近日，東風公司生產的固態電池汽車全球首發，固態電池正式進入量產階段。

新能源車取代燃油車，離不開動力電池的革新。而在電池技術研發過程中，固態電池尤其受到青睞，固態電池的量產也一直備受期待。

工業和信息化部近日發布《免征車輛購置稅的新能源汽車車型目錄》(第五十一批)，由東風公司技術中心自主開發的東風風神E70固態電池車名列其中，獲得免稅許可。這是國內首款獲得免稅許可的固態電池乘用車，標志著東風公司率先開始固態電池車量產。

2022年1月22日，由東風公司與贛鋒鋰業合作開發的東風-贛鋒高比能固態電池E70示范運營車在江西省新余市全球首發，東風風神E70在國內率先打響固態電池產業化“第一槍”。據了解，首批投放的50輛東風風神E70固態電池車已完成交付，投放于江西、廣東、浙江、江蘇等四個省份。

東風風神E70固態電池車的四大性能優勢：

(1)安全性方面：東風固態電池車采用高比能固態電池，通過穿刺、50%擠壓大變形等嚴苛測試，60℃下可正常放電、熱箱180℃無異常，大幅提升安全性;

(2)可靠性方面：固態電池系統在防水、防爆、抗震、結構強度等方面也經受住嚴苛的實驗環境，技術指標領先于行業水平;

(3)穩定性方面：在BMS(電池管理系統)算法上實現“量身定制”，系統穩定、可靠;

(4)動力性方面：整車續航可達426公里，整車試驗累積行駛里程已達到15萬公里，動力性能表現優異。

1 什么是固態電池?

固態電池就是采用固態電解質的電池，1980年鋰電池之父美國科學家約翰•古迪納夫就提出了固態電池的概念，被認為是電池的終極形態。目前，在固態電解質材料方向上，主要有三種技術路徑：氧化物、聚合物、硫化物。

固態電池和液態電池的正負極材料大都相同，正極材料為鈷酸鋰、錳酸鋰、三元材料、磷酸鐵鋰，負極材料基本使用的是石墨。從工作原理上來講，固態電池與液態電池也并無區別。但從結構上看，固態電解體既充當電解液，又充當隔膜，因此電池安全性更佳，能量密度更高，不存在陰陽極接觸的風險。正因如此，固態電池的工作電壓范圍也更大，可實現更為快速的充電。

相較于液態電池，固態電池的發熱量很低，不需要特殊的冷卻系統。一般來說，固態電池的存儲能量密度，是液態鋰離子電池的2～10倍。

固態電池發展路徑

來源：中科院物理所、電動汽車觀察家、興業證券經濟與金融研究院整理

2 固態電池VS鋰電池

固態電池和三元鋰電池最大的區別在于取消了電解液，使用固體電極和固體電解質，這樣能大幅提升鋰電池的能量密度，同時縮短充電時間。同樣的電量，固態電池的體積將變得更小。取消電解液和隔膜能夠徹底杜絕漏液引發的各種安全問題，從而有效降低自燃概率。

與傳統鋰離子電池相比較，固態電池的安全性更高，無自燃、爆炸風險;能量密度高于采用相同正負極材料的傳統鋰離子電池。此外，在電解質構成、成本等方面，固態電池均比鋰電池占有優勢。

表：固態電池VS鋰電池差異性對比

制表：中國能源網

固態電池具備哪些優點?

相較于傳統鋰電池，固態電池的容量更大、更安全、充電速度快，沒有腐蝕性問題，使用壽命也更長。由于沒有電解液，固態電池不存在液態電解質難分離的情況，因此回收起來更加方便。優勢顯而易見。

此外，固態電池擁有更為穩定的電解質機械和化學特性，靜態及循環壽命將得到極大提升;固態電池具有熱穩定性，也不會在低溫凍結，對溫度不敏感，能在-50℃~200℃溫度保持放電功率，可以較大程度緩解冬季電池容量衰減問題，確保電動車的續航力。同時因其完全不可燃的特性，BMS溫控組件將不復存在，因而能夠實現多措并舉提升續航里程;能量密度得以極大提升，預計可以達到當前三元鋰電池的2～10倍，突破液態電池極限。

簡單概括，固態電池主要具有以下四大優點：

▌能量密度高;

▌充電速度快;

▌壽命較長;

▌熱穩定性佳。

固態電池的待解問題：

當然，固態電池仍然不可避免地存在一些需要解決的問題：

(1)高阻抗：固態電解質電池內部的離子活性變差(即導電能力變差)。固體和固體間的接觸性差，導致離子內部傳輸效率堪憂。當電極表面暴露在空氣中時，電阻會增加，從而降低電池容量和性能。

(2)成本高昂，不易量產：固態電池在技術、工藝、材料、成本等方面還存在有待突破的難題，阻礙其大規模量產;由于固態電池產量少，鋰金屬附件價格偏高，導致當前制造成本較高。

(3)循環不好：要保證車主們頻繁的充放電使用場景，就要保證足夠的充放電次數。

(4)高速高效率全固態電池的制造工藝和裝備尚不成熟。

3 固態電池的關鍵技術

2018年，東風公司技術中心前瞻研究中心正式成立東風固態電池項目組，開展固態電池、固態電池系統技術研究。東風風神E70固態電池車由該中心牽頭研發。

東風公司不斷實現固態電池技術研究的突破，相繼實現了固態電池、固態電池系統、固態電池整車開發，并按計劃啟動固態電池車示范運營項目。

東風E70這款電池采用全球領先的固態柔性隔膜技術，經受住了單體穿刺、50%擠壓大變形等嚴苛測試，同時放電溫度高達60℃，熱箱180℃無異常，電芯本征安全優勢突出。該車所搭載的固態電池模組采用了鋁合金框架、高精度拼縫激光焊接技術，減少冗余結構，成組效率高達86%以上。

其實，贛鋒鋰業為東風E70純電動汽車所提供的固態電池并非嚴格意義上的固態電池，而是一種半固態電池，采用的隔膜為固態柔性隔膜。在贛鋒鋰業的官方資料中明確指出：目前該公司的電池均采用“固液混合電解質”，而真正的固態電池，尚在與東風集團合作研發中。不過，贛鋒鋰業量產的固態柔性隔膜電池，相比純液態電解質的鋰電池，已然具有更輕薄、能量密度更高，也更加安全的優勢。

中國電動汽車百人會副理事長歐陽明高也曾直言，中國的固態電池技術與日本最少相差五年，到2030 年中國固態電池的商業化應用規模才能達到 1% 左右。

由于半固態電池在安全和密度方面均有所改進，且擁有固態電池的部分優點，技術難度比全固態電池低，研發速度更快，部分企業選擇將這一過渡技術率先進行量產。以贛鋒鋰業的第一代固態電池為例，其能量密度在與三元鋰電池相當的同時，安全性也相對更高。

4 固態電池前景展望

2019年12月，我國發布了《新能源汽車產業發展規劃(2021-2035)》(征求意見稿)，首次將固態電池上升到國家層面。文件提出了加強固態電池研發和產業化進程的要求，到2030年，我國液態電解質將演變為固態電解質的目標。據預測，到2030年，全球固態電池需求有望達到500GWh，按照專家保守估計，將形成3000億元以上的市場規模。

追求高能量密度、長壽命、低成本、高安全性是電池行業永遠的課題。未來的電池技術也必將經過多路徑共同發展階段。由于在安全性及能量密度等方面極具優勢，固態電池成為新能源汽車的研究重點，因而深受資本青睞，引來各大電池廠商、車企紛紛試水。又因其具有安全輕量、成本合理、支持快充等優勢，成為下一代動力電池的最佳選擇，更有望成為燃油車的終結者。

固態電池的電池結構設計正逐漸由減少液體的使用，向無液體的全固態電池邁進。當然，成本和研發雙重壁壘還有待突破。要想在技術上完全走向成熟，固態電池還需要經過一段漫長的發展階段，但固態電池大規模量產是引領新能源汽車技術潮流的第一步。

來源：中國能源網

文：李穎

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