车载全固态电池技术路线探讨分析

工信部在《中国制造2025》中指出，到2025年，2030年，我国动力电池单体能量密度需分别达到400Wh/kg、500Wh/kg。而公开数据显示，液态电池能量密度上限或为 350Wh/kg，难以满足能量密度提升的最终要求。全固态电池使用固体电解质替代易燃易爆的电解液实现了电池的本征安全，同时使锂负极的应用成为可能。锂金属具有3860 Ah/kg 的超高理论容量和-3.04 V 的低化学势，可以有效提高电池能量密度，因此固态电池越来越受到人们的关注。

我们知道根据电解质状态的差异，锂离子电池总体可分为两类：液态电池和固态电池，两者主要不同之处在于采用电解质的状态不同，液态电池主要依靠液体电解液进行锂离子的运输传导，而固态电池中则替换了液态电池中使用的电解液与隔膜，采用固态电解质完成电池工作状态Li+可逆脱嵌的过程。这种方式的替代，使两者存在着不同的特性，其优缺点也不同，具体如表1所示。

表1 液态和固态电池优缺点对比

目前，固态电解质最常用的材料主要是无机陶瓷和有机聚合物，而它们性能的好坏也是决定固态电池性能中的关键的一部分，必须满足的要求：

●较高的离子电导率

●良好的对锂稳定性

●较宽的电化学窗口

●力学性能良好

表2 不同固态电解质优缺点对比

固态电池工艺核心技术

●固态电解质成膜的工艺

固态电解质取代了液态电池的隔膜和电解液，主体为固态电解质。锂离子通过固态电解质传输，因此固体电解质的成膜工艺是固态电池制造的核心环节。不同的工艺方法将会影响电解质膜的厚度和离子电导率，以及电池内阻。目前电解质的成膜工艺分为干法工艺和湿法工工艺，区别在于是否采用溶剂。

表3固态电解质成膜工艺优缺点比较

●固态电池的装配工艺

全固态电池通常采用软包的方式集成。与液态电池生产相比，不需要电解液注入工艺，取消了化成时间。目前全固态电池的尚处于基础研究阶段，大多数试验验证都基于扣式电池和模具电池。

从工艺成熟度、成本、效率等方面评估，叠片工艺是目前适合全固态电池制备的工艺。

分段叠片沿用液态电池叠片工艺，将正极、固体电解质层和负极裁切成指定尺寸后按顺序依次叠片后进行包装；一体化叠片是在裁切前将正极，固体电解质膜和负极压延成3层结构，按尺寸需求将该3层结构裁切成多个“正极-固体电解质膜-负极”单元，并将其堆叠在一起后进行包装。无论是分段叠片和一体化叠片，都需要解决界面问题，以免对电池内阻等电化学性能和机械性能产生影响。

各大汽车厂对固态电池市场布局统计

为加快电动化转型，宝马、奔驰等跨国车企巨头已纷纷在固态电池领域布局。这条赛道上玩家不断增多。

表4 不同汽车厂商对固态电池布局

总结：全固态电池可以从根本上解决现有锂离子电池的安全问题，但全固态电池实现产业化还有很长的路要走。这其中包括固态电池正负极，固态电解质原材料的提取制备，以及电池生产工艺成熟度。中国科学院院士、中国电动汽车百人会副理事长欧阳明高近日谈到，材料这种事，要厚积薄发，固态电池真正投入大规模商业应用大概的时间是在 2025~2030 年之间。