（锂电池手套箱）替代锂电，固态电池花落谁家？还有半固态电池？

3分钟1000公里

日韩加大固态电池投入

在环保理念、电动汽车得以广泛应用的背景下，电池续航能力的提升与充电速度的加快一直是制约电动汽车产业进一步发展的关键。而在这个领域中，日本企业近期推出的全固态电池技术无疑引起了众多观察者的关注。近日，日本企业已经成功研发出全固态电池，这项新技术克服了传统锂离子电池的安全性、寿命和快充等方面的限制，其三分钟充满电并行驶1000公里的续航能力更是让人瞠目结舌。这一成绩无疑具有重大意义，因为它将给电动汽车市场带来彻底的改变，也将成为未来电动汽车研究与发展的重要方向。

尽管这项新技术仍处于试验阶段，但其所具备的潜在优势和前景，以及日本企业的研发实力和技术积累，都已经让人们开始纷纷展开热议和探讨。特别是在国内，这项新技术将会带来怎样的影响以及何时能够实现产业化，成为了当下最为热门的话题之一。

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韩国计划到2030年前投资20万亿韩元（约合150亿美元），以交付全球第一批固态电池，从而在电动汽车争夺战中保持领先地位。根据韩国总统办公室的一份声明，相关投资将由公共和私营部门共同完成。韩国寻求成为世界上第一个将固态电池商业化的国家。“这项联合投资将使韩国能够先于其他国家开始商业化生产固态电池。”

韩国的LG新能源、SK On和三星SDI，均为全球领先的电动汽车电池制造商。这三家公司共同控制了全球四分之一以上的电动汽车电池市场，并为特斯拉、大众汽车、通用汽车和福特汽车等汽车制造商供货。韩国政府表示，该国三家电池公司将在韩国建立试点生产工厂，作为他们的产品和制造的创新中心。相关工厂将用于测试和制造先进的产品，如固态电池、圆柱4680电池和无钴电池，然后在海外的生产基地开始量产。

韩国的目标是，通过投资，将该国国内正极材料的产能提高到四倍，并使电池生产相关设备的出口增加到三倍。

固态电池

为何备受青睐？

固态电池是一种采用固体电极和固体电解质的电池，与目前广泛使用的锂离子电池和锂离子聚合物电池有所不同。固态电池具有防火、抗腐、无挥发、高温耐受等特性，可以显著提升电池的安全性和稳定性。同时，固态电池的能量密度也比液态电池高出2-3倍，可以使电动汽车具有更远的行驶里程和更快的充电速度。此外，固态电池还可以减少重量、降低成本、延长寿命、提高效率等，是电动汽车很理想的动力电源。

当然，固态电池也有很多技术难题需要克服。目前，固态电池主要分为三类：聚合物固态电解质、氧化物固态电解质和硫化物固态电解质。其中，聚合物固态电解质易于加工，但其室温下的离子电导率较低，难以达到高性能；氧化物固态电解质具有较高的离子电导率和化学稳定性，但其制备工艺复杂，难以实现规模化生产；硫化物固态电解质拥有最高的离子电导率和最宽的电化学稳定窗口，但其热稳定性较差，容易发生缩短寿命或甚至爆炸的风险。除了电解质本身的问题外，还有正负极材料与电解质之间的界面匹配问题，以及锂金属负极在充放电过程中产生的枝晶问题等。

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目前，全球各大汽车厂商和电池企业都在加紧研发和投资固态电池。截至2020年，全球固态电池的专利申请量已经超过了1.5万件，其中日本占据了近一半的份额，其次是美国、中国和韩国。在汽车厂商方面，丰田、大众、宝马、日产等都在积极布局固态电池技术，有的已经与电池企业建立了合作关系，有的已经投资了自己的固态电池项目。在电池企业方面，松下、LG化学、宁德时代、比亚迪等都在加快固态电池的研发进度，有的已经实现了小批量生产，有的已经公布了未来的规划和目标。

一种解决方案

半固态电池

电动汽车电池制造商们正在竞相开发新的电池技术，希望新技术可以比传统的锂离子电池具有更长的行驶里程、更高的能量密度和更好的安全性。目前无论是新能源车企如丰田和本田等，还是动力电池厂商如LG能源解决方案和卫蓝新能源等，甚至是上游锂盐厂商如赣锋锂业都开始在固态电池领域进行大力发展，想要将目前主流的液态锂离子电池逐步转为固态锂离子电池。但是考虑到全固态电池本身的技术难度和高成本，目前的确陷入了研发和落地的瓶颈期。所以在此之前，半固态电池是一个不错的中间升级换代的有效过渡品。不是一步到位而是分阶段达到，同样也是一种通往固态电池的捷径。

凝聚态电解质即加入少量电解液使电极材料和电解质间保持良好的界面接触，再利用化学或电化学反应进行原位聚合，使液体电解质部分或全部转化为固体电解质的方式，解决部分界面问题（主要是循环性能），在电池体系设计上更易实现性能、成本兼顾。

固体电解质的单位成本随材料体系不同有所不同，用量不同也有带来了巨大的成本区别；电极用量、处理工艺和电池制造、成组也有不确定性。根据报道硫化物固体电解质对应的固态电池成本更低。

代替锂电池

固态电池有多大可能

现在市场上大部分的电动车都是锂电池。锂电池的蓄电性和储电性能虽然很好，而且经过了很长一段时间的检验，有足够的理论与实践案例，但也有许多无法解决的问题。锂电池的安全性，一直以来都是备受争议的。由于要通过电解来传导，所以锂电池的结构就变得非常复杂，而且还得加入一些易燃物，比如电解质，比如添加剂，这些东西很可能会引起火灾。尤其是在新能源汽车越来越受欢迎的情况下，发生在新能源汽车上的自燃事故也时有发生。

第二个问题，则是因为新能源汽车的兴起，锂矿石的价格也随之水涨船高，远远超出了市场的承受能力，这也就意味着，新能源汽车的生产成本也随之水涨船高，甚至有可能会出现一些技术上的缺陷。目前，碳酸锂的价格已经高达57万9千元/吨。为此，各大电池制造商都在积极地寻找着新的替代品，其中以硫化物最为合适。

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硫化物在新能源电池中受到了广泛的关注，其中一个原因就是它不需要液态的导电材料，从而避免了火灾的风险。而因为没有了液化气，所以不需要在电池中安装隔板和电解液，这就给这辆车提供了更多的空间，可以让这辆车的体积变得更大，也可以让这辆车的性能得到提高。

硫化物固体电池的性能也很好，去年十月份广州公司研发出了一款高达350 Wh/kg的硫化物固体电池，可以在极低的温度下工作。即使在-40摄氏度的温度下，也不会出现漏电现象。而且，这种硫化锂电池还能快速充入10℃左右，只需要六分钟就能充满电，一旦充满，它就能一次行驶1000公里。

固态电池很好

有害气体还是要注意

而硫化物固体电池，难道就没有什么缺陷？答案自然是不能，硫化物最大的缺陷就是它会和大气中的其他东西起作用，产生一种有害的气体，或者说是一种有毒的气体，所以在生产过程中必须要遵循环保的原则，而且因为它所产生的废气会对周围的环境造成影响，所以生产过程中对它的要求也会越来越高。

其实不仅仅是固态电池硫化物的有害气体，以锂电池生产为例：金属锂负极由于其化学活性高，易与电解液发生副反应。燃料电池的生产奖面临更多的不可知因素：可以说整个电池的生产过程都是伴随着很多危险问题的，所以在电池生产中，都会使用真空手套箱进行：手套箱是作为一个全密闭的腔体，把腔体内外的环境完全隔绝开，腔体的一面安装有视窗和手套，操作人员通过手套对腔体内的物料进行操作：在操作前，对整个箱体抽真空，把箱体内空气完全抽掉，降低水氧含量至0.1ppm以下，然后填充惰性气体气体进行生产。