蔚来明年装备的固态电池，宝马为何却要到2030年

技术处

撰文 | 吕一星

近日，宝马集团称，与德国政府合作开发下一代电芯项目取得新进展：2030年前，宝马将为量产车配备固态电池。

宝马集团董事长齐普策表示：“我们正在为‘新世代'车型专门开发下一代电池技术。通过该车型，我们将在电力驱动技术方面实现巨大的飞跃。我们希望大幅提高电芯能量密度，同时减少材料和生产成本。此外，我们还将提高可再生材料的使用比例，以确保我们生产的是真正的‘绿色'电池。”

本文就来聊聊，目前几种固态电池的技术路线，以及最新的进展。以及我们可以分析一下，为什么宝马把量产固态电池的时间表放在了2030年？

固态电池和锂离子电池的技术差异

宝马压下重注的固态电池到底靠不靠谱呢？要讲清楚这个问题，我们先要从动力电池的技术原理说起：动力电池是利用化学反应的可逆性，在电池放电后，可通过充电的方式使活性物质激活而循环使用的电池。因此也叫“二次电池”。

目前商用的锂离子电池正负极间的锂离子通过电解液传输，电解液是锂盐溶于有机溶剂制备的溶液，充电时，电池的正极上有锂离子生成，锂离子从正极脱嵌经过电解液嵌入负极；放电时则相反，锂离子从负极脱嵌，经过电解液嵌入正极。

▲锂离子电池化学反应原理

由于电解液溶剂一般为易燃的碳酸酯。一旦电芯受外力作用破损短路，很容易起火。而固态锂电池与传统使用电解液的锂离子电池不同：是用具有离子导电能力的固态电解质全部或部分替代电解液，使电池内易燃的有机溶剂用量大幅度减少或完全被去除，有利于提升电池的安全性。其中完全不含液态电解质的电池被称为全固态电池；含有固态电解质和部分液态电解质的电池被称为半固态电池或固/液态电池。

固态电池分为固态锂离子电池（不可充电循环使用）和固态金属锂二次电池（可充电循环使用），可应用于电动汽车上的是后者。固态金属锂二次电池采用高比容量的金属锂作为负极（是用于传统动力电池负极的石墨材料比容量的11倍），因此电池的能量密度有显著提升。从下图能看出两者在工作原理上的差异，同时也能看出，固态电池在体积上要比液体电池小很多，封装难度也更低。

▲传统锂离子电池（左，含电解液）与固态锂电池（右）的工作原理差异

对于固态电池的研究始于20世纪50年代末，至今已超过60年。虽然全固态金属锂二次电池理论上具有多种传统液态锂离子电池所不具备的优势（如安全性好、比能量高等），但要实现商业化量产，还有不少技术障碍需要解决。

固态电池电解质材料三种路线以及进展

全固态金属锂二次电池的核心材料是“固态电解质”，其科研进展直接决定这种电池的产业化进程。目前固态电解质的研究主要集中在三大类材料：聚合物、氧化物和硫化物。而至今还没有企业能做出兼具高能量密度、高安全性的大容量全固态动力电池。所号称的“固态电池”采用的大部分为固液混合电解质（所以蔚来的李斌之前声称ET7上将率先装备固态电池，就是纯忽悠。当然后来迫于压力，蔚来也澄清了ET7上装备的其实还是固液混合的半固态电池）。

下面我们从聚合物、氧化物和硫化物这三种材料的技术路线，来分析一下目前固态电池的研究进展。

路线一：聚合物路线

早在2011年，法国Bollore集团旗下子公司、欧洲电池“大咖”Batscap公司研发的固态聚合物锂金属电池，被装进意大利著名汽车设计公司宾尼法利那（Pininfarina）设计的车体内，打造出Bluecar系列微型电动车，主打共享租赁汽车市场。是目前唯一在电动汽车上实现批量化商业示范运行的固态锂二次电池项目。

▲法国Bollore固态电池电动车

Batscap公司采用的是上面所说的第一种固态电解质材料：锂聚合物固液混态电解质。保有量达到4000辆，主要在巴黎地区运行。这种电池循环充放寿命超过2000次，电池能量密度为180~200Wh/kg，与目前现有的锂离子动力电池相比，并无明显优势（目前高水平的磷酸铁锂电池能量密度可以达到190Wh/kg，三元锂电池单体能量密度可以达到270Wh/kg）。加之需要保温在80℃下运行工作，严重限制了这种电池的产业化应用，到目前进展也不大。

2015年，德国博世公司曾以8000万欧元的价格收购了一家名为Seeo的美国电池公司，重点开发固态电解质技术。据报道，Seeo公司所研发的新型固态电池采用聚合物薄膜固态电解质，能量密度可达到350Wh/kg。

文章来源：《装备维修技术》 网址: http://www.zbwxjs.cn/zonghexinwen/2021/0508/1291.html