全固态电池：国内产业化悄然启动

　　在更进一步突破动力电池能量密度的探索中，目前来看，全固态电池的热度较高，丰田、宝马等全球知名车企对该领域做了一定投入。

　　目前实现产业化的动力电池，通常为液态电池，使用液态材料作为电解质。全固态电池，顾名思义，使用固态材料作为电解质，相关电解质材料一般有聚合物、氧化物和硫化物三大类。一般来说，正负极材料不变，搭配液态电解质，能量密度优于搭配固态电解质的情形。但从产研界的前期积累与进展来看，使用固态电解质和金属锂负极材料搭配的全固态锂电池，具有较大的商业化前景。如果负极材料不含金属锂，严格意义上讲，应称之为“锂离子电池”。（本文其他章节的部分表述，采用行业口语化惯用的“锂电池”，代替“锂离子电池”。）

　　根据许晓雄、李泓于2017年12月25日通过微信公众号“储能科学与技术”发表的《为全固态锂电池“正名”》，全固态电池的正极材料一般采用复合电极，包括电极活性物质、固体电解质、导电剂，业内对于LiCoO2、LiFePO4、LiMn2O4研究较为普遍，后期可能开发高镍层状氧化物、富锂锰基及高电压镍锰尖晶石型正极，或者不含锂的新型正极材料。负极材料主要有金属锂、碳族负极和氧化物三大类，各有长短，其中金属锂负极材料因其高容量和低电位的优点成为全固态锂电池最主要的负极材料之一。

　　前文提到，目前用作动力电池主流负极材料的石墨，理论嵌锂容量为0.372Ah/g；而金属锂的理论比容量则高达3.86Ah/g。因此，使用金属锂作为负极材料，从理论上讲，将大大提高电池能量密度。《为全固态锂电池“正名”》一文中提到，使用金属锂作为负极材料的全固态锂电池，能量密度有望达到300~400Wh/kg，甚至更高。

　　全固态电池以无机固体电解质替代有机电解液，除了可以提高电池能量密度外，亦有助提高电池安全性和循环寿命。然而，在产业化过程中仍面临一些现实困难，比如，金属锂与固体电解质的兼容性较差，影响金属锂负极材料性能发挥。近年来，科研界与产业界开展了诸多工作，以期早日实现固态电池的产业化。在我国，中科院旗下多个研究院所（含中国科技大学）、北京科技大学、北京有色金属研究总院等科研机构对于固态电池的研究取得一定成果。

　　图53为中科院宁波材料所（姚霞银团队）提出的固态锂电池设计改进示意：以高锂离子电导率的Li10GeP2S12和对金属锂稳定的Li7P3S11构建双电解质异质结构，实现金属锂负极在固态电池中的应用。另外，该团队采用纳米结构的多元金属硫化物Cu2ZnSnS4作为正极活性材料，显著抑制了氧化物正极与硫化物电解质因空间电荷层效应导致的高界面阻抗；同时复合石墨烯构建电子通道，有效提高其循环稳定性，并获得优异的倍率性能，在100和1000mA/g电流密度下循环100和300圈仍可分别保持高达544.6和233.9mAh/g的放电比容量。

　　值得欣喜的是，在产业界，固态电池的批量生产在2017年取得重要突破。如获成功，将推动我国动力电池性能进一步升级。

　　赣锋锂业于2017年中报披露，该公司2017上半年引进了一批动力电池高端研发人员，其中包括许晓雄博士。许晓雄博士是全固态锂电池领域的权威专家，曾担任科技部“十二五”新能源领域“全固态锂离子储能电池”、国家863项目的负责人，以及中科院纳米先导专项长续航动力电池项目课题负责人。公司2017年12月6日公告，设立全资子公司浙江锋锂，以不超过2.5亿元的自有资金投资建设一条年产亿瓦时（百MW）级的第一代固态锂电池研发中试生产线，开展第一代产品在新能源汽车用户的推广和市场投放，该项目建设期2年。

　　国能电池于其官方微信公众号披露，其与中国平煤神马集团于2017年10月12日在河南新乡成立河南平煤国能锂电有限公司。根据规划，项目总共建设10GWh全固态锂离子动力电池，其中一期1GWh全固态锂离子动力电池项目投资5亿元，预计2018年年底前建成。项目建成后，将形成世界第一条全自动全固态锂离子电池生产线，改变当前国际锂离子电池行业格局，推动完成国能电池十三五规划的战略目标，加快构建产业新体系，向产业高端领域不断迈进。