同济大学、南理工等多家高校聚焦固态锂电池技术：别误导！现阶段并不安全

本质安全、超长寿命以及低成本是电动汽车对电池的要求。目前商业化的锂离子电池大多采用液体电解液，存在安全隐患、循环寿命短等问题。

与采用液态电解液的锂电池相比，固态锂电池可有效提高安全性和循环稳定性，是科学界和产业界都看好的未来电池路线之一，国内外企业与研究机构纷纷争先研发。但在“中国新材料产业发展大会”的锂电材料论坛上，多位学者指出，现有体型的固态电池技术其实并不安全。

固态电池掀起全球热潮

2010年-2014年，丰田爆发了一波固态电池相关专利申请的高潮，其主要的精力集中在对镍化物体系固态电解质进行研究。2017年，电动汽车市场初具规模，丰田宣布组织200人的团队加快固态电池研发进度，预计2022年量产固态电池。2022年全面掌握全固态电池核心技术。

不同于丰田，大众汽车并没有独立研发固态电池技术，而是通过投资QuantumScape来布局固态电池。QuantumScape是斯坦福大学前研究人员于2010年成立的风险投资公司，拥有超过200多项关于固态电池的技术专利。2018年7月，大众向QuantumScape投资约1亿美元，目标在2025年前建立固态电池生产线。

另一大汽车巨头宝马则一方面自建电芯研发中心，研发固态电池技术并有望于2026年实现固态电池突破性进展并随后量产。另一方面，宝马也积极和Solid Power在固态电池方面深度合作，快速提升电池研发能力。值得一提的是Solid Power被多家车企看好，包括万向、现代等车企都有向Solid Power投资。

2017年，现代汽车宣布正自主研发固态电池，并已建立中试生产设施。今年7月，现代汽车宣布投资位于马萨诸塞州的lonic Materials公司，主要进行固态电池研发工作，预计2025年可实现固态电池量产。

2017年，菲斯克也宣布已经就固态锂电池申请了专利，预计可在2023年量产。今年8月，菲斯克又称数月后将量产固态电池，或将搭载在电动跑车EMotion上，预计在2020年上市。

尽管产业热情高涨，但研发情况似乎还不如预期。同济大学汽车学院新能源汽车工程中心副教授薛明喆提醒，现阶段的固态电池不仅能量密度低，安全性也差，远远没有达到科学界和产业界的期望。其容量衰减严重、倍率性能差、能量效应也低。

固态锂电池仍受困诸多问题

现有关于固态电池的报道，大多是针对混合固液电解质锂电池的，其同时含有固态电解质和液体电解质。

业内普遍认为，固态电池技术发展路线分为两个阶段：逐渐减少直到取代液态电解液与实现金属锂负极。核心技术在于固态电解质材料的改性与优化及基于固态电池的电解质设计。

对于当前的“减少直到取代液态电解液”的目标，混合固液电解质电池相对容易实现，而全固态电解质电池仍需基础研究。薛明喆指出，即便是全固态锂电池也不绝对安全，需要全面验证。

“相比液态电解质电池，全固态电解质电池的额、安全性应该会大幅改善，但并非绝对安全，依然需要多种改进策略。”据薛明喆介绍，实验结果表明，聚合物电解质存在过充燃烧现象，硫化物电解质也会在高温下氧化燃烧，接触负极的氧化物固体电解质也会燃烧。

他认为，2015年-2020年是第三代锂离子电池阶段，2030年之后才有可能发展出成熟的全固态锂电池。“只有安全性、能量密度、循环寿命、日历寿命显著提高，成本及功率特性接近甚至优于液态锂离子电池，全固态电池技术才有竞争力。”

“关键问题在于高于4.5V的电解质材料，正极材料能否开发成功？高面容量高压实电极的体积膨胀问题能否通过预锂化解决？”他反问道。

南京理工大学的夏晖教授则表示，固态锂电池难以形成完美的固-固界面，循环性能有待提高。“薄膜电池技术科实现完美的固-固界面，是目前唯一能实现万次以上循环寿命的固态电池技术，并可实现批量生产。”

目前全球范围内研发薄膜型固态锂电池技术的高校和机构有不少，包括MIT、阿贡国家实验室和橡树岭国家实验室等，国内的复旦大学、南京理工大学和电子科技集团第十八所等皆有开展相关研究。

夏晖亦透露，目前国内的薄膜型固态锂电池发展主要基于关键材料的研究开发和实验室小样的制备，技术成熟度与国际相比仍存在较大的差距，尚无公开的产业化报道。

薛明喆还在会上表示，锂硫电池由于高达2600Wh/kg的理论能量密度，被认为是极具潜力在电解液的下一代高比能电池体系，但主要的技术痛点在于：高链多硫化锂在电解液中溶解从而产生了“穿梭效应”，极大影响电池的库伦效率。而“固态锂硫电池”概念的提出，为解决穿梭效应提出一条更为高效的解决方案。

但这些研究都仅仅处于实验室阶段。锂电材料论坛上的专家们表示，未来固态电池应要达到系统绝对安全、成本大幅降低、能量密度大幅提升、热管理系统设计简化等条件，才有望规模化应用。其中，系统重量比能量要大于等于300Wh/kg，即便处于极端情况下也不起 火不爆 炸。

未来，任重而道远。

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