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　　据外媒报道，丰田正在大力研发固态电池，据称将于本世纪20年代初期实现该类电池的商业化运营。丰田的固态电池技术：采用固态电解质，替代电池正、负极间的液态电解质或凝胶电解质（gel electrolyte）。

　　尽管从理论上讲，该技术拥有几大优势，如：能量密度较高、充电速度较快、使用周期更长，但若采用如今电池研发中的热门材料——锂金属作为其电极材料，将不太可能实现上述性能优势。

　　丰田欲实现固态电池商业化

　　据丰田一位女发言人证实，公司旨在本世纪20年代初期实现固态电池的商业化运作。此外，该名女发言人还向福布斯透露，丰田认为，在新一代电池中，最可能实现批量应用的是固态锂电池，公司旨在为旗下电动车批量配置该类电池。

　　在美国，丰田的官方回应就有点讳莫如深了。据丰田美国产品沟通部高级经理Craig Taguchi证实，公司正致力于研发固态电池，涉及所有固态电池的产品工程设计，预计在本世纪20年代初期将实现产品的商业化。但谈到具体的生产计划，丰田却未予以置评。

　　特斯拉与丰田的相爱相杀

　　但也有许多业内人士对丰田的发言内容持怀疑态度，他们不认为丰田能量产并联固态蓄电池组（multicell solid-state battery pack），其中就包括特斯拉的CEO埃隆·马斯克，他在本月初季度财报电话会议中被媒体问及对此事的看法。

　　马斯克有些恼怒地回应道：“特斯拉是全球最大的锂离子电池买家，你知道最先获得锂离子电池的人是谁吗？是特斯拉，我们是其最大的客户。”

　　丰田自2010年起就成为特斯拉的股东，两家公司还一度开展过合作，但丰田于今年6月将其持有的特斯拉股份全部出售，让两家公司从早前的合作伙伴变为了如今的竞争对手。若未来丰田向市场推出一款全新电动车，那么两家公司将形成直接的竞争。

　　特斯拉首席执行官JB Straubel则回应道：“公司对固态电池技术保持谨慎乐观的态度，目前特斯拉已测试了大量的单节固态电池样品，但据其预计，这并不会对特斯拉的电池战略造成改变。”

　　固态电池上市时间不明朗

　　全电池咨询公司（Total Battery Consulting）的总裁兼电动车电池市场资深专业人士Menahem Anderman表示：“目前，车企的固态电池技术尚处于研究阶段，尚无法制定明确的商业化时间表。”Anderman强调：“由于固态电池不太可能选用锂离子电池所用的各项化学材料，预计其售价将非常高，且生产难度也更大。”

　　全固态锂电池介绍及电解质深度解析

　　我国通过政策的引导和扶持，已经成为全球最大的新能源汽车市场。基于政策倒逼和动力电池技术本身的进步，电动车用单体电池的能量密度将会于2020年达到300wh/kg。磷酸铁锂电池终将被三元锂电池替代，而具有高理论能量密度和高安全性的固态电池能否成为下一代的动力电池呢?

　　目前，我国新能源汽车厂商选用的电池体系主要有三元材料/石墨体系，磷酸铁锂/石墨体系和三元/钛酸锂体系电池三种。选用三元电池的代表车企有吉利、长安、北汽、上汽、江淮等公司，选用磷酸铁锂电池的代表车企是比亚迪，三元/钛酸锂电池的车企则是珠海银隆。

　　2017年3月份，国家工信部等四部委联合颁布《促进汽车动力电池发展行动方案》，指出到2020年，要求新型锂离子动力申池单体比能量超过300Wh/Kg；系统比能量力争达到260Wh/Kg。

　　根据三种电池的原材料本身性质进行判断，单体比能量超过300Wh/Kg对磷酸铁锂和钛酸锂电池来说是无法达到的，目前只有三元材料能够达到这样的要求。以上是三种锂电池材料体系的比较，三元电池虽以能量密度超越其他电池，但是其采用的是液态电解质，存在较大的安全隐患。业内对于固态电解质能够解决锂电池安全问题保持一致的看法。

　　固态电池并不是一个新颖的概念，早在2012年苹果公司就已经对固态电池开始了专利布局。固态电池是采用固态电极和固态电解质的电池。固态电池的正极材料与液态电解质电池没有太大差别，负极材料主要选用锂金属、锂合金或石墨烯等。这么多有利的因素，组合在一起就构成了固态锂离子电池。目前固态锂电池可以分为无机固态电解质电池和聚合物固态锂电池两种。固态锂电池的发展主要还是依赖于固体电解质的材料的发展。

　　一、固态电解质材料

　　对于固态电池来说，选用合适的固态电解质材料是电池设计的核心内容，一般对电解质的性能要求有以下：

　　(1)具有高的室温电导率;

　　(2)电子无法通过，锂离子能够通过；

　　(3)电化学窗口宽；

　　(4)与电极材料相容性好；

　　(5)热稳定性好、耐潮湿环境、机械性能优良；

　　(6)原料易得，成本较低，合成方法简单。

　　1.聚合物电解质

　　在有机聚合物基锂离子导体中，锂离子以锂盐的形式“溶于”聚合物基体。电导率是表征电解质优劣的关键参数，而传输速率主要受到与基体相互作用及链段活动能力的影响。提高链段的活动性有利于提高锂离子电导率。

　　目前，研究较多的聚合物固体电解质是PEO（聚环氧乙烷）及其衍生物络合锂盐类聚合物电解质。PEO类聚合物在较高的温度下也有很好的离子电导率，且加工性能好。但PEO类聚合物电解质也存在室温离子电导率低、与金属锂负极的相容性差等问题。

　　2.无机固态电解质

　　无机固态电解质材料中，早期开发的卤化物电解质电导率较低。这些早期开发的材料还存在化学性质不稳定、制备困难等问题。

　　硫化物电解质和氧化物电解质都包含有玻璃、陶瓷及玻璃-陶瓷（微晶玻璃）3种不同结晶状态的材料。总的来说，由于S相对于O对Li的束缚作用较弱，有利于Li+的迁移，因此硫化物的电导率往往显著高于同种类型的氧化物。

　　氧化物电解质对空气和热稳定性高，原料成本低，更易实现规模化制备。在氧化物电解质中，非晶（玻璃）态氧化物电解质的室温电导率较低，且对空气中的水汽较敏感，制备往往需要高温淬冷，难以应用于实际电池。

　　在氧化物中，锂离子在尺寸大得多的O2-构成的骨架结构间隙进行传导，减弱Li-O相互作用、实现锂离子的三维传输及优化传输通道中锂离子与空位浓度的比例均有利于提高锂离子的电导率。基于这些理念，一些具有复杂结构的氧化物锂离子导体材料相继出现，其中具有代表性的包括石榴石型结构体系、钙钛矿结构体系、钠快离子导体结构体系。然而，这些材料中，只有石榴石型结构体系的材料对金属锂稳定。另两种结构体系中电导率较高的材料均含有可被金属锂还原的Ti、Ge等元素。此外，石榴石型结构体系材料对空气有较好的稳定性，原料成本低，烧结体具有较高的机械强度，因此具备作为理想固态电解质广泛应用于全固态锂电池的潜力。

　　二、待解决的问题

　　将固态电解质引入锂电池是为了突破目前有机电解液存在的种种限制，提高电池的能量密度、功率密度、工作温度范围和安全性。然而，真正实现这些目标，仍需首先解决现有电解质材料本身以及与电极界面存在的一些问题。

　　例如，提高能量密度需要使用低电位、大容量的负极材料，以及高电位、大容量的正极材料，这样的情况下，存在高电压的情况，聚合物和硫化物有限的电化学窗口往往难以直接应用的问题。提高功率密度则需要提高电解质电导率，这依旧是个很大的难题。

　　三、总结

　　全固态锂电池具有极高的安全性，其固态电解质不可燃、无腐蚀、不挥发、不漏液，同时也克服了锂枝晶现象，搭载全固态锂电池的汽车的自燃概率会大大降低。全固态锂电池当前能量密度约400Wh/Kg，预估最大潜力值达900Wh/Kg。但是固态电池在提升能量密度、功率密度等方面还存在一些待解决的问题，需要从固态电解质、正负极材料上着手，一旦这些问题能够有效解决，必将在未来掀起一场新的电池革命。

　　来源：锂电派、网络资料