9月11日，德國《汽車周刊》報道，大眾公布大規(guī)模電動車發(fā)展計劃《RoadmapE》，到2030年大眾全部車型都將有電動版，投資500億歐到電動車電池，200億歐到電動車。

整車企業(yè)投資電池已經(jīng)不新鮮，而大眾CEO穆倫還表示，他們已經(jīng)在計劃下一代電動車電池，里程超過1000公里的固態(tài)電池，并將在2025年量產(chǎn)。

就在今年7月份，豐田在固態(tài)電池專利上取得了新的進展，同時宣布要在2022年推出搭載全固態(tài)電池的全新電動汽車。我國的動力電池龍頭企業(yè)寧德時代也已做出表率，在聚合物和硫化物基固態(tài)電池方向分別開展了相關的研發(fā)工作并取得了初步進展，并在規(guī)模化生產(chǎn)上提出了初步的工藝路線。

眾多行業(yè)專家都對固態(tài)電池成為下一代電池技術寄予厚望，陳立泉院士更是表示，“這是我國鋰電池惟一的機遇，如果這個機遇錯過了的話，下面要研究鋰硫電池、鋰空電池也就失去機會了”。

固態(tài)電池具有兼顧安全性和高能量密度的核心優(yōu)勢。液體電解質電池能量密度最高可至300瓦時每公斤，可滿足國家在《促進動力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動方案》提出的目標，但是超過500瓦時每公斤被認為是不可能的。固態(tài)電池的安全性表現(xiàn)在可以抑制鋰枝晶、不易燃燒、不易爆破、無電解液走漏、不會在高溫下發(fā)生副反應等。

關于我國的全固態(tài)電池研發(fā)進展，中國科學院物理研究所李泓研究員在近期的一篇報告中進行了詳細的說明。

以下是報告原文：

在液態(tài)電解質中，金屬鋰負極面臨的自發(fā)化學副反應、鋰枝晶生長、不穩(wěn)定的界面膜、體積變化較大等問題，依然難以同時解決。較多的研究團隊提出采用固體電解質全部或部分替代液態(tài)電解質，來解決使用或含有金屬鋰負極的電池面臨的主要技術挑戰(zhàn)。

日本NEDO早在2008年就制定了研發(fā)計劃，計劃在2030年實現(xiàn)固態(tài)電池的量產(chǎn)，包括固態(tài)金屬鋰、固態(tài)鋰硫和固態(tài)鋰空氣電池。固態(tài)電池從電解質形態(tài)上分成三類，一個是純聚合物，比如聚環(huán)氧乙烷；一個是無機固體電解質的氧化物或者硫化物；第三個是把聚合物和無機物復合在一起。這三種固體電解質最難解決的問題在于：在鋰離子電池或者是將來的金屬鋰電池中，正極反復體積膨脹收縮后，與固體電解質相的接觸會逐漸變差。對于固態(tài)電池來說，就是在循環(huán)過程中如何一直保持較低的電子和離子阻抗。如果沒有更好的辦法，這三類電解質中也可以添加少量液體來解決循環(huán)過程中電接觸惡化的問題，這一類電解質可以稱為混合固液電解質，也就是說電芯中同時含有固體電解質和液體電解質。

在固體電解質材料方面，國際上已經(jīng)開發(fā)了很多類，主要包括氧化物、硫化物、氫化物、鹵素、磷酸鹽薄膜和聚合物?，F(xiàn)在主流的電解質材料有三種：

首先是氧化物固體電解質，采用無機陶瓷電解質來替代液體電解質，主要是解決正極側的填充接觸問題，可能需要非常復雜的表面包覆技術。

對于硫化物電解質，其離子電導率非常高，也需要解決正極側電阻變大的問題，同時解決制備、儲存、服役過程中化學穩(wěn)定性差和產(chǎn)生硫化氫的問題。

對于薄膜電解質，離子電導率雖然很低，但是通過薄膜化降低面電阻，也可以制備使用器件。但是做成大面積疊層的大容量電池還是很有挑戰(zhàn)。

目前，已經(jīng)實現(xiàn)商業(yè)化的大容量固態(tài)電池主要還是聚合物固態(tài)電池，就是聚環(huán)氧乙烷基固態(tài)電解質，加拿大魁北克水電研究所報道的數(shù)據(jù)顯示，可以使用46微米厚的金屬鋰，30微米厚聚合物電解質以及30微米厚的磷酸鐵鋰正極，1/3C下循環(huán)1000多次，工作溫度在60到85度，電池包需要有加熱保溫功能。

中國科學院在2013年11月布局了一個戰(zhàn)略先導項目，希望能基于納米技術，研究開發(fā)一些能夠實際應用的先進材料和電池技術，目標是300Wh/kg，明年6月份所有的材料要進入到量產(chǎn)的階段。

在固態(tài)電池開發(fā)方面，5個團隊取得了進展?；瘜W所的郭玉國團隊開發(fā)了聚(醚-丙烯酸酯)的聚合物固體電解質，耐受氧化電壓是4.5伏。

寧波材料所的許曉雄團隊，開發(fā)了氧化物、硫化物固體電解質材料、陶瓷片、全固態(tài)電池。還開發(fā)了能在室溫循環(huán)，也能在80℃循環(huán)，能量密度在240-280Wh/kg的8-10Ah的混合固液鋰離子電池，該電芯通過了汽研中心的第三方安全性測試。

基于剛柔并濟的設計思想，青島生物能源所的崔光磊團隊開發(fā)了聚丙烯碳酸酯、纖維素、鋰鑭鋯氧復合的固體電解質，研發(fā)的電池能量密度達到了300Wh/kg，并首次在馬里亞納海溝完成了深海測試。

上海硅酸鹽研究所的郭向欣團隊，開發(fā)了聚環(huán)氧乙烷、鋰鑭鋯氧復合的固體電解質，并研制了2Ah級的固態(tài)鋰離子電池。

中國科學院物理研究所提出并驗證了原位固態(tài)化的設想，研制的10Ah軟包電芯能量密度達到310-390Wh/kg，體積能量密度達到了800-890Wh/L，該電池可以在室溫和90℃循環(huán)。

目前開發(fā)生產(chǎn)的液態(tài)電解質鋰離子電池的軟包電芯中，一般液體電解質重量百分比為20-25%，負極為碳、硅等。從長遠看，未來需要發(fā)展全固態(tài)金屬鋰電池，負極全部為鋰，但面臨很大的挑戰(zhàn)。在未來短期和中期，介于全固態(tài)和液態(tài)電解質鋰離子電池之間的技術，如混合固液電解質電池，可能會在提升能量密度的同時，兼顧安全性、倍率特性、循環(huán)性，首先實現(xiàn)商業(yè)化。

從開發(fā)混合固液電解質電池和全固態(tài)金屬鋰電池產(chǎn)業(yè)來看，需要重點開發(fā)固體電解質和金屬鋰材料，解決界面離子和電子傳輸，以及體積形變問題，多數(shù)設備可以通過采用現(xiàn)有鋰離子電池和一次金屬鋰電池產(chǎn)業(yè)的制造裝備來實現(xiàn)。此外，大規(guī)模生產(chǎn)金屬鋰電池的干燥房等生產(chǎn)環(huán)境控制技術也已經(jīng)掌握。盡管開發(fā)混合固液電解質電池和全固態(tài)金屬鋰電池，還面臨很多科學與技術的挑戰(zhàn)，但這些方向同樣充滿了希望。