固態電池
關注創建者：揉進清晨里的春天 創建時間：2018-10-23
固態電池的視頻教程
固態電池的實例教程
不論是新能源車或儲能設備，最重要的關鍵零部件之一就是電池，這幾年電池行業的一項挑戰就是拉高能量密度、追求更安全的方式，不論是嘗試新的正極、負極材料；或是提高鎳錳鈷（NMC）三元電池鎳的比重；也有人致力于研發不同于傳統鋰電池的技術，像是使用氫燃料電池的氫能源車。而固態電池（Solid-State Battery）就是被視為是下世代的電池技術。
1.什么是固態電池？
全固態電池到底是一種什么樣的技術？
如果通俗地講，全固態電池就是里面沒有氣體、沒有液體，所有材料都以固態形式存在的電池。
而考慮到現在人們日常生活中最為常見的電池為鋰離子電池，我們在這里將默認把“全固態鋰離子電池”當做全固態電池的代表（暫時忽略全固態鋰硫等新型電池）。
一般來說，鋰離子電池主要由正極、負極、隔膜、電解液、結構殼體等部分組成，其中電解液使得電流可以在電池內部以離子形式傳導。
電解液技術是鋰電池的核心技術之一，也是現在電池工業中利潤很高的一個組成部分。
鋰離子電池的結構示意圖
其中Li+（鋰離子）在內電路中，通過電解質（electrolyte）傳導
但是鋰電池用久后有的會鼓脹，而在更極端的小概率事件下，有的甚至會發生危險（比如近來的扭扭車的電池爆炸事件，導致了相關的生產企業和電池企業遇到了全面的困難）。
另外一般來說，現在的鋰離子電池的工作溫度范圍有限，在40 度以上的高溫下壽命會急劇縮短，安全性能會也出現很大的問題（所以特斯拉MODEL S會有一套嚴格的電池溫控系統，就是為此）。
實際上，以上所說的幾個安全方面的問題都是與我們現在電池用的有機體系的電解液直接相關的。
而為了解決電池安全問題，提高能量密度，目前科研界和工業界都在研發以及生產全固態電池，也就是把傳統的鋰離子電池的隔膜和電解液，換成固態的電解質材料。
展開 固態電池產業化階段尚處早期，但有望在未來超速發展。當前已實現小部分商業化的固態電池產品對比傳統鋰電暫未形成足夠的競爭優勢，而未來固態電池將走階段發展的路線，從特殊領域逐漸往動力電池過渡， 并且隨著國際巨頭的加速布局，固態電池將進入發展的快速軌道。
固態電池體系革命更小。
鋰硫電池、鋰空氣等體系需更換整個電池結構框架，難題更多也更大，而固態電池主要在于電解液的革新，正極與負極可繼續沿用當前體系，實現難度相對小。
贛鋒鋰業的固態電池采用的隔膜為固態柔性隔膜，電解質為半固態。這里也比較清晰了，和此前蔚來發布的固液混合電解質電池，它們還都算不上是嚴格意義上的固態電池。但固態電池產品化仍需時日，而半固態方案不僅技術可行，而且具有銜接性，可以使用現有設備生產。半固態電池較之固態電池并不是過渡產品，而是對于目前三元鋰電池更成熟的迭代產品。
展望未來發展趨勢，技術上步步為營，應用上梯次滲透，固態電池階段發展之路已經明晰。結構上， 現階段電池體系包含部分液態電解質以取長補短。 而技術發展過程中將逐漸減少液體的使用，從半固態電池到準固態電池，最終邁向無液體的全固態電池。
固態電池還需解決哪些問題？
行業內共同認可的固態電池量產時間大約在2025年左右，目前仍然需要解決一些實際問題。
展開 復陽固態儲能科技（溧陽）有限公司總經理顏輝作為受邀嘉賓出席活動并作關于全固態二次可充電池技術的主題分享。隨著全球科技的不斷發展，電子終端設備也在快速更新迭代，從第一臺計算機占地170㎡到現在最小的智能塵埃不到0.00001㎡，電子產品已經向著小、輕、薄、柔的趨勢發展，這也要求電子器件適應市場需求朝著集成化、小型化以及低功耗方向不斷創新。
為電子終端設備提供電能源的儲能器件主要是電池和電容，市場上銷售的電池產品分為一次性電池和充電電池兩種。鋰電池都由正極、負極、電解質組成，其中液態鋰電池由有機液體電解質組成，容易燃燒爆炸，存在安全隱患。全固態電池電解質由氧化物組成，有著高離子電導率、低電子電導率、寬電位窗以及良好的化學和機械穩定性，具由極高的安全性。因此用固體電解質代替有機液體電解質制備全固態電池，是解決當前鋰離子電池安全問題的根本途徑。
（一次性電池、可充電電池、超級電容器性能對比）
復陽固態儲能科技（溧陽）有限公司自主研制的亞毫米薄膜型全固態二次可充電池(簡稱薄膜全固態電池)是在傳統可充電鋰電池的基礎上發展起來的一種新型可充電全固態鋰電池，關鍵材料主要包括正極、全固態電解質和負極。
（普通鋰電池和全固態鋰電池材料對比）
全固態鋰電池可以制備柔性電池和薄膜電池，在3C產品設計中得到更快的應用。目前，復陽固態擁有整套電化學薄膜核心技術，公司自主研制的薄膜全固態電池擁有多項技術專利，有效解決目前市售鋰電池的安全性問題，可應用于薄膜電池供電的智能卡/標簽、醫療植入裝置電源、智能隱形眼鏡電源、IoT終端電源、柔性電路等領域。此外，高溫性能加速了薄膜全固態電池在特殊應用中的應用，如植入式和智能醫療設備、無線傳感器、航天航空等應用具有巨大的潛在市場。
展開 2月27日，在湖南寧鄉舉辦的“固態電池技術、智能裝備與市場應用研討會”上，工信部培訓中心汽車專家張翔認為，固態電池將成為三元電池的顛覆者。他表示，目前新能源汽車動力電池已經歷鉛酸電池、鎳氫電池、液態鋰離子電池，進入三元時代，但三元電池能量密度和安全性仍然不能滿足政府和市場的需求。而固態電池被日本、中國、美國、歐洲、韓國的資本普遍看好，預計到2025年開始小批量進入市場，將成為電動汽車取代燃油汽車的利器。
由于在安全性、可靠性、能量密度、循環壽命等多方面性能優勢明顯，固態電池被業內認為是較為理想的下一代電池技術體系。目前，國內在進行固態鋰電開發的企業包括CATL、贛鋒鋰業、江蘇清陶能源、中航鋰電、比亞迪、萬向、威馬汽車等。其中，贛鋒鋰業2017年引入許曉雄博士建設固態電池研發中試生產線；同年，萬向集團菲斯科申請了固態電池專利，可將電動車續航里程提高至800公里，充電時間壓縮到1分鐘。
中科院電工研究所研究員陳永翀認為，儲能電池的安全性非常重要，固態電池不含易燃的電解液，因此具有極高的安全性，在未來實現量產后有可能會首先應用到高安全要求的某些特殊場景。不過，固態電池要規模應用于電力儲能，在降本增壽方面還有相當的困難需要克服。另外，固態電池的回收處理也是一大難題。
在固態電池的市場格局方面，張翔介紹，固態電池領域的第一集團軍是日本，其擁有固態電池專利916件，占比接近一半，領先優勢明顯；美國和中國分別以398件和362件的專利數位居第二、第三。
北京大學新能源材料與技術實驗室主任其魯表示，中國鋰電池的研發及制造業應該高度關注下一代鋰電池技術導致的鋰電池無隔膜、無電解液、無碳負極等問題。
展開 動力電池是新能源汽車的心臟，動力電池性能對整車性能起著決定性的作用。在當前鋰離子電池體系下，依靠高鎳三元正極、硅碳負極和電解液的組合將在3-5年內達到性能極限（能量密度上限350Wh/Kg），但仍無法徹底滿足動力電池對安全性、能量密度與成本的要求。而由于固態電池在安全性、能量密度、循環壽命等方面具備更大優勢，在近年來受到了學術界與產業界的廣泛關注。目前，固態電池仍然處于研發階段，未來固態電池研發能否取得成功并實現商業化，將對汽車電動化的發展前景產生重大影響。
固態電池研發備受重視，全固態電池專利占比大
從全球固態電池申請專利情況來看，截止到2018年9月底，全球在固態電池領域已經公開的專利數目為1926余件，其中全固態電池領域的專利數為371件，占比約為45%。具體來看，固態電池領域專利數目由2007年的26件增長至2017年的273件，增長超過10倍；同時，全固態電池專利數目占比由0攀升至52.38%，說明固態電池，尤其是全固態電池的研發越來越受到各方面的重視。
日本專利擁有量位居第一，中國研發主體以高校科研機構為主
從區域上看，日本目前擁有的固態電池專利為916件，占比接近一半，領先優勢明顯；其次，美國和中國分別以398件和362件的專利數位居第二、第三。同樣，在全固態電池專利方面，日本也具有明顯的優勢；而美國則在全固態電池領域表現欠佳，僅擁有29件專利，落后于中國與韓國。
從專利主體來看，作為全球第一大車企的豐田擁有固態電池專利252件，數量遠超其他車企與電池企業；同時，日本其他消費電子及汽車零部件企業如富士、村田制造所、松下也在固態電池領域有廣泛布局。總體來看，日本固態電池的研發以產業界為主導。美國固態電池專利分布比較分散，而且其持有主體多以Sakti3、Quantumscape等初創企業為主。
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固態電池的最新內容
固態電池的引入有望提高安全性，并且可以在更廣泛的工作范圍內以更小、更靈活的外形尺寸提供更高的能量密度。由于固態電池的工藝流程不包括干燥過程，供應商可以縮短研發時間，從而更快速、更低成本地制造庫存產品。
仿真對于推動這項電池技術向前發展起到了至關重要的作用。Ansys面向固態電池解決方案的高效無縫工作流程，包含了多種多物理場工具，可識別最佳顆粒尺寸分布、材料混合比和壓實壓力。
新能源汽車與儲能
為特斯拉等車企提供車身碰撞與電池包安全仿真方案
支持寧德時代等電池廠商研發下一代固態電池技術
3. 能源裝備與重型機械
構建風電裝備數字孿生，實現疲勞壽命預測與故障預警
模擬深海裝備耐壓結構，大幅降低研發測試成本
4.
當前，在新能源化、智能化浪潮與環保政策收緊的多重驅動下，全球汽車保有量的持續增長為易損件市場奠定了堅實的需求基礎，尤其在新興市場汽車普及率提升與老舊車輛進入高頻維保周期的雙重推動下，市場規模穩步擴大，新能源汽車后市場潛力加速釋放，熱管理系統配件、輕量化剎車片、固態電池相關組件等新品類，預計未來五年年復合增長成為新的利潤增長極。
參展范圍：
電池產品及技術：各類動力電池及組件、儲能電池、固態電池、3C 電池、鉛蓄電池等各類電池以及電芯、材料、模組與 PACK 等
儲能產品及技術：儲能設備及組件、光儲一體化及配套設備、儲能電站及 EPC 工程、BMS 電池管理系統、儲能逆變器、充電樁技術等
新能源及光伏技術：太陽能、風能、地熱能、潮汐能、生物質能等新能源發電及其配套技術和設備，余熱/垃圾焚燒/沼氣發電技術
能源：小鵬IRON首發應用的全固態電池是一個重要亮點，旨在解決續航、安全和重量的核心痛點。相比特斯拉、1X 等高喊2026年量產口號的玩家，小鵬顯得更為克制。官方計劃2026實現IRON的量產，但只會在自有商業場景中使用——優先進入“三導”場景：導覽、導購和導巡。
事實上，小鵬此前已經嘗試過讓 IRON 上生產線 —— 任務是擰螺絲。結果發現，機器人干得還不如工人：效率低、維護貴、易損壞。
新能源鋰電池制造：VOC泄漏檢測8個月前
隨著固態電池量產臨近，新型聚合物溶劑（如PEGDME）的監測需求將產生PID技術新一輪升級。
對于新能源鋰電池泄漏的VOC濃度檢測的PID傳感器，工采網代理的PID氣體傳感器產品組合提供市場領先的光電離技術，能夠檢測極低水平（1ppb）的揮發性有機化合物氣體。測量范圍從0到10000ppm可選，可以獨立使用或成功集成到產品中。了解更多PID傳感器技術，可咨詢工采網FAE技術工程師。
此外，固態電池在安全和能量密度方面具備顯著優勢，其使用固態電解質替代了液態鋰電池中的電解液和隔膜，具備不可燃、無腐蝕、無揮發、無漏液、可抑制鋰枝晶形成等特點，安全性較高。
同時，固態電池可使用鋰金屬作為負極以提高電池的能量密度，目前液態鋰電池能量密度的天花板是300Wh/kg，而固態鋰電池的理論能量密度是700Wh/kg，是液態鋰電池的2倍以上，更適用于eVTOL。
然而科技在不斷進步，近些年固態鈉離子電池引起了人們越來越多的關注，雖然現在技術還不夠成熟，但有望在不久的將來實現能量密度及安全性均超越鋰離子電池，引領電池走向新紀元。
總結：已經有電動自行車的小伙伴，可以根據視頻開頭的方法判斷一下電池種類，如果是鉛酸電池，那你基本就不用擔心自燃問題了，比較安全。
目前，鋰離子電池占據主導地位，固態電池等新型技術也在快速發展。生產企業不斷擴大產能，提高生產自動化水平。
面 臨 挑 戰
1. 質量穩定性：電池的性能和安全性要求極高，質量波動可能導致嚴重后果。如何確保每一塊電池的質量穩定成為關鍵挑戰。
2. 生產效率提升：在大規模生產的情況下，如何提高生產效率，降低成本，同時保證質量，是企業面臨的重要問題。
3.
主題：
新能源電池材料技術
高安全功能復合材料電解質材料
固態電解質復合材料
新型復合材料在鋰離子電池、固態電池、鈉離子電池等中的應用研究
復合材料對電池能量密度、循環壽命、安全性能的提升機制
復合材料制備工藝的創新與優化
復合材料的環境友好性與可持續性發展
復合材料在電池熱管理、結構強度等方面的應用探索
復合材料在電池回收與再利用中的潛力與挑戰
