固态电池优缺点分析 固态电池好吗

分析 | 固态电池三大技术路线详解

【能源人都在看，点击右上角加'关注'】

固态电池优缺点分析 固态电池好吗

固态电池优缺点分析 固态电池好吗

近年来，随着我国新能源 汽车 产业链的逐渐完善，动力电池行业的企业也纷纷完成早期的技术积累，走出了一批以宁德时代，等为代表的兼具技术实力与资金规模的龙头企业，在2019年动力电池白名单取消之后正式参与到了与LG化学，松下等各国企业的全球角力之中。

而锂离子电池因其相对于铅酸等其他类型电池而言具备重量轻，比能量高，寿命长等特点逐渐成为新能源 汽车 领域主要电池类型。据资料显示，自2008年锂离子动力电池开始应用于新能源 汽车 以来，目前的动力电池的实际能量密度相较于初的100WH/KG已经足足提高了2.5倍有余，但另一方面，在当前电池技术不断提升的同时，也在逐渐逼近传统正负极材料，隔膜，电解液动力电池体系理论的能量密度上限，难以再有提升，而固态电池技术则为业界在该领域的 探索 提供了新的可能性。

固态电池，即全固态锂二次电池。在传统的液态锂离子动力电池中体系中，正负极所用的材料在很大程度上决定了电池的本身的带电量，即能量密度，而电解液与隔膜是作为锂离子的传输媒介存在于电池结构中。而在固态电池的结构中，因其固态电解质既可传导锂离子也可起到隔膜的作用，因此在固态电池中，电解液，电解质盐 隔膜与黏接剂聚等材料都可以被省略。同时，因其固态电解质总体而言结构较为稳定，加上其电解质不易泄漏，易封装及工作范围宽等特性，所以安全性和作性也得到了显著提升。

目前，市场上主流的固态电池按电解质的不同可分为三种类型：即聚合物，硫化物与氧化物。其中，聚合物电解质属于有机电解质，而后两种属于无机电解质。

聚合物固态： 聚合物方面目前主流的路线是聚POE及其衍生材料，这种材料具有较好的高温性能，但相对的，PEO基电解质虽然在60度以上的高温下离子电导率有所提升，但此时因聚合物呈现融化状态，其力学性能有所降低。而在温室时，聚合物具有较高的机械强度，但其电导率却不高。因此找到聚合物电导率与机械强度之间的平衡点是目前业内急需解决的问题之一。此外，聚合物普遍电化学窗口窄，电位太大时(>4V)电解质易被电解，这使得聚合物的性能上限较低。而其他类型的聚合物电解质，如PVCA化学窗口较为稳定（4.5V），同时离子电导率也相对适宜，但VC过于高昂的价格，使得其也难以大规模商用。

硫化物固态： 硫化物电解质固态电池的综合性能是目前三种电池中为的，其质地较为柔软，同时具有甚至比传统液态电解质更高的离子电导率，但硫化物电解质极易与空气中的水，氧气等发生反应产生H2C等有毒气体，无形中提高了其制造的难度，大幅抬高制造成本，因此在一定程度上限制了其大规模商用。此外，硫化物电解质存在正负极之间的界面接触，及接触稳定性方面的问题，虽然业内设计出了双电层电解质技术使其得到了一定程度的改善，但仍无法完全消除。

氧化物固态： 目前氧化物型电解质前景的为GARNET型，LISICON型,NASICON型三种，其中GARNET 型电解质具有较高的室温离子电导率（10-3S/cm）。不过GARNET型电解质其浸润性较，当电池在不断的充放电循环过程中沉积不均匀，易产生锂枝晶，存在一定的安全隐患。不过研究表明，通过插入聚合物或者凝胶电解质作为缓冲层，或溅射能与锂形成合金层的物质可以有效地解决这个问题。LISICON 型材料导电率高，但对 H2O 及 CO2敏感，因此在空气中不稳定，对的稳定性也较。目前可以通过掺杂锆防止分相的出现，大幅提高其稳定性。而NASICON相对而言具有较好的性能，具备结构较为稳定，合成简单，电导率强等有点，但该电解质原料于含锗和钛等，使其大规模应用同样存在一定的难度。

综合而言，在目前主流的固态电池体系中，硫化物固态电池由于其本身制作工艺及成本问题，生产环境要求极为苛刻，同时其易产生H2C等有害气体，有的安全隐患，因此虽然性能佳，但工业化难度较大，而聚合物方面则存在充电倍率较，能量密度极低，同时只有在60度以上才能正常工作的问题，因此同样难以作为动力电池使用。而氧化物固态电池较为综合的性能与成本，相对较低的技术难度，就目前来看无疑更可能成为未来固态电池的主要技术路线。

钙钛矿电池和固态电池区别

钙钛矿电池和固态电池是两种不同的电池类型，主要区别在于它们的电解质材料和工作原理。钙钛矿电池使用的是液态或凝胶态电解质，其电极材料是钙钛矿结构的材料，如氧化钙钛矿等，因此也被称为钙钛矿太阳能电池。相比传统的硅太阳能电池，钙钛矿电池有更高的光电转换效率和更低的制造成本。固态电池则使用固态电解质，如氧化铝、硫化锂等，而电极材料可以是锂、钠等。固态电池具有高能量密度、安全性好、使用寿命长等优点，适用于电动汽车、便携式电子设备等领域。相比传统的液态电解质电池，固态电池还具有更高的耐高温、抗冲击等特性。总体来说，钙钛矿电池和固态电池在电解质材料和工作原理上存在异，因此具有不同的应用场景和优缺点。

续航2000公里！宝马“财大气粗”推固态电池，直接弯道超车？

新能源 汽车 是未来 汽车 行业的一大主流，这结论应当是毫无争议的。也正是因为如此，许多老牌车企都在进行转型，丰富自家的产品实力，新能源 汽车 的品牌与车型也在逐渐增多，虽然在发展新能源 汽车 的这个过程当中，许多车企都遇到了阻碍，但是随着各家车企造车技术的不断进步，这些问题也都得到了阶段性的解决。

新能源 汽车 领域的安全问题

其中突出的问题还要属新能源 汽车 的安全性问题，也就是我们常说的电池自燃隐患，大家应该在网上都看到过许多的，某某某新能源 汽车 因什么什么问题出现了自燃，也正是因为这些问题的出现，导致了许多原本想购买新能源 汽车 的消费者出现了的心里，因为他们始终会觉得如果驾驶一辆车，连自身的安全都无法保障的话，买它干嘛呢？我买不会产生自燃风险的燃油车它不香吗？不过自从的刀片电池和广汽埃安的弹匣电池面世之后，磷酸铁锂电池和三元锂电池的自燃问题也就迎刃而解了。

当然，自燃只是新能源 汽车 领域的其中一个问题，消费者们还有一个关注的点是它的续航里程，续航里程一直以来都是新能源 汽车 的一个痛点，其实直到现在这个问题都还没有得到根本上的解决，虽然当今新能源 汽车 上常用的两种电池就是三元锂电池和磷酸铁锂电池，但是这两种电池在超低温的情况下都会出现续航缩短的问题，所以很多车企的实际续航里程并没有他们所说的那么高。

固态电池的先行者

其实针对于实际续航里程虚高的这个问题，许多车企一直都在致力于寻找解决办法，但是至今为止仍未得到重大的突破，不过近宝马透露出的一则消息震惊到我了，具体消息内容如下：“在2025年，宝马会正式启用固态电池！”既然磷酸铁锂电池和三元锂电池走不通，那我就换个电池，这应该是宝马现在急切的想法，或许宝马也正是想利用固态电池实现弯道超车。

固态电池的优劣

不过说到固态电池，这里就必须得提一下它的优缺点。固态电池相较于现在车企使用的主流电池而言，它更加的稳定、能量密度更高，这同时也就意味着它的自燃风险更低，而且续航里程更强。强到什么程度？就目前而言，固态电池所能够提供的能量密度高达500WH/kg或更高，这也就意味着续航里程可以直接达到2000km以上，这续航里程难道不是可以直接秒杀现有的所有纯电型吗？

那么既然固态电池这么好，为什么没有车企率先考虑到使用呢？而偏偏是由宝马先提出来呢？很简单——宝马钱多！因为固态电池的缺点也很明显，没有哪家车企敢冒险去尝试。首先它的造价成本非常高，其次它的传输动力和传输速度都非常的低，并且它的充电速度还很慢，由于固态电池内部所使用的材料的原因，它基本上是不能进行快充的。

其实单凭点造价成本高，就难倒了许多车企，毕竟新能源 汽车 是新秀，发展得并不成熟，如果贸然进行高投入，那自家的企业必定会面临着极高的风险，而且就算使用了固态电池，那么售价又该怎么定？定低了回不了本，定高了估计也没人会买，况且固态电池还有其他的缺点，我想，任凭哪个车企都不敢去冒这个险吧？

宝马为什么敢为先人？

还是上面那句话，宝马钱多有底气。宝马作为极其畅销的 汽车 品牌，在面对未来的不确定形势时，它必定会有自己的打算，而且作为这么个品牌影响力极高的车企，它们对未来也应当有一个极强的预见性，所以在看到许多新能源 汽车 都在慢慢崛起时，它们丝毫不慌。而且我还相信固态电池将会是它们迈出新能源 汽车 领域的。虽然固态电池现在的许多缺点还未被攻破，但是我猜测宝马应该已经掌握了部分解决固态电池缺点的办法，不然它们也不会将时间定到2025年，你们说对吗？

Tips：由于现在发展得的新能源 汽车 就是纯电动 汽车 ，所以文中我所用的新能源 汽车 大都是指代的纯电动 汽车 ，当然新能源 汽车 是个大类，它并不是完全代表纯电动 汽车 。

什么是固态电池 什么是固态电池车

固态电池是指电池内部完全没有液体的存在，由无机物或有机高分子固体作为电池的电解质。而目前主流的三元锂、磷酸铁锂电池，使用的是电解液，电解质是液态的，属于液态锂电池。

固态电池的电解质主流的分别为聚合物、氧化物、硫化物固态电解质，汽车以聚合物路线为主导；丰田、LG、松下等日韩企业则选择了硫化物路线，我国的动力电池龙头企业宁德时代，也是选择了硫化物路线；卫蓝、江苏清陶、宁波锋锂、辉能等企业均选择氧化物路线。

固态电池的优缺点：

1、能量密度高，可达到目前三元锂电池两倍的能量密度，同等的重量下，可实现双倍的续航里程。例如卫蓝新能源推出的半固态电池，能量密度360Wh/kg，或可实现单次充电续航1000公里。而全固态电池可实现更高的能量密度，打破现有锂电池能量密度受限的格局。

2、安全性能好，没有了液态电解质，不会造成电解液遗漏，出现内部短路，固态电解质也能更好的抑制锂枝晶，对锂金属具有化学和电化学稳定性。如果要求倍率性能高、电化学体系激进，一定条件下固体电解质中也会生长锂枝晶，存在内部短路的风险。

3、循环寿命强。锂离子电池使用固态电解质后，解决了液态电解质在充放电过程中形成的SEI膜（固体电解质界面膜）的问题，以及抑制了锂枝晶的出现，从而大大提升了锂离子电池的循环性和使用寿命。

此外固态电池还具有更高的充电效率，以及更轻的重量。不过固态电池也存在以下两个缺点：

1、制造的成本高，在传统锂电池的设备和工艺上需要有大幅革新，技术研发投入大。减少稀有元素，降造成本，成为了行业努力的方向。目前，采用氧化物路径制备的半固态电池，与传统锂电设备及工艺兼容性可达70%以上，这可以帮助电池企业更好的向固态电池过度。

2、界面阻抗过大，固态电解质与电极材料之间的界面是固-固状态，因此电解质、电极两者之间的有效接触能力较弱，从而导致离子在固体物质中传输动力学低，由此产生影响电池性能的界面阻抗。

充电10分钟能开1000公里？丰田固态电池有那么猛吗？

作为全球成功的汽车制造商之一，

当相反，丰田一直在用实际行动表明它对汽车电动化的抵触。

一方面其真正意义上的纯电bZ4X直到去年才上市，根据乘联会统计，2022年“两丰”合起来该车都没卖到3300台；另一方面以丰田章男为首的高层不断发表“电是被过度炒作”、“纯电车并不环保”等抨击言论。

然而再多的抵触也改变不了电在全球占有率越来越高的事实，根据能源署IEA发布的数据：2022年，全球电销量超过了1000万辆，全球新车销量中约有14%为电；其中，、欧洲、美国是电全球销量的主导。

其实丰田也非常清楚，不想被别人抢走这些市场份额，那么研发和制造电就是必须的。许是为了变相表明对市场妥协的态度，本月4日，丰田宣布了一个消息——其已经在固态电池技术上取得重大突破，有望将电池重量、体积和成本减半，可能会为电动汽车的进步带来巨大的推动力。

同时，丰田公司碳中和研发中心总裁海田敬二还指出，公司相信可以制造出续航里程为1200公里的固态电池，充电时间为10分钟或者更短。

那这些消息的释放是不是代表着丰田电事业已经进入状态，并且马上要崛起了？

什么是固态电池

要回答这个问题我们得先来了解一下什么是固态电池。

固态电池准确的叫法应该是固态锂电池，固态则主要是指电池里电解质的状态，有固态自然就有对应的液态电解质。

事实上，当下电搭载的包括三元锂、磷酸铁锂、镍钴锰酸锂等等这一系锂电池，使用的都是液态电解质。

使用液态电解质的锂电池就容易产生这样一些问题：低温性能，电芯能量密度只能达到350Wh/kg左右，潜在安全风险更高。尤其这后一点，会大幅降低消费者对电的信任度。

风险高是因为在电池充电过程中，会在电池负极慢慢形成锂枝晶。产生原因有正负极表面不均匀、电池内部温度过高、电流密度过大等等。

枝晶一旦形成就无法消除，然而液态电解质里的主要成分是碳酸乙烯，它本身是一种易燃物。不断生长的锂枝晶会刺穿正负极之间的隔膜造成短路，这样一来瞬间产生的高温高热再加上易燃的电解液便会引发电池火灾。

如果把易燃的电解液与脆弱的隔膜替换为固态电解质，不但能抑制锂枝晶的生长，还解决了易燃易爆，电解液泄漏，以及高温下发生副反应等一系列问题。

固态电解质的另一个好处是能提升电池的低温性能，毕竟固态电池材料不会像液态电池随着降温结冰导致电池活性下降甚至无法运作，理论上它能支持更宽的工作温区。QuantumScape就曾展示过其固态电池在-40℃至-80℃时都能正常运作。

此外，由于没有液体电解质和隔膜的存在，电芯中可供储能的空间也会变得更大，固态锂电池还能带来比液态电池更大的能量密度（是现有能量密度的三元锂电池的两倍以上）。

也正是因此，不会起火爆炸、低温性能好、能量密度高的全固态电池才被汽车行业一致视作为锂电池的“技术”。

固态电池商业化难在哪

接下来我们再来看丰田在固态电池技术上取得重大突破的含金量问题。就是这件事的含金量可能没有大家想象得那么高。

为什么这么说，前面我们提到了，既然汽车行业几乎都把全固态电池当做版锂电池，自然攻关固态电池的车企和电池公司就不会丰田。

据不完全统计，全球目前有超过50家企业都研发固态电池，早的2008年就已经投入研发，晚点的也都在2016年左右进入该领域。

事实上如果单纯从技术角度来讲，研发出1000公里以上超长续航的固态电池如今已不是什么难点，目前韩国三星已经开发出60摄氏度下1000多循环的硫化物全固态电池，美国QuantumScape也开发出1000Wh/L以上、380-500Wh/kg的高能量密度固态电池。

国内方面虽然起步较晚，但进展也是十分迅速，比如赣锋锂业在2018年便开始对一代固态电池进行广泛试验工作，二代固态电池目前也具备500Wh/kg以上，续航超1000km的能力。

其他如中创新航在去年表示已制作出固态电池，

所以把固态电池成功制造出来其实不是难事，做出来的企业也不少，但固态电池投入真正商业化的难点是——价格太贵。

因为以现有工艺条件，生产出来的固态电池良品率很低，且对电池企业来说，要想重新投入能生产固态电池的生产线也需要庞大的资金支持，如果把这两个因素叠加在一起，会使得固态电池的成本要比目前的液态电池高出4倍还要多。

当下一台电里电池就已经占到车辆总成本的40%，如果给一台10万多元的电换上了固态电池，价格会直接飙升到24万，注意这还只是电池的价格，那这台车还有大规模制造的价值与市场优势么？如此，业界普遍达成的共识就是再等等，等什么时候找到方法把成本降下来再说。

而丰田这里的措辞就很微妙了，它没有具体介绍在哪些环节取得的突破，仅是表明这种突破“有望”将体积、重量、成本减半，体积、重量减半本来就是固态电池的特性，能突破的也就是成本，但丰田也仅仅给出了一个模棱两可的说法，基本上说了等于没说，短时间内还是没办法降低成本进行量产。

再有一个就是海田敬二所说，丰田的固态电池可以在10分钟或者更短时间完成充电。

充电快，一方面要有配套的大功率快充桩作为支持，另一方面就是电池本身要能支持快充，但这一点却是固态电池天然欠缺的能力。

没错，固态电池充电速度比不上液态电池，而且很难进行快充。

通俗来讲，你可以把充电看作是锂离子从正极去到负极的过程。液态电池在充电时锂离子就好像是在水中游泳，因此游到负极非常快；而固态电池的锂离子就却是走在水泥地里，速度自然会受到很大限制。

所以这种固态电池从“娘胎”里带来的缺陷，丰田又是通过什么手段克服的呢？

这样看来，丰田宣布此次固态电池技术突破，给人感觉营销大于实际意义，无论从市场还是技术成熟度上，就像我们前面分析的，至少在近两三年想把固态电池的成本拉到与液态电池持平，并进行大规模装车不太现实。

更像是丰田在用一些“噱头”改变人们对其讨厌电的认知，并重新树立起电动化技术领先品牌的形象，这样不管固态电池能不能装车，都能给丰田已经和将要推出的电造造势。

国产电池技术并不弱

不过即便丰田这次的固态电池技术突破不是噱头，也不代表会对自主电产生很大威胁。

毕竟经过这年的追赶，国产电池技术并不落后。目前，广汽

当然在固态电池的研发上我国也并不逊色，尤其是在降低固态电池成本这块，国内近也有专家给出了建设性解决方案。

同样是本月4日，央广网科学技术大学马骋开发了一种以氧氯化锆锂为基础的新型固态电解质，它的综合性能与目前的硫化物、氯化物固态电解质相近，但成本不到后者的4%，适合进行产业化应用。并且马已于6月27在学术期刊《自然·通讯》上发表了该成果。

总之，电池虽然重要，但它也只是电中的一个方面，特斯拉等新势力电为什么能在传统车企的围剿下把市场慢慢建立起来，靠的可不仅是电池技术，智驾体验、服务体系、车机系统、OTA升级这些都很重要。

丰田如果真想在电市场支棱起来，固态电池是一方面，但改变传统式造车思维可能更重要。【iDailycar】

【本文来自易车号作者天天汽车V，版权归作者所有,任何形式转载请联系作者。内容仅代表作者观点，与易车无关】

固态电池优缺点分析？

优点：

1、安全性能高。安全是重要的，仅凭这一点固态电池就有了很大的优势。那么为什么固态电池安全性高呢?因为液态的电解质短路时，温度升高，将电解质点燃而发生爆炸。但固态电解质不可燃、无腐蚀、不挥发、不存在漏液问题。

2、能量密度高。能量密度高主要是因为固态电解质一般拥有较宽的电化学窗口，就像一个个小框一样，因此可以装更多的高电压正极材料。加上固态电池体积小、稳定，可以让电池管理更为简化，能量密度自然会大大提高。

3、相对较轻。在传统锂离子电池中，隔膜和电解液加起来占据了电池中近40%的体积和25%的质量，而使用固态电解质自然就可以减小体积和质量。

4、循环性能强。固态电解质解决了液态电解质在充放电过程中形成的固体电解质界面膜的问题和锂枝晶现象，大大提升了锂电池的循环性和使用寿命。

缺点：

1、界面阻抗过大。固态电解质与电极材料之间的界面是固-固状态，因此电极与电解质之间的有效接触较弱，离子在固体物质中传输动力学低。

2、快充比较难。电池的阻抗、电导率等问题表现出来就是内阻大，就会阻碍充电，而且因为内阻大，在充电过程中会造成能量的损失，这部分能量的浪费是无法忽视的问题。

3、格高。成本是阻止商业化的因素，没有利润，自然没有市场。固态电池制备工艺不够成熟，电池使用数据收集不全面。仅是在全固态电池的电解质制造，固-固界面优化这两个核心问题技术上的不成熟就足够让固态电池的成本居高不下了。

固态电池的优缺点

固态电池相比锂电池的优势主要有两点：

从技术开发潜力的角度来看，三元锂电池的能量密度提升相对困难，全固态锂电池能量密度提升更有潜力。主要有3个原因：1.全固态锂电池电压平台提升较大，固态电解质比有机电解液具有更宽的电化学窗口，有利于进一步提升电池能量密度；2.固态电解质能阻隔锂枝晶生长，材料应用体系范围提升，为具有更高能量密度空间的新型锂电技术奠定基础。3.全固态锂电池当前能量密度约为400Wh/Kg，预估潜力值可达900Wh/Kg，有超过的提升空间。而普通的三元锂电池很难将电池能量密度提升到300Wh/Kg以上。

从安全性角度分析，三元锂电池的液态电解质易燃易爆，在长期使用过程中容易触发“热失控”。固态电池的固态电解质不可燃、无腐蚀、不挥发、不漏液，自燃的概率也会大大降低。