美国能源部证明固态电池爆燃隐患没有降低成本也降不下来

发表于 3年以前 | 总阅读数：1121 次

不过，美国能源部一项最新的研究表明，车厂们可能高兴太早了。固态电池，不见得会安全多少，成本短期内也很难降下来。

最被车企看好的电池技术，缺陷在哪？

所谓固态电池，就是使用固态电解质来代替传统锂电池中的液态电解质。一般的液态电解质，由高纯度的有机溶剂、电解质锂盐、必要的添加剂配比而成。

其中有机溶剂是易燃易挥发的不稳定物质，而锂盐又是负责在正负极间运送电能的角色，有能量有易燃物，受冲击或者短路，很容易失控爆炸。

固态电池则是使用锂或钠制成的玻璃或陶瓷化合物作为传导物质，理论上具有不易燃且能量密度高的优点。

但美国能源部的这项研究，揭示了固态电池的热失控风险并不比传统锂电池低。

固态电解质具有较高的剪切模量（材料力学指标，表征材料抵抗切应变的能力），可以有效抑制锂枝晶的析出和生长。通俗的说，固态电解质有坚固的内部结构，能“压住”锂枝晶，让其无法生长。

但是，对于陶瓷化合物为主的固态电池来说，这一点并不成立。因为陶瓷的晶界 (结构相同而取向不同晶粒之间的界面) 反而为锂枝晶提供了生长路径。生长的锂枝晶，又会“顶坏”电解质内部结构，造成短路。固态电池能量密度本身又非常高，一旦短路，爆燃会更加严重。

而现在很多固态电池出于成本考虑，走的都是陶瓷化合物路线。除了锂枝晶的威胁，固态电池的另一热失控隐患来自固态电解质和负极材料之间的高界面电阻。电阻高发热就更多，在密闭的电池包内当然不希望这种情况出现。

也有办法解决，就是在固态电解质的负极区添加少量传统液态电解质。没错，兜了一大圈又回到最初的起点… 而且添加了液态电解质的“半固态”电池，成本会升高不少，液态电解质本身是否会带来新的安全风险，现在也没有定论。

你可能发现了问题的根源：锂。没错，锂的最大缺点就是性质太活跃，那么用钠代替行不行？

可以，但钠电池的问题是能量密度太低，一般比锂电池小 1/3 到一半左右，要想具备装车条件，还需要在结构、材料等等方面做很多功课。总之，固态电池无论走哪条路都有不小的挑战。这也许能解释，为何众多车企几年前就投入布局的固态电池，至今仍然没有实质性进展。

车企押错了未来？

前面已经说了固态电池的优点，那么定量的分析，它到底比传统锂电池好多少？从数据上看，目前能量密度最高的传统铁锂电池，是松下生产的 NCA 18650，250 瓦时 / 千克。而固态锂金属电池能够达到 400-500 瓦时 / 千克，直接翻倍，实现了跃迁式提升。

而且在「加量」的情况下，这种新电池，还能实现 15 分钟（0-80%）快充，兼具损耗慢、不易燃等特性。如果所有的优点最后都能在量产产品上不打折，那么固态电池一定会是对传统锂电行业甚至是新能源行业产生巨大冲击的革命性产品。

所以，新能源汽车赛道上有实力的大厂巨头已经开始布局。比如有“美股最狂电池独角兽”之称的 QuantumScape，第一大股东是大众，其他投资者还有中国的上汽集团、比尔盖茨、特斯拉前 CTO、电池专家 JB Straubel。

梅赛德斯、Stellantis 和现代则投资了固态电池初创公司 Factorial Energy。而福特和宝马也投资了 Solid Power。不过大家纷纷看好押注的固态电池赛道，商业化进展却一直是个谜…

没错，至今也没人能说清楚固态电池的成本、效率，也没人能给出一个量产时间表。就连能让外界信服的实验结果数据、技术专利，各个创业公司也守口如瓶。就拿名声最大的 QuantumScape 来说，对于这个“锂枝晶”行业公认试金石的解决方案，始终回避。

锂枝晶生长问题解决了没有，从不正面回应 ——yes or no，只是说「已经解决了数百个难题」。外界既不清楚 10 年来这家公司到底花了多少钱、也不知道他们取得了哪些具体的技术成果。也很难判断 2025 年大规模量产的计划是否靠谱。只是看见大众汽车、JB Straubel、比尔盖茨等投资和看好…… 有足够公信力的背书。