中國粉體網訊 多年來，專家們一直將固態電池視為理想的下一代電動汽車電池技術。這種電池采用的是固態電解質，而不是易燃液體電解質，比目前的鋰離子電池更加安全。而且，固態電池用鋰金屬負極取代石墨負極，所以壽命更長，重量更輕，可以達到數倍的能量密度。現在，福特、現代、日產、豐田和大眾等公司紛紛投資研究固態電池。
全球眾多企業參與到固態電池開發中
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按照計劃成功制造出固態電池的樣品，而且已經安裝到概念車上。
豐田汽車動力總成公司執行副總裁兼電池業總經理Keiji Kaita表示：“豐田計劃在2025年之前量產固態電池，相比鋰離子電池，固態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。”
（圖片來源于網絡）
豐田還稱，相比鋰電池，固態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，豐田計劃其生產的固態電池在使用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，國外企業動作頻頻，特斯拉、大眾、三星、寶馬等眾多車企和電池企業都已經開啟了尋求固態電池技術突破之路。
而在國內，2019年，天際汽車推出了首款搭載固態電池的ME7樣車，該樣車搭載的是由輝能科技提供的固態電池。
合眾公司則與清陶能源達成全面深度合作，共同推進固態電池的研發與應用。
除了輝能與清陶這兩大專注固態電池的企業不斷吸引眼球之外，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電池的研發。
固態電池的技術挑戰
固體電解質需要在高壓下壓實，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。這其中的關鍵是開發一種不會輕易變形的新材料。
陶瓷材料或許可加推固態電池面向大眾
日前，布朗大學的一個研究小組發現了一種方法，可以將用于制造固態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電池推向大眾市場。
固體陶瓷電解質是不易燃的，有證據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－石墨烯復合材料。對復合材料的力學測試表明，與單獨使用陶瓷相比，復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，石墨烯不會影響材料的電學性能。
這些結果表明，納米陶瓷復合材料可以提供一條道路，使力學性能更安全的固體電解質用于日常應用。
另據外媒報道，國外一家公司研發出了堅固、致密的陶瓷電解質。這種電解質只有10微米厚，與目前鋰離子電池中使用的塑料隔板厚度相同。并且與當前的液體電解質一樣，可以傳導鋰離子。該公司人員稱，它克服了固態電池的兩個關鍵問題：電解質電阻高和載流量低。
而在查爾姆斯理工大學和西安交通大學的研究團隊看來，固態電池就像一個干三明治。一層金屬鋰就像一片面包，一層陶瓷物質就像餡料一樣鋪在上面。這種堅硬的物質是電池的固體電解質，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的解決方案來解決這個問題。
查爾姆斯理工大學和西安交通大學的研究團隊正在研究的材料是一種柔軟、可涂抹的“黃油狀”物質，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作用。這種材料的質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，中國科學院上海硅酸鹽研究所研究員李馳麟團隊在陶瓷基固態電池的界面改性及其鋰氟轉換反應激活方面也取得系列進展。
該團隊提出“共晶合金（eutectic alloy）誘導固固對流”模式改性LLZO/Li界面的思路，實現了固固界面在電化學過程中的高度愈合，在此基礎上，成功驅動了轉換反應型三氟化鐵（FeF3）正極在陶瓷基固態電池體系中的高可逆循環，也為陶瓷基鋰氟轉換固態電池的未來應用提供了可能。
日前，輝能科技大陸區總部及全球產業基地項目在臨安簽約，將在青山湖科技城建設2GWh(200萬千瓦時)、5GWh固態鋰陶瓷電池芯產業化項目，將來考慮與車企合資建置整車生產線，總計投資規模將達380億元，項目全部建成達產后預計將實現年銷售產值300億元以上。
輝能科技新一代固態鋰陶瓷電池將傳統電池內的電解液以固態鋰陶電解質取代，并結合軟性電路板制成，制造出超薄、可自由彎曲、不會漏液、無高可燃性物質，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，標志著我國在固態鋰電池商業化量產上贏得先機。
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