日本大力發展固態電池的原因分析

導讀：新能源電池中三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池都是目前電池的主流方向，但為什么日本會背離市場之道而大力發展固態電池呢？

最近，就有外媒報道日本在固態電池方面發力，三元鋰電池、磷酸鐵鋰電池我們聽的多，為什么日本會選擇固態電池作為發力的方向呢？

原理層面

如今多數純電動汽車，采用的電池組是以鋰電池為主，其中的結構是充滿在電池內部的電解液。電解液是鋰離子來回移動的通道，鋰離子電池的充放電過程，就是鋰離子的嵌入和脫嵌過程。在鋰離子的嵌入和脫嵌過程中，同時伴隨著與鋰離子等量電子的嵌入和脫離。在充放電過程中，鋰離子在正、負極之間往返嵌入與脫離嵌入的循環。

而當電池在充電時，正極上有鋰離子生成，生成的鋰離子經過電解液運動到負極。而作為負極的碳呈層狀結構，它有很多微孔，達到負極的鋰離子就嵌入到碳層的微孔中，嵌入的鋰離子越多，充電容量越高。

固態電池的“固態”，指的是電池內部所使用的不再是電解液，而是采用固態電解質的同時還能減少電池內部的隔離層。

優勢層面

之所以固態電池開始被重視，很大一部分的原因是由其內核所引起。一般來說，常見的鋰電池是以石墨為原材料，石墨的理論比容量僅為372mAh/g，遠遠無法滿足高比能鋰離子電池的需求。固態的電解質則能以金屬Li作為負極，其理論比容量可達3860mAh/g，是一種理想的高比能電池負極材料。理論比容量更高的時候，可以令電池的能量密度提升。

提高了能量密度之后，最大的好處便是實現相同電池容量單位體積的縮減。換句話說，就是電池包的容量不變，但整個的體積可以得到縮減。并且，少了傳統鋰電池當中的隔離層和電解液，不但減少40%的體積和25%的質量，還能將正負極之間的距離減少至幾微米甚至十幾個微米，為鋰電池的輕薄化發展提供了技術的基礎。

除此以外，安全性也因為電解質的變化而得到進步。研究表明液態電解質的鋰離子電池在90℃左右就開始發生自放熱反應，并在178℃左右引起了電池熱失控，而采用固態電解質的Li/LFP電池自放熱溫度提高到了247℃以上，并且整個過程未發生熱失控。

短板突破層面

但固態電池在現階段的短板，讓其仍未能大規模使用在新能源車之上。首先是成本問題，以如今的水平推算，小規模生產的成本大概在750-2500美元/每千瓦時，整個市場至少要達到1億個/年的水平，每千瓦時的單價才會下降至75-240美元的區間。

其次是固態電池本身，由于正極制作材料以過渡金屬氧化物顆粒，正負極之間以固界面的方式接觸，其接觸面積小使得界面阻抗大，從而影響電池的充電速度和循環壽命、倍率性能差等問題的出現。

而且固態電解質材料限制大，電池整體阻抗和倍率性能低。固體電解質是固態電池的核心，目前應用的固態電解質有三種體系：聚合物、氧化物、硫化物。這三種固態電解質材料共同的缺點是：低離子電導率。低離子電導率會阻礙鋰離子在電池正負極之間的運動，導致鋰離子傳輸速度和效率降低，在高倍率大電流下運動能力變差，電池能量密度和功率密度都將下降。

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總結：以上就是鋰電池廠商格瑞普為大家帶來的日本大力發展固態電池的原因分析。