中國粉體網(wǎng)訊  多年來，專家們一直將固態(tài)電池視為理想的下一代電動汽車電池技術(shù)。這種電池采用的是固態(tài)電解質(zhì)，而不是易燃液體電解質(zhì)，比目前的鋰離子電池更加安全。而且，固態(tài)電池用鋰金屬負(fù)極取代石墨負(fù)極，所以壽命更長，重量更輕，可以達(dá)到數(shù)倍的能量密度�，F(xiàn)在，福特、現(xiàn)代、日產(chǎn)、豐田和大眾等公司紛紛投資研究固態(tài)電池。

全球眾多企業(yè)參與到固態(tài)電池開發(fā)中

新冠疫情可能破壞了2020年東京奧運會的計劃，但豐田的工程師卻沒有受到影響。豐田公司的電池專家已經(jīng)按照計劃成功制造出固態(tài)電池的樣品，而且已經(jīng)安裝到概念車上。

豐田汽車動力總成公司執(zhí)行副總裁兼電池業(yè)總經(jīng)理Keiji Kaita表示：“豐田計劃在2025年之前量產(chǎn)固態(tài)電池，相比鋰離子電池，固態(tài)電池能量密度可以提高兩倍以上，并且擁有較輕和更安全的特點�！�

（圖片來源于網(wǎng)絡(luò)）

豐田還稱，相比鋰電池，固態(tài)電池不易受溫度影響，充電效率也更高，從零充滿僅需15分鐘。電池壽命方面，豐田計劃其生產(chǎn)的固態(tài)電池在使用30年后仍保持90％以上的性能。不過由于初期成本較高，新電池的價格將高于鋰離子電池。

除豐田外，國外企業(yè)動作頻頻，特斯拉、大眾、三星、寶馬等眾多車企和電池企業(yè)都已經(jīng)開啟了尋求固態(tài)電池技術(shù)突破之路。

而在國內(nèi)，2019年，天際汽車推出了首款搭載固態(tài)電池的ME7樣車，該樣車搭載的是由輝能科技提供的固態(tài)電池。

合眾公司則與清陶能源達(dá)成全面深度合作，共同推進(jìn)固態(tài)電池的研發(fā)與應(yīng)用。

除了輝能與清陶這兩大專注固態(tài)電池的企業(yè)不斷吸引眼球之外，比亞迪、國軒高科、寧德時代等鋰離子動力電池巨頭們也在加速固態(tài)電池的研發(fā)。

固態(tài)電池的技術(shù)挑戰(zhàn)

固體電解質(zhì)需要在高壓下壓實，從而減小顆粒之間的間隙，以便離子和電子可以很容易通過，但是這種電解質(zhì)還需要具有柔韌性，因為陽極在放電過程中會膨脹和收縮，所以電解質(zhì)必須留一點空間。

其中的問題在于，膨脹和收縮的空間越大，電解質(zhì)顆粒變形的可能性就越大。隨著時間的推移，這種變形會抑制離子和電子的流動并降低電池的性能。這其中的關(guān)鍵是開發(fā)一種不會輕易變形的新材料。

陶瓷材料或許可加推固態(tài)電池面向大眾

日前，布朗大學(xué)的一個研究小組發(fā)現(xiàn)了一種方法，可以將用于制造固態(tài)鋰離子電池的陶瓷材料的韌性提高一倍，該方法有助于將固態(tài)電池推向大眾市場。

固體陶瓷電解質(zhì)是不易燃的，有證據(jù)表明它們可以防止鋰絲的形成，而鋰絲可以令電池在更高的電流下工作。然而，陶瓷是高脆性材料，在制造和使用過程中可能會斷裂。

在研究中，研究人員制造了氧化石墨烯的微小片晶，將其與一種叫做LATP的陶瓷粉末混合，然后將混合物加熱以形成一種陶瓷－石墨烯復(fù)合材料。對復(fù)合材料的力學(xué)測試表明，與單獨使用陶瓷相比，復(fù)合材料的韌性增加了兩倍以上。實驗還表明，只要將石墨烯的含量控制在一定范圍內(nèi)，石墨烯不會影響材料的電學(xué)性能。

這些結(jié)果表明，納米陶瓷復(fù)合材料可以提供一條道路，使力學(xué)性能更安全的固體電解質(zhì)用于日常應(yīng)用。

另據(jù)外媒報道，國外一家公司研發(fā)出了堅固、致密的陶瓷電解質(zhì)。這種電解質(zhì)只有10微米厚，與目前鋰離子電池中使用的塑料隔板厚度相同。并且與當(dāng)前的液體電解質(zhì)一樣，可以傳導(dǎo)鋰離子。該公司人員稱，它克服了固態(tài)電池的兩個關(guān)鍵問題：電解質(zhì)電阻高和載流量低。

而在查爾姆斯理工大學(xué)和西安交通大學(xué)的研究團(tuán)隊看來，固態(tài)電池就像一個干三明治。一層金屬鋰就像一片面包，一層陶瓷物質(zhì)就像餡料一樣鋪在上面。這種堅硬的物質(zhì)是電池的固體電解質(zhì)，它在電池的電極之間運輸鋰離子。但是“三明治”太干了，很難把它們放在一起，而且“面包”和“配料”之間的兼容性也會造成問題。世界各地的許多研究人員正在努力制定適當(dāng)?shù)慕鉀Q方案來解決這個問題。

查爾姆斯理工大學(xué)和西安交通大學(xué)的研究團(tuán)隊正在研究的材料是一種柔軟、可涂抹的“黃油狀”物質(zhì)，由陶瓷電解液的LAGP與離子液體混合而成。液體包裹了LAGP顆粒，使中間層柔軟且具有保護(hù)作用。這種材料的質(zhì)地與冰箱里的黃油相似，可以滿足多種功能，而且很容易涂抹。

同時，中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所研究員李馳麟團(tuán)隊在陶瓷基固態(tài)電池的界面改性及其鋰氟轉(zhuǎn)換反應(yīng)激活方面也取得系列進(jìn)展。

該團(tuán)隊提出“共晶合金（eutectic alloy）誘導(dǎo)固固對流”模式改性LLZO/Li界面的思路，實現(xiàn)了固固界面在電化學(xué)過程中的高度愈合，在此基礎(chǔ)上，成功驅(qū)動了轉(zhuǎn)換反應(yīng)型三氟化鐵（FeF3）正極在陶瓷基固態(tài)電池體系中的高可逆循環(huán)，也為陶瓷基鋰氟轉(zhuǎn)換固態(tài)電池的未來應(yīng)用提供了可能。

日前，輝能科技大陸區(qū)總部及全球產(chǎn)業(yè)基地項目在臨安簽約，將在青山湖科技城建設(shè)2GWh(200萬千瓦時)、5GWh固態(tài)鋰陶瓷電池芯產(chǎn)業(yè)化項目，將來考慮與車企合資建置整車生產(chǎn)線，總計投資規(guī)模將達(dá)380億元，項目全部建成達(dá)產(chǎn)后預(yù)計將實現(xiàn)年銷售產(chǎn)值300億元以上。

輝能科技新一代固態(tài)鋰陶瓷電池將傳統(tǒng)電池內(nèi)的電解液以固態(tài)鋰陶電解質(zhì)取代，并結(jié)合軟性電路板制成，制造出超薄、可自由彎曲、不會漏液、無高可燃性物質(zhì)，在受到穿刺、撞擊、切割后仍能安全放電的軟性電池。此次輝能科技項目在臨安的落地，標(biāo)志著我國在固態(tài)鋰電池商業(yè)化量產(chǎn)上贏得先機(jī)。

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