「固态电池」和现在的电动车电池有什么区别？

源济

「固态电池」和现在的电动车电池有什么区别？

作者 / Will.liu

先简单科普下我们现在车企用的锂动力电池原理。

锂动力电池的核心组成部件 CELL（电芯）的构造，是由正极（含锂化合物）、负极（碳素材料）、电解液（非水液态电解质）构成。

锂电池基本原理

充电时，正极上的锂原子失去电子，被氧化成了锂离子（脱嵌），然后在电解液中运动，跑到了负极，与流经外部电源的电子互相结合，又还原成了锂原子，嵌入到了负极碳层的微孔中。

放电时，就是相反的一个过程，镶嵌在负极碳层中的锂原子，失去了电子，被氧化成了锂离子，回到电解液中，运动到了正极，与流经负载的电子结合，再度还原成了锂原子（嵌入）。

所以，充放电过程中，锂离子在正负极材料之间往返脱嵌，这种电池又被形象地称为“摇椅电池。”

我们现在用的锂电池的正极和负极之间，充满了电解液（液体）。而全固态锂电池，顾名思义，就是中间没有电解液了，电解质是纯固体的。

真正的全固态电池，是怎么样的呢？

首先电解液换成了固态的电解质，锂离子在里面就能跑得更快了。

举个例子，原来锂离子在正负极之间跑来跑去，就如同在正负极之间有条大河，锂离子在里面游啊游，游过大河，到对岸才能充放电。现在电解质变固态了，那就是直接大河填平了，变成了水泥赛道，锂离子蹬蹬蹬蹬一马平川得就这么跑过去了。

要知道，锂离子移动速度的快慢意味着充放电的快慢，现在的快充型锂电池号称 20-30 分钟快充 30%的电量到 80%电量。如果是真的全固态电池，那就是十分钟内能充满，十分钟内又能放完，十分钟内又能充满的节奏，速度那就是直接从乌龟到兔子的对比。

而且现在的锂电池里面的电解液是可燃的，一旦泄露、挥发就容易造成电池起火。基本所有的电池快速自燃甚至爆炸，都是电解液在做“幕后英雄”。而固态电解质是不易燃的，即便外壳破了，也不会泄露、挥发，这个安全性就大幅提高了。

另一个优点就是能量密度可以大幅提升了，因为高电压的正负极材料怕和电解液溶解发生反应而不敢用。目前针对钴酸锂的电解质溶液可以充电到 4.45V，三元材料可以充电到 4.35V。如果继续充到更高的电压， 液态电解液就会承受不住而被氧化，正极表面也会发生不可逆的相变。如果是固态电解质，那么就能用提高电池能量密度的高电压正负极材料，比如可以提高到 5V，使得整体能量密度显着提升。

除开电压提升，负极可以采用金属锂，正极采用硫化物或空气，对应锂硫电池和锂空电池，理论能量密度达到当前锂电池理论值(387wh/kg)的 7-10 倍。

另外因为固态电池内部不含液体，可实现电芯内部的多层设计，减少了电阻组装壳体等用料，有效减少电池其它配件的配重。

所以，为什么固态电池号称是锂电池的终极形态，就是因为真正的固态电池对比现在的锂电池来说，优势太大了。

• 内芯安全性高，不泄露不挥发不易燃
• 能超快速充放电，自放电大幅降低
• 极高的能量密度，理论值接近当前液态电解质锂电池理论值的 10 倍
• 更易设计电池的大小和形状，更能实现动力电池的定制化

而按照动力电池的国家发展目标，2020 年，单体电芯能量密度达到 350Wh/Kg,2025 年单体电芯能量密度达到 400Wh/Kg,2030 年达到 500Wh/Kg。

而按照现有的液态电解质的锂电池发展，理论值限制死了，是不可能到达国家动力电池规划发展的目标的。

实际，固态电池也是基本所有车企及动力电池厂商看好的主流发展方向。

Bloomberg 数据预计，2028-2035 年，采用固态电池的电动车将增长 37 倍，而固态电池的成本将下降至 40 美元 /KWh，甚至低于液态电池。

如题目中所说的，位于圣何塞的 QuantumScape 电池初创公司，已收到汽车制造商和金融投资约十亿美元的投资，用于研究电动汽车的固态锂金属电池。

大众汽车几度增持 QuantumScape 的股份，投资总金额达 3 亿美元，目的是推进固态电池的联合开发，并为其大规模生产做好准备，目前 QuantumScape 的市值已超过百亿美元。

国外其他车企品牌，如日产、现代、通用、福特、戴姆勒都给出了固态电池搭配车型的大概上市时间，从 2025 年到 2030 年之间，对固态电池的车型进行量产。

尤其是丰田，目前看来是投资固态电池力度最大，最有实力的车企。早在 2020 年 6 月，丰田搭载全固态锂电池的车辆，已经开始了在道路上的试车。在今年 9 月份，丰田给出了到 2030 年，将投资人民币约 880 亿元的高额预算，用于开发新型动力电池和电池供应链，以保证未来 10 年的汽车动力电池技术的领先。

所以别说丰田之前没有推出纯电车的车型，但是人家该有的技术储备是一点都不差的，如果真的能够研发出能量产的固态电池，那又会造成新能源汽车的一场新的革命。

国内的品牌，北汽、上汽、广汽先后参与了清陶能源（电池研发）多轮融资；但是和国外的投资量和规模相比，国内的固态电池研发整体还处于初级阶段。

不过，固态电池的研发到商用，估计也不是一蹴而就的，技术上依旧存在难题，比如固态电解质的离子电导率还远低于液态电解质，而固态电解质的高界面阻抗也会影响到锂离子在界面之间的传输。

但接下来的五年到十年，随着技术改善，成本下滑，我们都会见证锂动力电池里面的电解液一点点减少，先是半固态电池转为商用的车型会越来越多，然后就是完全固态电池的出现。

但到时候，可能还是会有一批昂贵的车型先脱颖而出，比如充电一次十分钟，还能高速上跑个一千几百公里的豪门品牌率先用上固态电池。

那个时候，真的就不会有啥里程焦虑，充电时长的担心了，就是担心荷包里面的钱到底够不够买 1500-2000 公里的长续航版本了。

对了，宝马这个预计搭载固态电池的概念车造型，是否有点像能那个直立怒吼的啮齿目神兽……

图为宝马 Neue klasse 概念车型，预计搭载固态电池