)部就首先形成串聯(lián)，使單顆電池芯的額定電壓可從7.4V，最大串聯(lián)疊加至高達(dá)60V，在單體電池電壓上就要遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)動(dòng)力電池。

在實(shí)現(xiàn)內(nèi)部串聯(lián)的高電壓支持后，固態(tài)電池也能夠?qū)崿F(xiàn)雙極電池技術(shù)，這同樣也是傳統(tǒng)動(dòng)力電池?zé)o法實(shí)現(xiàn)。當(dāng)單體電池在堆疊串聯(lián)后加入上下兩層導(dǎo)電材料，實(shí)現(xiàn)雙向正負(fù)極的連接，然后再次與橫向的另外一個(gè)電池包進(jìn)行串聯(lián)，最高可以實(shí)現(xiàn)4×6達(dá)到24個(gè)單體電池雙向正負(fù)極對(duì)接的串聯(lián)技術(shù)，電壓也將由此再次疊加提高，組成一個(gè)完整的單體電池組。

最終6片24個(gè)串聯(lián)的電池組疊加后，加入鋁外殼包裝，形成一個(gè)單體的固態(tài)電池包（Cell），容量能夠達(dá)到20kWh以上，其單個(gè)固態(tài)電池組系統(tǒng)能量密度能夠達(dá)到255Wh/kg，而2020年這一數(shù)據(jù)會(huì)提高到270Wh/kg，這個(gè)系統(tǒng)能量密度是什么概念？可以對(duì)比一下2018年中國(guó)新能源車輛補(bǔ)貼政策。

目前國(guó)內(nèi)電動(dòng)車動(dòng)力電池系統(tǒng)能量密度還維持在140wh/kg左右。理論上，在密度和電壓雙增加的同時(shí)，BMS電控系統(tǒng)應(yīng)該更加復(fù)雜才對(duì)，但實(shí)際上固態(tài)電池在管理系統(tǒng)上也被得到了簡(jiǎn)化，這再一次為最終封包整組的電池降低了重量和體積，這也是系統(tǒng)能量密度更高的原因之一。

固態(tài)電池的優(yōu)勢(shì)之外，有何不足？
● 密度和電壓雙增加，散熱如何解決？

在散熱方面，固態(tài)電池也具備先天的優(yōu)勢(shì)，整個(gè)電池組從滿電到放電結(jié)束，電池溫度會(huì)維持在26°以內(nèi)，而目前的圓柱形電池整個(gè)放電過(guò)程結(jié)束后，溫度會(huì)在40°以上。雖然固態(tài)電池技術(shù)目前與圓柱形電池一樣，同樣采用水冷，但因?yàn)楸旧矸烹姕囟瓤梢员３值母?，也讓散熱成為了其另外一大?yōu)勢(shì)。

而基于固態(tài)電池本身放電溫度低的特性，在散熱方式上也能夠進(jìn)行更多優(yōu)化。例如在電池與電池組中間加入散熱膠，然后熱量會(huì)通過(guò)散熱膠導(dǎo)向電池包兩側(cè)的水流散熱器上，進(jìn)一步減少水流散熱的體積和重量。

固態(tài)電池技術(shù)提供商也表示，這種前沿的電池技術(shù)相比于傳統(tǒng)動(dòng)力電池，密度提升優(yōu)勢(shì)是很核心的一方面。在固態(tài)電池本身?yè)碛忻芏葍?yōu)勢(shì)的前提下，也仍然要通過(guò)其它手段繼續(xù)優(yōu)化整組的密度疊加。所以針對(duì)整個(gè)電池組內(nèi)，盡可能減少其它線材或者散熱系統(tǒng)的空間及重量占用，讓電池組擁有最大化的整體密度提升。

冷卻系統(tǒng)以及BMS電池控制系統(tǒng)其實(shí)目前在圓柱電池組中有不小的空間占用，曾經(jīng)關(guān)于這個(gè)問(wèn)題也有人討論過(guò)方形電池組是否要比圓柱電池組擁有更好的密度優(yōu)勢(shì)，原因就是方形電池組的散熱布局占用更小，當(dāng)然液態(tài)電池也有同樣的優(yōu)勢(shì)。

●固態(tài)電池的壽命和衰減有優(yōu)勢(shì)么？

在密度領(lǐng)先的優(yōu)勢(shì)下，在壽命和衰減方面是否也有優(yōu)勢(shì)呢？固態(tài)電池技術(shù)商也表示，其實(shí)與傳統(tǒng)動(dòng)力電池相比，固態(tài)電池其實(shí)并不具備明顯的壽命優(yōu)勢(shì)，這也是目前技術(shù)需要繼續(xù)攻克的方向，因?yàn)槿绻麩o(wú)法提高壽命和衰減能力，僅依靠能量密度優(yōu)勢(shì)，目前固態(tài)電池的成本仍然無(wú)法支持其大規(guī)模推廣量產(chǎn)。

關(guān)于固態(tài)電池優(yōu)化壽命的技術(shù)手段上，其將通過(guò)更加細(xì)小的電壓偵測(cè)線材來(lái)降低“偵測(cè)損耗”和提高“偵測(cè)精準(zhǔn)度”，帶來(lái)的收益就是讓電池的充放電效率更高，相比于傳統(tǒng)動(dòng)力電池在電壓偵測(cè)上的損耗更小，變向提高了電池壽命。關(guān)于目前固態(tài)電池具體的壽命和衰減方面，技術(shù)商表示其完整充放電1000次后，電池還能保留88%的原始?jí)勖?br />
●固態(tài)電池的充電效率有優(yōu)勢(shì)么？

固態(tài)電池的充電效率并不比當(dāng)前的鋰電池高太多，在同能量密度下，固態(tài)電池的充電時(shí)間也要在1小時(shí)左右，但當(dāng)前的鋰電池也具備同樣的充電效率。另外在電池壽命方面，固態(tài)電池在完整充放電500次之后還能保持84%的使用壽命，數(shù)據(jù)同樣與當(dāng)前的電池技術(shù)基本相符。但報(bào)告中也提到，在固態(tài)電池中電極吸收離子的效率更高，雖然目前的充電效率并不算理想，但仍具備開(kāi)發(fā)空間。

總結(jié)

目前PLG公司的陶瓷固態(tài)電池技術(shù)處于小規(guī)模量產(chǎn)狀態(tài)，并且表示已經(jīng)和歐美、日本以及中國(guó)車企進(jìn)行了供應(yīng)方面的溝通，而基于該電池技術(shù)目前歐洲也有了四臺(tái)試產(chǎn)車，但官方表示不方便透露具體的汽車品牌。目前其也正在建立固態(tài)電池Gigafactory工廠，預(yù)計(jì)將在2020年正式投產(chǎn)，這也是一個(gè)固態(tài)電池的量產(chǎn)信號(hào)。還有另外一條路線就是向其他電池廠商或者汽車制造商授權(quán)“固態(tài)電池技術(shù)IP”，作為技術(shù)供應(yīng)商的角色來(lái)推動(dòng)固態(tài)電池的發(fā)展，而這個(gè)愿景的時(shí)間點(diǎn)會(huì)定在2022年。

根據(jù)《中國(guó)制造2025》中的技術(shù)目標(biāo)，到2020年鋰電池單體能量密度將達(dá)到300Wh/kg，2025年能量密度達(dá)到400Wh/kg，所以固態(tài)電池技術(shù)仍然是目前全球最為關(guān)注的發(fā)展方向。而目前中國(guó)汽車品牌對(duì)于固態(tài)電池的跟進(jìn)程度還沒(méi)有看到具體的進(jìn)展，不過(guò)遵循“越接近量產(chǎn)就越要保密”的行業(yè)規(guī)則，中國(guó)汽車品牌能否在接下來(lái)帶來(lái)什么樣的驚喜呢？


原標(biāo)題：量產(chǎn)在即 固態(tài)電池技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀解讀