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固態(tài)電池技術迎來了突破。

近日，美國哈佛大學研究團隊開發(fā)了一種新的固態(tài)電池，該電池能夠循環(huán)充電10000次，有望實現3分鐘內完全充電，并且可持續(xù)使用20年。

這款固態(tài)電池使用的是純金屬形式的鋰，使用固體電極和固體電解質，而不是鋰離子電池中的液體或聚合物凝膠電解質。在實驗室中，電池原型能夠成功完成 5000至10000次充電循環(huán)。哈佛大學研究團隊對于固態(tài)鋰金屬電池的研究可追溯至去年5月，但彼時的技術停留在“10~20分鐘內完全充電，10~15年的電池使用壽命”層面上。

這款電池的設計靈感來自英式經典三明治。如果將電池想象成三明治，首先一層是面包（鋰金屬陽極），然后是生菜（石墨涂層），接下來是一層西紅柿（第一種電解質）和一層培根（第二種電解質），最后是另一層西紅柿和一層面包（陰極）。

研究團隊認為，通常其他固態(tài)設計中的鋰金屬陽極會發(fā)展出樹突狀的生長，可以逐漸通過電解質滲透到陰極，進而導致鋰離子電池短路。也就是說，鋰離子電池在使用過程中產生的樹突或枝晶是電池著火的根本原因。而三明治的多層結構可防止枝晶結構生成，在這種設計中，樹突在“生菜”和“番茄”中生長，但在“培根”處停止。“培根”屏障阻止枝晶穿過使電池短路，從而防止了故障產生。

“我們著手將這項技術商業(yè)化，我們的技術與其他固態(tài)電池相比是獨一無二的。在實驗室中，我們已經在電池的使用壽命內實現了5000到10000次充電循環(huán)，而現在即使是同類產品中最好的電池也只有2000到3000次充電循環(huán)，而且我們認為擴大電池技術沒有任何基本限制，這可能會改變游戲規(guī)則。”哈佛大學約翰·A. 保爾森工程與應用科學學院材料科學副教授Xin Li（李新，音譯）表示。

目前，研究團隊成立的初創(chuàng)公司 Adden Energy（艾登能源公司）宣布已獲得哈佛大學技術發(fā)展辦公室授予的獨家技術許可，用于推進該技術的商業(yè)化，其目標是將電池縮小為手掌大小的“軟包電池”，其組件封裝在鋁涂層薄膜中。不過，Xin Li去年在接受媒體采訪時表示，這項技術的商業(yè)化還需要數年時間，同時還面臨著許多挑戰(zhàn)。

固態(tài)電池是指采用固態(tài)電解質的鋰離子電池，其具備更高的安全性和能量密度，被認為是下一代電動車動力電池的技術方向?，F階段，固態(tài)電池在技術指標上領先于三元鋰電池。從當前產業(yè)布局來看，豐田、寶馬、大眾、現代等多家國際車企均在固態(tài)電池領域進行布局，并加大在固態(tài)電池領域的投資。此外，車企和電池制造商紛紛攜手攻堅克難，豐田正與松下公司合作，大眾則投資了美國電池初創(chuàng)企業(yè)QuantumScape（量子景觀公司），福特、寶馬投資了Solid Power（固態(tài)動力公司）。Solid Power的全固態(tài)電池理論上可使續(xù)航距離最高達到鋰電池的2倍，寶馬計劃于2025年之前開始對配備全固態(tài)電池的車輛進行路測，2030年之前上市。奔馳繼與Hydro Quebec（魁北克水電公司）合作之后，現在還與Factorial Energy（階乘能量公司）共同研發(fā)固態(tài)電池。

不過，目前還未看到量產固態(tài)電池搭載在汽車上。早在2011年，豐田就表示將在2015年至2020年推出固態(tài)電池，其認為固態(tài)電池將完全彌補新能源汽車的續(xù)航里程難題，同時還能大力推動新能源汽車普及速度。然而，時至今日，固態(tài)電池依舊未能得以正式應用，豐田預計2025年才將實現大規(guī)模量產應用，LG新能源則預計2026年實現全固態(tài)電池量產。

“對于全固態(tài)電池，目前仍存在一些技術難點。”高能時代CEO董思曉在接受第一財經記者采訪時表示，一是電解質的批量化、低成本化、穩(wěn)定化合成問題一直未能有效解決，二是固-固界面問題導致的內阻大的問題未得到解決，三是相應的設備、工藝尚未定型。

其中，固-固界面的問題分為物理層面和化學層面，在物理層面，粉體顆粒在電池充放電循環(huán)中會發(fā)生體積變大或變小，由于不含有液體，顆粒與顆粒之間、層與層之間容易產生縫隙，帶來接觸不良，影響離子和電子的傳輸，電池內阻就會增加，在充放電過程中就會發(fā)生極化問題，導致倍率性能下降。在化學層面，如果硫化物電解質材料選型不好，硫化物電解質容易與正負極材料、導電劑、黏接劑材料發(fā)生化學反應，因此在電化學環(huán)境下，就會在界面上產生鋰離子電導率比較低的反應產物，導致電池內阻增大，電池倍率性能降低。

業(yè)內有一種說法是全固態(tài)電池的成本比當前的鋰電池高4倍以上。伊維經濟研究院研究部總經理、中國電池產業(yè)研究院院長吳輝認為，因為沒有量產，所以沒法去比較成本，但是現在這些半固態(tài)電池的成本都在1元/Wh以上，而液態(tài)鋰電池電芯的成本大約現在0.7~0.8元/Wh（以三元為主）。全固態(tài)電池量產時間可能在2030年。

中國科學院院士、中國電動汽車百人會副理事長歐陽明高此前談道，材料這種事，要厚積薄發(fā)，固態(tài)電池真正投入大規(guī)模商業(yè)應用大概的時間是在2025~2030年之間。

原標題：“三明治式”固態(tài)鋰電池三分鐘充滿電 商業(yè)化還需時日