[車子 前沿科技 原創(chuàng)]

　　在剛剛往日的春節(jié)假期中，隨著電動(dòng)車保有量的一年年提高，電動(dòng)汽車主人在快速效勞區(qū)徹夜排隊(duì)充電、甚而為這大打出手的新聞再一次榮登新聞?lì)^條。據(jù)中消協(xié)發(fā)表的2022年度春節(jié)花費(fèi)維權(quán)輿情剖析匯報(bào)顯現(xiàn)，“快速充電難，沒(méi)有解決方案”成了春節(jié)花費(fèi)維權(quán)的典范案例。

　　實(shí)是上，假如要徹底解決 “每逢佳節(jié)必添堵”的充電困難，除了依賴于根基設(shè)備的普遍和建造，提高車載電池組儲(chǔ)能效能也差不多是”必選擇”。據(jù)工信部推出的《華夏生產(chǎn)2025》中對(duì)電池技藝的相干指導(dǎo)意見，到2025年、2030年兩個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)，能源電池單體能量密度需達(dá)到400Wh/千克、500 Wh/千克。而日前占車載電池主流份額的液態(tài)鋰離子電池，就算在全新技藝的加持下，也不容易突破400Wh/千克的能量密度上線。

　　也許在您看來(lái)這點(diǎn)數(shù)據(jù)枯燥沒(méi)有比，全無(wú)意義。那咱們無(wú)妨以市售電動(dòng)車為例，長(zhǎng)續(xù)航版的特斯拉Model 3大家都有4416個(gè)電芯，電池組重量為477.3千克，容量為78.4kWh，經(jīng)計(jì)算能量密度僅為167W/千克，而這車的CLTC續(xù)航路程為675km，也便是說(shuō)，一朝電池能量密度突破400Wh/千克大關(guān)，機(jī)動(dòng)車?yán)m(xù)航路程輕松突破1000km差不多無(wú)難度。對(duì)此，同等重量下能量密度更高、同一時(shí)間也具有更好平安功能的固態(tài)電池技藝被看做車載電池的終極形態(tài)，也因而成了許多電動(dòng)車企的未來(lái)的進(jìn)行方向。甚而有相干人員放出狠話：“一朝固態(tài)電池可以普遍，便是慣例汽油車淘汰之時(shí)。”

　　這不禁令人好奇，固態(tài)電池真的是電動(dòng)車的”萬(wàn)金油“嗎？

只需將多汁的檸檬或其它水果，接下來(lái)在兩端區(qū)別插入銅、鋅兩種化學(xué)性質(zhì)不同的金屬片，再用導(dǎo)線將金屬片兩端接連起來(lái)，就能制成最容易的“水果電池”。

固態(tài)電池究竟幸好哪？

　　作為日前純電動(dòng)車焦點(diǎn)技藝的電池，本來(lái)底層原理其實(shí)不繁雜。只需將多汁的檸檬或其它水果，接下來(lái)在兩端區(qū)別插入銅、鋅兩種化學(xué)性質(zhì)不同的金屬片，再用導(dǎo)線將金屬片兩端接連起來(lái)，就能制成最容易的“水果電池”。這類“水果電池”的焦點(diǎn)原理在于：檸檬兩端的銅片和鋅片的電化學(xué)活性不同，此中更活躍的那里的金屬片（銅片）能與檸檬汁起化學(xué)效用發(fā)生了正電荷，此外一片（鋅片）就會(huì)發(fā)生負(fù)電荷，因而發(fā)生電流。與此同一時(shí)間，檸檬汁充當(dāng)電解液，在正負(fù)極中起傳遞電離子，以發(fā)生電流。

面臨低溫環(huán)境，電池中的電解液會(huì)變得黏稠、而鋰離子遷移速率變慢，導(dǎo)致電池活性下降，這也是許多數(shù)電動(dòng)車在冬天路程大幅縮減、充電效能下降的要緊原因。

　　日前主流的車載鋰電池中，仍需電解液在電池充放電進(jìn)程中使離子在正負(fù)極之中活動(dòng)，從而組成全個(gè)電路回路發(fā)生電流。關(guān)于車載鋰電池而言，來(lái)回充放電會(huì)導(dǎo)致鋰離子在來(lái)回沉積和析出進(jìn)程中，金屬鋰負(fù)極外表簡(jiǎn)單生長(zhǎng)出鋰枝晶，并產(chǎn)生粉化。這類景象輕則下降電池儲(chǔ)能，縮小電池生命；慘重時(shí)則會(huì)穿透電池間的隔膜，激發(fā)漏液和短路，形成機(jī)動(dòng)車自己燃燒。不但如許，面臨低溫環(huán)境，電池中的電解液會(huì)變得黏稠、而鋰離子遷移速率變慢，導(dǎo)致電池活性下降，這也是許多數(shù)電動(dòng)車在冬天路程大幅縮減、充電效能下降的要緊原因。

來(lái)回充放電會(huì)導(dǎo)致鋰離子在來(lái)回沉積和析出進(jìn)程中，金屬鋰負(fù)極外表簡(jiǎn)單生長(zhǎng)出鋰枝晶，這類景象輕則下降電池儲(chǔ)能，縮小電池生命；慘重時(shí)則會(huì)穿透電池間的隔膜，激發(fā)漏液和短路，形成機(jī)動(dòng)車自己燃燒。

　　比較于此，固態(tài)電池運(yùn)用固體資料作為離子搬動(dòng)的電解質(zhì)，源于電池中不存留液體，于是就不要慣例液態(tài)鋰電池繁雜的封裝體系。另外，源于其性質(zhì)更穩(wěn)固，因而在固態(tài)電池中還不須要配置溫度操控部件。這也就意指著，相同重量的一組液態(tài)和固態(tài)電池，就像是同樣尺寸的柚子和西瓜，后者“果肉”（電芯）占有比例遠(yuǎn)超前者，因而電池能量密度大幅提高。

相同重量的一組液態(tài)和固態(tài)電池，就像是同樣尺寸的柚子和西瓜，后者“果肉”（電芯）占有比例遠(yuǎn)超前者，因而電池能量密度大幅提高。

　　實(shí)是上，固態(tài)電池的優(yōu)勢(shì)遠(yuǎn)不止于更高的能量密度，固體電解質(zhì)更穩(wěn)固的物理性質(zhì)意指著這類電池不會(huì)由于外界環(huán)境的浮動(dòng)容量驟減，況且運(yùn)用生命也比液態(tài)鋰電池長(zhǎng)得多。

當(dāng)前參加固態(tài)電池研發(fā)的公司和機(jī)構(gòu)（不十足），除了車企，初創(chuàng)企業(yè)及大學(xué)探討機(jī)構(gòu)也占了相當(dāng)大比重。

固態(tài)電池既然那么好，為何遲遲不量產(chǎn)？

　　比較于慣例鋰電池，固態(tài)電池容量大、更平安、運(yùn)用生命也更長(zhǎng)，優(yōu)勢(shì)可謂差不多顯著。可是，在研發(fā)層次可謂難題重重。雖然重新勢(shì)力車企Fisker、蔚來(lái)，到慣例車企豐田、大眾、寶馬，在該技藝上均有所布置。但時(shí)于今日，還尚未有一款量產(chǎn)車裝載固態(tài)電池。甚而早在2017年就申請(qǐng)了固態(tài)電池專利的Fisker企業(yè)已于2021年公布宣告徹底放棄研發(fā)該技藝。

關(guān)于固態(tài)電池技藝，F(xiàn)isker創(chuàng)始人Henrik Fisker坦言：“固態(tài)電池是一個(gè)這樣的技藝，當(dāng)你感覺曾經(jīng)達(dá)成了90%，差不多達(dá)到指標(biāo)時(shí)，接下來(lái)你意識(shí)到剩下的10%比前面的90%難題得多。因而此刻，咱們十足放棄了固態(tài)電池，由于真的沒(méi)有辦法落地。”

　　對(duì)此，F(xiàn)isker創(chuàng)始人Henrik Fisker坦言：“固態(tài)電池是一個(gè)這樣的技藝，當(dāng)你感覺曾經(jīng)達(dá)成了90%，差不多達(dá)到指標(biāo)時(shí)，接下來(lái)你意識(shí)到剩下的10%比前面的90%難題得多。因而此刻，咱們十足放棄了固態(tài)電池，由于真的沒(méi)有辦法落地。”而關(guān)于該技藝的前景，這位寶馬Z8的設(shè)置師同樣給出了悲觀的預(yù)期：“咱私人以為，不論是哪種方式的量產(chǎn)，固態(tài)電池都至少還須要7年。”

諷刺的是，讓固態(tài)電池技藝遲遲不行量產(chǎn)落地，繼而困擾著全世界車企和電池生產(chǎn)商的技藝?yán)щy恰好便是固態(tài)電解質(zhì)自身。日前，全世界范疇內(nèi)成型的電解質(zhì)技藝路線一共分為三種：聚合物、氧化物和硫化物。（配圖為豐田固態(tài)電池構(gòu)造圖）

　　諷刺的是，讓固態(tài)電池技藝遲遲不行量產(chǎn)落地，繼而困擾著全世界車企和電池生產(chǎn)商的技藝?yán)щy恰好便是固態(tài)電解質(zhì)自身。日前，全世界范疇內(nèi)成型的電解質(zhì)技藝路線一共分為三種：聚合物、氧化物和硫化物。此中，以大眾及上汽團(tuán)體投資的電池生產(chǎn)商QuantumScape為首的歐美公司更偏向于氧化物和聚合物，而豐田和LG化學(xué)為首的日韓公司則堅(jiān)定地站在硫化物這一陣營(yíng)。

作為裝載固態(tài)電池量產(chǎn)車的先行者，法國(guó)企業(yè)Bolloré與賓法設(shè)置企業(yè)合作開發(fā)的Bluecar早在2011年問(wèn)世，但電池功能差不多堪憂，甚而為了確保這車的續(xù)航路程，少許早期的車型即便在泊車狀況下，也須要外接一種加熱器。

　　這三種技藝路線可謂各有千秋。此中聚合物電解質(zhì)加工簡(jiǎn)單，高溫下導(dǎo)電功能優(yōu)異，但室溫狀況下導(dǎo)電功能大幅下調(diào)，因而這類電池須要配置格外的加熱裝置維持電池始終處于事業(yè)溫度。應(yīng)用該技藝，法國(guó)企業(yè)Bolloré早在2011年就與賓法設(shè)置企業(yè)合作開發(fā)了裝載固態(tài)電池的量產(chǎn)車——Bluecar。只是，這車裝載的電池組容量唯有30kWh，能量密度只達(dá)到了100Wh/千克，甚而也不足此刻此刻主流液態(tài)電池能量密度的一半。

2013年10月14日，法國(guó)巴黎一臺(tái)用于共享外出的bluecar產(chǎn)生自己燃燒，大火很快燒毀了另一臺(tái)停在周邊同型號(hào)共享車。獲悉，在2011-2013年間，大家都有25輛bluecar產(chǎn)生了自己燃燒。

　　更致命的是，為了確保這車的續(xù)航路程，少許早期的車型即便在泊車狀況下，也須要外接一種加熱器。雖然固態(tài)電池自身的下降了自己燃燒風(fēng)險(xiǎn)，但這種附帶裝置成了第一大的禍患。2013年10月14日，法國(guó)巴黎一臺(tái)用于共享外出的bluecar產(chǎn)生自己燃燒，大火很快燒毀了另一臺(tái)周邊的車。獲悉，在2011-2013年間，大家都有25輛bluecar產(chǎn)生了自己燃燒。

　　對(duì)此，氧化物固態(tài)電解質(zhì)受外界環(huán)境作用小，但加工難度較高，前文說(shuō)起的QuantumScape，研發(fā)出了加工更簡(jiǎn)單的非薄膜電解質(zhì)，并被許多業(yè)內(nèi)人員看做未來(lái)最有量產(chǎn)商業(yè)化前景的固態(tài)電池技藝。

2021年9月，豐田正規(guī)宣告，將投資135億美元用于研發(fā)包括固態(tài)電池在內(nèi)的下一代電池技藝。同年11月，該企業(yè)公布了首款裝載固態(tài)電池的概念車——LQ Concept。

　　比較前兩種技藝，硫化物起步最晚，但源于其導(dǎo)電功能最佳，且扶持高壓快充技藝，因而被豐田、三星和寧德時(shí)期等一眾亞洲公司看好，2021年9月，豐田正規(guī)宣告，將投資135億美元用于研發(fā)包括固態(tài)電池在內(nèi)的下一代電池技藝。同年11月，該企業(yè)公布了首款裝載固態(tài)電池的概念車——LQ Concept，不同于各式PPT制車公司所熱衷的”1:1大比重車模”，該款概念車在然后會(huì)在開放公路上發(fā)展測(cè)試，并認(rèn)證固態(tài)電池的穩(wěn)固性。

即便試驗(yàn)車曾經(jīng)上路，一向以保守穩(wěn)健著稱的豐田仍是打算直到2025年，才會(huì)小范圍投產(chǎn)固態(tài)電池。而且第一批產(chǎn)物將利用于自家的混動(dòng)車型上，而非純電車型。

　　即便試驗(yàn)車曾經(jīng)上路，一向以保守穩(wěn)健著稱的豐田仍是打算直到2025年，才會(huì)小范圍投產(chǎn)固態(tài)電池。而且第一批產(chǎn)物將利用于自家的混動(dòng)車型上，而非純電車型。關(guān)于這種規(guī)劃，豐田探討所（Toyota Research Institute）負(fù)責(zé)人Gill.Pratt給出理解釋：“日前的固態(tài)電池生產(chǎn)本錢居高不下，而混動(dòng)車型所需的電池容量較小，不但可行有用操控本錢，同一時(shí)間混動(dòng)車型更頻繁的充放電也使其成為了認(rèn)證電池生命和可靠性的完美平臺(tái)。”