今年9月以來(lái)，國(guó)內(nèi)外發(fā)生了多起電動(dòng)汽車起火事件，進(jìn)一步引發(fā)了社會(huì)各界對(duì)動(dòng)力電池安全性的擔(dān)憂。而進(jìn)入10月后，固態(tài)電池各類消息甚囂塵上，來(lái)勢(shì)洶洶，似乎產(chǎn)業(yè)化即將實(shí)現(xiàn)，大有從根本上解決動(dòng)力電池安全性問題的態(tài)勢(shì)。在筆者看來(lái)，固態(tài)電池現(xiàn)在仍處于搶位布局階段，產(chǎn)業(yè)化還要克服諸多難題，短時(shí)間內(nèi)還難以大規(guī)模應(yīng)用，尤其是在動(dòng)力電池領(lǐng)域。

當(dāng)前，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的鋰離子電池包括全球動(dòng)力電池基本上都是液態(tài)鋰離子電池，其結(jié)構(gòu)主要包括了正極材料、負(fù)極材料、隔膜和電解液。電解液主要成分為兩種：一種是有機(jī)溶劑和電解質(zhì)，其中現(xiàn)階段廣泛應(yīng)用的有機(jī)溶劑為碳酸酯系列；另一種是聚合物+有機(jī)溶劑+電解質(zhì)，聚合物大多是小分子聚合物。不管是哪種電解液，都是有機(jī)成分，再加上隔膜，液態(tài)鋰離子電池中易燃物比重較大。在大電流下工作液態(tài)鋰離子電池有可能出現(xiàn)鋰枝晶，從而刺破隔膜導(dǎo)致短路破壞；電解液為有機(jī)液體，在高溫下會(huì)加劇發(fā)生副反應(yīng)、氧化分解、產(chǎn)生氣體、發(fā)生燃燒的傾向。

當(dāng)液態(tài)鋰離子電池受到劇烈沖擊或者電池溫度過高的話，電解液極易燃燒，造成電池起火以及更為嚴(yán)重的安全事故。這是液態(tài)鋰離子電池安全性存在的先天不足，盡管通過電池管理系統(tǒng)可以管理、監(jiān)控電池情況，降低事故發(fā)生率，但不能從根本上避免。經(jīng)過幾十年發(fā)展，鋰離子單體電池以及幾個(gè)單體電池組安全性基本可以保障，事故率大概在千萬(wàn)分之一甚至更低。但也不能保障不出問題，偶爾可見的手機(jī)電池鼓包、爆燃以及筆記本電池召回等報(bào)道充分說明了這一點(diǎn)。而對(duì)于動(dòng)力電池而言，由于使用了大量單體電池，除了單體電芯的安全性之外，單體電芯的一致性成為影響動(dòng)力電池安全的重大難題。在鋰離子電池生產(chǎn)過程中，盡管自動(dòng)化程度較高，但人工處理環(huán)節(jié)仍然不少，這一點(diǎn)在我國(guó)鋰離子電池生產(chǎn)企業(yè)更為顯著。這些人工環(huán)節(jié)不一定會(huì)給單體鋰離子電池帶來(lái)安全隱患，但在一定程度上會(huì)造成單體鋰離子電池出現(xiàn)不一致，從而給動(dòng)力電池組的電池管理帶來(lái)不確定性，增加電池管理難度，成為動(dòng)力鋰電的安全埋患。

全固態(tài)鋰離子電池，顧名思義是使用固體電極和固體電解質(zhì)的鋰離子電池。由于全固態(tài)鋰離子電池的電極和電解質(zhì)都由固態(tài)物質(zhì)制成，其固態(tài)電解質(zhì)不可燃、無(wú)腐蝕、不揮發(fā)、不漏液，同時(shí)也克服了鋰枝晶現(xiàn)象，即使被加熱到非常高的溫度，也不會(huì)著火，因而安全性更高。搭載全固態(tài)鋰離子電池的汽車，自燃概率會(huì)大大降低。可以說，是下一代新能源汽車動(dòng)力電池的理想對(duì)象。“固態(tài)電解質(zhì)電池將是下一個(gè)風(fēng)口，是新能源電池未來(lái)主要趨勢(shì)。相較于傳統(tǒng)鋰電池，固態(tài)鋰電池的差異在于電解質(zhì)固態(tài)化，理論上存在一定的優(yōu)勢(shì)?！北本├砉ご髮W(xué)電動(dòng)車輛國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室、中國(guó)電工技術(shù)學(xué)會(huì)電動(dòng)車輛專業(yè)委員會(huì)委員孫立清表示。

當(dāng)前，用于固態(tài)鋰離子電池的固態(tài)電解質(zhì)材料種類主要有聚合物、氧化物和硫化物三大類。相較液態(tài)鋰離子電池，全固態(tài)鋰離子電池優(yōu)勢(shì)明顯：一是能量密度更高。全固態(tài)鋰離子電池可以解決許多新型高性能電極材料與現(xiàn)有的電解液體系的兼容性問題，使用金屬鋰來(lái)做負(fù)極取代石墨負(fù)極，可明顯減輕負(fù)極材料重量，顯著提高電池單體能量密度。在相同能量下，用固態(tài)電解質(zhì)取代電解液和薄膜，全固態(tài)鋰離子電池更薄且體積更小，這也有助于提高電池單體能量密度。二是安全性顯著提高。全固態(tài)鋰離子電池以無(wú)機(jī)固體電解質(zhì)替代有機(jī)電解液，不再需要隔膜，就不存在電池溫度升高造成有機(jī)物分解燃燒問題，也不會(huì)有枝晶刺破隔膜造成短路的現(xiàn)象，從根本上解決了液態(tài)鋰離子電池的安全問題。三是大大方便了電動(dòng)汽車使用。由于全固態(tài)鋰離子電池中沒有電解液，運(yùn)輸、保存將會(huì)變得更加容易，在電動(dòng)汽車等大型設(shè)備上使用時(shí)，也不需要再額外增加冷卻管、電子控件等部件，不僅節(jié)約了成本，還能有效減輕電池系統(tǒng)自身重量。目前，全球多個(gè)國(guó)家都在布局全固態(tài)電池技術(shù)研發(fā)，力爭(zhēng)在未來(lái)鋰電池市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中搶得先機(jī)其中。越來(lái)越多的國(guó)內(nèi)外企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)將重心集中到了全固態(tài)鋰離子電池上，也有不少汽車廠商都透露過基于全固態(tài)鋰離子電池打造電動(dòng)汽車的計(jì)劃。

然而，全固態(tài)鋰離子電池想要實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，尚需解決多重難題：一是需要突破高性能固態(tài)電解質(zhì)。電解質(zhì)材料是全固態(tài)鋰離子電池技術(shù)的核心，其性能決定了電池性能。目前固態(tài)電解質(zhì)的研究主要集中在三大類材料：聚合物、氧化物和硫化物。聚合物高溫性能好，已經(jīng)有商業(yè)化的應(yīng)用案例；氧化物循環(huán)性能良好，適用于薄膜柔性結(jié)構(gòu)；硫化物電導(dǎo)率最高，是未來(lái)主要方向。但聚合物耐溫性不夠，穩(wěn)定性較差、離子電導(dǎo)性偏低。氧化物抗阻能力比價(jià)強(qiáng)，但離子電導(dǎo)性也無(wú)法達(dá)到要求。硫化物雖然電導(dǎo)性不錯(cuò)，又由于材料穩(wěn)定性不佳，導(dǎo)致離子傳輸性能欠缺。整體來(lái)看，固態(tài)電解質(zhì)材料研發(fā)需要突破以下幾點(diǎn)：鋰離子導(dǎo)電率要維持在在適當(dāng)?shù)乃?，不能過高，也不能過低；電解質(zhì)內(nèi)阻要?。浑娊赓|(zhì)材料穩(wěn)定性要高；滿足高倍率、快充等要求。二是需要突破全固態(tài)電池制造技術(shù)。鋰離子電池制造是個(gè)系統(tǒng)工作，雖然個(gè)頭不大，但需要解決多方面的問題，包括電池體系設(shè)計(jì)、正負(fù)極材料與固態(tài)電解質(zhì)的界面相容性、長(zhǎng)期循環(huán)過程中的體積效應(yīng)、電池穩(wěn)定性和安全性等。尤其是在電池穩(wěn)定性和安全性，實(shí)驗(yàn)室測(cè)試是一方面，真正考驗(yàn)還需要在長(zhǎng)期使用過程中，這需要較長(zhǎng)周期。另外，固態(tài)電池生產(chǎn)技術(shù)不能采用已經(jīng)十分成熟的液態(tài)電池制造技術(shù)，需要大家重新摸索，而且還需要實(shí)現(xiàn)電池制備效率、電池性能、一致性等要求，難度不小。盡管目前已經(jīng)固態(tài)鋰離子電池開始問世，但這些都還是實(shí)驗(yàn)室或者中試產(chǎn)品，離產(chǎn)業(yè)化還有較大距離。三是需要突破規(guī)?；a(chǎn)技術(shù)。液態(tài)鋰離子電池能夠占據(jù)消費(fèi)電子產(chǎn)品、電動(dòng)汽車等應(yīng)用市場(chǎng)的主導(dǎo)地位，除了性能優(yōu)越之外，成本優(yōu)勢(shì)不可或缺，其中規(guī)?；a(chǎn)技術(shù)發(fā)揮了巨大作用。

液體鋰離子電池產(chǎn)業(yè)化到現(xiàn)在將近30年，其規(guī)?；a(chǎn)技術(shù)已經(jīng)非常成熟，但成本仍需進(jìn)一步下降，以滿足電動(dòng)汽車需求。全固態(tài)電池要想在市場(chǎng)上站穩(wěn)腳跟，需要盡快突破規(guī)?；a(chǎn)技術(shù)，加快普及速度，顯著降低生產(chǎn)成本，下游市場(chǎng)才有可能接受。綜合來(lái)看，安全性高、能力密度潛力大的固態(tài)電池必然是下一代電池的發(fā)展方向，但產(chǎn)業(yè)化還為時(shí)尚早。國(guó)家新能源汽車重點(diǎn)科技專項(xiàng)首席專家歐陽(yáng)明高院士曾表示，預(yù)計(jì)全固態(tài)鋰離子電池會(huì)在2025－2030年之間取得突破。