其实，固态电池已经存在了很长一段时间，只不过商用化比较难。直到最近几年，随着材料科学、计算机建模技术、电化学和制造技术的进步为这项技术开辟了新的可能性

文︱立厷

图︱网络

近日，丰田汽车透露将在今年推出一款“颠覆性”固态电池，10分钟内从空充到满，电动车续航可达500公里，且安全隐患极小。没错，业界公认，固态电池很安全，不过500公里续航虽不敢恭维，但已经不错了，因为固态电池的研发确实很难！

丰田固态电池来自本田？

据介绍，丰田固态电池有望成为水性电解质溶液锂离子电池的可行替代品，将充电时间缩短三分之二。不过，这并不是固态电池的亮点，安全性才是优于锂离子电池的最大卖点。此疑问之一。

丰田预计，搭载该固态电池的原型车要到2022年才推出，其量产时间要到2025年左右。彼时，在日新月异的动力电池市场，会不会被他人捷足先登也未可知。此疑问之二。

有人猜测，丰田的“颠覆性”固态电池很可能与此前本田研究人员提出的氟离子电池（FIB）研究有关。当时测算的理论指标水平是：能量密度可达锂电池理论极限的10倍，-50℃时仍能达到常温下75%的充放电水平。

本田的氟离子电池技术

2018年底，本田研究所宣布了与加州理工学院和美国宇航局（NASA）喷气推进实验室研究人员合作开发的电池化学新突破。与现有电池技术相比，该技术在使用更高能量密度材料的同时，具有更好的生态足迹。

本田说，这项新技术避开了氟化物电池技术的温度限制，成功演示了氟离子能量电池在室温下的运行，为更好地满足高容量需求的高能量密度电池打开了大门。

研究人员说，与普遍使用的锂离子电池不同，氟离子电池更安全，不会有过热危险。此外，由于其原材料对环境影响较小，该技术对环境更有利。

尽管有上述优点，但由于温度的限制，这种电池并没有取代锂离子电池——直到现在，它还需要302℉（150℃）以上的温度才能正常工作。

如果现在该技术接近商用，那也应该是本田汽车先用。此疑问之三也！

何为固态电池？

同为头部企业的福特汽车储能部高级经理Ted Miller最近表示：“如果没有固态技术，我们看不到另一种实现电动汽车用更强大的电池目标的方法。但我现在无法预测的是谁将把它商业化。”

那么什么是固态电池呢？锂聚合物电池即锂离子电池。圆柱形电池，如电池（用于早期特斯拉车型）也是锂离子电池。棱柱形电池也是硬壳锂离子电池。通常所说的固态电池也是如此，它涉及更新的制造工艺，但它是一种锂离子电池。不过上面提到的本田却是氟离子电池，原理上应该相仿，只是离子不同。

为什么固态电池很难商业化呢？锂离子电池的所有这些变化都有一个共同的物理原理：锂离子有助于储存电能。简单说，锂离子电池的工作原理是锂离子在两个电层（阳极和阴极）之间来回移动。当离子在阴极时，电池放电；当移到阳极时，电池就充电。

锂离子电池工作原理

在锂离子电池中，两个电极都浸在电解液中。今天的电池使用液体或凝胶状电解质。电池制造商不遗余力地为其电池配制独特的电解质。配方确实对电池的许多规格有影响，特别是循环寿命（电池可以充电和放电的次数）。

在固态电池中，没有液体或凝胶电解质。取而代之的是夹在两个电极之间的“固态”层。这种材料可以是陶瓷、玻璃，甚至是塑料状的聚合物，或者三者的某种混合物。

传统电池与固态电池

那为什么要用固态电解质呢？主要有两个原因。首先，使用固态电解质的电池比使用液体电解质的电池占用的空间小得多。这意味着可以在同样的体积里装更多的能量。因此，提升了电池的重要指标能量密度。

第二个原因是安全。液体或凝胶电解质比固态电解质更容易着火。

传统上，固态电解质的主要挑战是导电性差，尤其是在室温（25℃或77℉）下。液体或凝胶电解质的导电性大约是固态电解质的1000倍。换句话说，固态电解质对锂离子的流动表现出更高的阻力。这导致了一些性能挑战，首先是较短的循环寿命和无法快速充电。

固态电池的优点：

无电解液泄漏

无热失控

无枝晶形成

一些公司建议在高温（大于80℃）下运行固态电池，以提高导电性。但这在大多数使用场景下并不实用。

文章来源：《水动力学研究与进展》 网址: http://www.sdlxyjyjzzz.cn/zonghexinwen/2021/0216/510.html

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