不久前闭幕的2019上海车展上，固态电池再次成为众所瞩目的一大看点。期间，天际汽车与辉能科技就固态电池商业化合作在现场签约，这意味着天际汽车将可能成为国内首家产品装载固态电池的新能源整车企业。同时，近来屡屡发生的品牌电动汽车电池自燃事件，也让有望成为锂电池替代品的固态电池受到广泛关注。

“固态电池是目前学术界的研究热点，也是产业界关注的焦点，它的安全性比起同电极体系的液态锂离子电池的安全性有明显提高，但在电动汽车上实际推广应用还需要时间。”亚洲固态离子学会主席、亚太材料科学院院士、中国科学院能量转换材料重点实验室副主任温兆银在接受记者采访时表示。

新能源汽车动力存短板

4月21日晚，上海某小区地下停车库内的一辆特斯拉Model S电动汽车突然自燃，并引燃停在其旁边的数辆汽车，录像中的事故现场让人触目惊心。距此不到24小时，西安的一辆蔚来ES8电动汽车自燃。4月24日，武汉的一辆比亚迪E5电动汽车也发生自燃。一系列自燃的发生，使人们将引发事故原因大多指向了动力电池。

“现阶段新能源乘用车电池的材料体系主要为三元正极-液态电解质-石墨负极，采用磷酸铁锂正极的电池主要用在大巴、物流等专用车领域，从2018年车用电池数据来看，三元体系电池占比近60％。”复旦大学化学系教授、博士生导师傅正文在接受《中国汽车报》记者采访时介绍，固态电池材料中没有可燃的液态有机溶液，安全系数相对提高了很多。

据介绍，目前应用最多的高能量密度电池主要是三元锂电池和磷酸铁锂电池，三元锂电池在200℃左右就会分解，并释放出氧分子，燃烧更加剧烈。尽管目前动力电池在电池模块和系统设计方面，已经采取了先进的电源管理技术、冷却技术、密封技术、散热技术等，基本满足了电动汽车对安全性的要求，但依然存在着热失控、过热、起火燃烧等危险。导致其燃烧的根本原因，是锂离子电池电解质属于可燃的有机溶液。

解决新能源汽车的动力电池续驶里程和安全问题，自然成为重中之重。

而全固态锂电池，是一种使用固体电极材料和固体电解质材料，不含有任何液体的锂电池，主要包括全固态锂离子电池和全固态金属锂电池，差别在于前者负极不含金属锂，后者负极为金属锂。在目前各种新型电池体系中，固态电池采用全新固态电解质取代当前有机电解液和隔膜，具有高安全性、高体积能量密度，同时与不同新型高比能电极体系（如锂硫体系、金属-空气体系等）具有广泛适配性，可进一步提升质量能量密度，在提高安全性的同时增加续驶能力，从而有望成为下一代动力电池的解决方案，因此引起中外众多研究机构、初创公司和一些车企的青睐，天际汽车就是其中之一。

而且，动力电池是电动汽车最为核心的部件，其性能对于电动汽车的整体性能起着决定性的作用。在电动汽车飞速发展的时代，性能更为强大的电池无疑是各大车企和电池生产厂商永无止境的研发追求对象。前有国产电动汽车大户比亚迪弃用磷酸铁锂电池，转投三元锂电池怀抱，后有沃特玛技术路线错误，公司分崩离析，这正是由于磷酸铁锂电池在性能方面无法跟上电动汽车发展的步伐。在电动汽车高续驶里程刚需的推动下，能量密度潜力更高的三元锂电池取代曾经被广泛采用的磷酸铁锂电池成为了电动汽车发展中的必经历程。然而，技术的发展不可能一成不变，随着电动汽车领域持续性的扩张，以及日趋成熟，电动汽车对于电池能力密度的需求也在持续增加，固态电池逐渐成为众车企追求的新目标。

固态电池有显著优势

日前，一条“充电1分钟，续驶800公里”的消息吸引了业界的眼球，把人们的视线聚焦到了固态电池上。虽然这条由菲斯克公司所披露的消息仍然有很多值得商榷之处，但至少说明固态电池优势显著，有望成为新能源汽车动力电池发展新的方向。

“目前新能源汽车大多使用的都是传统的锂离子电池，都含有液态有机电解质，不含液态电解质的固态电池优势很多。”中南大学化学化工学院教授刘洪涛在接受《中国汽车报》记者采访时介绍，相较于目前使用的液态锂电池，固态电池具有六大显著优势。

一是高安全性能，传统锂离子电池采用有机液体电解液，在过度充电、内部短路等异常的情况下，电池容易发热，造成电解液气胀、自燃甚至爆炸，存在严重的安全隐患。而很多无机固态电解质材料不可燃、无腐蚀、不挥发、不存在漏液问题，聚合物固体电解质相比于含有可燃溶剂的液态电解液，电池安全性也大幅提高。

二是高能量密度，固态锂电池负极可采用金属锂，电池能量密度有望达到300～400Wh/kg甚至更高，其电化学稳定窗口可达5V以上，可匹配高电压电极材料，进一步提升质量能量密度；没有液态电解质和隔膜，减轻电池重量，压缩电池内部空间，提高体积能量密度；安全性提高，电池外壳及冷却系统模块得到简化，提高系统能量密度。

三是循环寿命长，有望避免液态电解质在充放电过程中持续形成和生长SEI膜的问题和锂枝晶刺穿隔膜问题，大大提升金属锂电池的循环性和使用寿命。

四是工作温度范围宽，固态锂电池针刺和高温稳定性极好，如全部采用无机固体电解质，最高操作温度有望达到300℃，从而避免正负极材料在高温下与电解液反应可能导致的热失控。

五是生产效率提高，无需封装液体，支持串行叠加排列和双极机构，可减少电池组中无效空间，提高生产效率。

六是具备柔性优势，全固态锂电池可以制备成薄膜电池和柔性电池，相对于柔性液态电解质锂电池，封装更为容易、安全，未来可应用于智能穿戴和可植入式医疗设备等。

“理论上具有优势，就一定能吸引更多的研发力量和投入，不断解决其中存在的问题，这对于固态电池向新能源汽车应用靠近是有利的；但是固态电池在技术上仍有一些有待解决的问题，这也是固态电池实现应用的瓶颈。”吉林大学无机合成与制备化学国家重点实验室教授、博士生导师袁宏明在接受《中国汽车报》记者采访时表示，解决固态电池的应用技术问题是当务之急。如固体电解质材料离子电导率偏低；固体电解质、电极间界面阻抗大，界面相容性较差；材料在充放电过程中体积膨胀和收缩，导致界面容易分离；质量能量密度需进一步提升；体积能量密度需进一步提升、制备成本高等技术问题，都迫切需要研究突破。

记者在采访中了解到，目前全球各大车企和电池厂商们使用的聚合物、氧化物、硫化物等固态电解质均存在这样的问题。具体来说，聚合物耐温性不够，稳定性较差、离子电导性偏低。氧化物抗阻能力比较强，但离子电导性也无法达到要求。硫化物虽然电导性不错，又由于材料稳定性不佳，导致离子传输性能欠缺。

事实上，往往一种全新研发的材料从实验室走向市场应用层面，一般需要十年左右的时间。而液态锂电池从上世纪70年代出现，直到20世纪末才投入应用。因此，固态电池技术要实现产业化尚需时日。

“从固态电池的研发和量产现状来看，聚合物基的固态电池已经有小批量装车示范，但属于实验阶段，有待解决的技术问题还不少。乐观估计，严格按照车厂车型的开发流程，半固态电池实现批量上车预计还需要一定时间，真正的全固态电池批量装车时间则还可能延后。”傅正文表示。

国际竞争正日趋激烈

“如今，固态电池技术正在成为世界范围内的竞争热点。”刘洪涛介绍，在世界范围内，全球多家车企和电池厂家也发布了固态电池相关的研发进展。目前，丰田、松下、三星、三菱、宝马、大众、现代、戴森等企业均在加紧布局固态电池技术的储备。

据介绍，为使锂电池具有更高的能量密度和更好的安全性，国外锂离子电池厂商和研究机构在固态锂电方面开展了大量的研发工作。

日本更是将固态电池研发提升到国家战略高度。2017年5月，日本经济省宣布出资16亿日元，联合丰田、本田、日产、松下、GS汤浅、东丽、旭化成、三井化学、三菱化学等顶级产业链力量，共同研发固态电池，希望以成熟的固态电池技术在2030年实现800公里续驶目标。

法国Bollore公司的EV“Bluecar”配备其子公司Batscap生产的30kwh金属锂聚合物电池，采用Li-PEO-LFP材料体系，巴黎汽车共享服务“Autolib”使用了约2900辆Bluecar，这是世界上首次用于电动汽车的商业化全固态电池。丰田开发出全固态锂离子电池，能量密度为400Wh/kg，计划在2020年实现商业化;松下的最新固态电池能量密度相对提高了3～4倍；德国KOLIBRI电池应用于奥迪A1纯电动汽车，目前尚未商业化应用。

韩国也不甘落后，目前，三星SDI、LG化学等都投入到固态电池的研发之中。据外媒报道，三星Note 7手机电池起火严重影响了品牌形象，这促使三星加大了固态电池的研发力度。据了解，三星的固态电池可能最初应用于手机上，下一步将开发车用动力固态电池。此外，LG化学也在研究固态电池，据称技术水平与三星不相上下。