固态电池是怎样的技术?能否全面取代锂电池？

这个问题其实要分开的两部分回答，在讨论它能不能取代目前最主流的锂电池之前，我们应该先弄清楚，什么是固态电池。顾名思义，固态电池也就是说电池内部物质不以液体或气体的形式存在，而是全部为固体形式。目前市面上最为常见的锂电池内部组成部分包括正极、负极、隔膜、电解液、结构壳体等，而其中要让电流在电池内部传导主要依靠电解液。而固态电池则是把这里面的隔膜和电解液更换为固态的电解质材料。这里需要注明，大家讨论的固态电池其实大部分是全固态锂离子电池和全固态金属锂电池，但由于固态电解质与不同的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，所以固态电池也包括了全固态锂硫电池等。对于电池行业来说，固态电池并不是一个陌生概念了。早在2012年苹果公司就已经开始了全固态电池技术的专利布局，随后包括丰田在内的一些知名厂商也在这个领域有所投入，去年底，电池行业的巨头日立公司也表示已经完成了固态电池的研发，在未来三年量产上市；而丰田则在研发它的首款采用固态电池的纯电动汽车。大概明白了固态电池的技术原理之后，我们不妨分析一下，它在未来能否取代锂电池，成为新一代的主流电池技术？必须指出的是，锂电池虽然是目前最主流的技术之一，但它始终存在能量密度低、安全级别不高的问题。目前纯电动汽车无法大范围普及，最主要的一个原因是锂电池的能量密度降低，制约了续航里程的提升，再者即便是大量使用了快充技术，锂电池的充电时间也是有瓶颈的，无法彻底达到消费者的期许。而由于锂电池采用的电解液传导的架构，存在造成短路引燃、离子浓度差增大电池内阻、电极材料持续消耗等问题。另一方面，锂离子电池在40 度以上的高温下寿命会急剧缩短，安全性能受到极大影响，因此锂离子电池的热管理至关重要。比起锂电池，固态电池似乎有着不可取代的优势。第一， 由于固态电池内部所有材质都由固态形式存在，稳定性与安全性更好；第二，固态电池具更高的离子电导率和机械强度，因此可以实现更高的能量密度。固态电池的能量密度一般是锂电池的两倍，这直接决定了纯电动汽车的续航里程，如果说目前锂电池的纯电动汽车续航瓶颈只在500公里左右，那么采用了固态电池的纯电动汽车续航焦虑基本能彻底解决。比如美国菲斯科公司就曾经公布了一项固态电池技术：续航804公里，充电只需要1分钟。第三，固态电池由于可以做到更小更轻的体积，同时能够根据需求调整电池的形状，因此在纯电动汽车的电池布局上可以做到更灵活，不至于侵占太多的车内空间，车身重量的问题也能得到解决。这样看来，固态电池已经有了全面取代锂电池的潜质。不过，固态电池同样有着绕不开的缺点：现阶段固态电池的成本依然高昂，而且生产速度慢，由于目前固态电池仍在研发阶段，大规模的商业化生产在短期内难以实现。而更重要的是，虽然固态电池的充电时间将会比锂电池缩减一倍，但由于固态电池的性能受温度影响，常规状态下难以实现快充功能。因此，可以认为固态电池是未来电池技术发展的一个必然方向，但要全面取代锂电池，还需一段长时间的努力和验证。