據(jù)報(bào)道，豐田汽車(chē)將在今年推出一款顛覆性的固態(tài)電池。
最大的亮點(diǎn)是，該電池可提供500公里續(xù)航，充電時(shí)長(zhǎng)極短。據(jù)官方介紹，配備固態(tài)電池的電動(dòng)汽車(chē)充電大約需要10分鐘，從而將充電時(shí)間縮短了三分之二。并且具有非常好的的安全性，充電速度上接近于傳統(tǒng)燃油車(chē)加油。
同時(shí)豐田搭載固態(tài)電池的原型車(chē)，雖然在2022年已經(jīng)推出，但其量產(chǎn)時(shí)間要在2025年左右。
那么對(duì)比現(xiàn)有的新能源車(chē)鋰電池品種，固態(tài)鋰電池有哪些特點(diǎn)？
目前最常見(jiàn)的新能源車(chē)動(dòng)力電池品種有，三元鋰電池、磷酸鐵鋰電池，還有最近投產(chǎn)的鈉離子電池，以下逐個(gè)分析一下，這幾種動(dòng)力電池的優(yōu)缺點(diǎn)：
一、三元鋰電池
三元鋰電池是一種基于鋰離子電池技術(shù)的高性能蓄電池，具有高能量密度、良好的循環(huán)壽命和安全性等優(yōu)點(diǎn)。目前，它被廣泛應(yīng)用于電動(dòng)汽車(chē)、儲(chǔ)能電池和移動(dòng)電子設(shè)備領(lǐng)域。下面是三元鋰電池的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)：
優(yōu)點(diǎn)：
1. 高能量密度：三元鋰電池具有高能量密度，能夠在相同體積和重量下提供更多的能量；
2. 長(zhǎng)循環(huán)壽命：三元鋰電池的壽命較長(zhǎng)，通常可以循環(huán)充放電數(shù)百到數(shù)千次；
缺點(diǎn)：
1. 價(jià)格較高：由于生產(chǎn)成本高，三元鋰電池的價(jià)格相對(duì)較高，比其他常見(jiàn)的鋰離子電池更昂貴；
2. 必須充電保護(hù)：三元鋰電池必須進(jìn)行充電保護(hù)，以防止超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)充電電壓和電流。
3. 安全性較差：三元鋰電池采用高純度材料，具有較好的穩(wěn)定性和安全性，但在高溫和外力物理破壞的情況下，容易發(fā)生劇烈的爆燃產(chǎn)生危險(xiǎn)。
4.低溫性能變差：在零度以下的環(huán)境能量密度會(huì)下降。
二、鐵鋰電池
鐵鋰電池是目前市場(chǎng)上較為普及的一種蓄電池，廣泛應(yīng)用于電動(dòng)汽車(chē)、儲(chǔ)能電池、 UPS備用電源等領(lǐng)域。它具有循環(huán)壽命長(zhǎng)、充電快、低自放電、安全性高等特點(diǎn)，但同時(shí)也存在一些缺點(diǎn)。
優(yōu)點(diǎn)：
1. 循環(huán)壽命長(zhǎng)：鐵鋰電池的循環(huán)壽命可達(dá)兩萬(wàn)次以上，在使用壽命上具有明顯的優(yōu)勢(shì)；
2. 充電速度快：鐵鋰電池的充電速度快，可以快速充電，節(jié)省時(shí)間；
3. 低自放電：鐵鋰電池在不使用的情況下自放電率低，不需要頻繁充電；
4. 安全性高：鐵鋰電池具有較好的安全性，雖然在溫度失控的情況下也有機(jī)會(huì)產(chǎn)生高溫，但對(duì)比三元鋰電池不會(huì)發(fā)生過(guò)于激烈的爆燃現(xiàn)象，相對(duì)比較安全。
缺點(diǎn)：
1. 重量大：鐵鋰電池的重量相對(duì)較重，相同的容量下體積更大；
2. 維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用高：鐵鋰電池需要特殊的維護(hù)和保養(yǎng)，如定期校準(zhǔn)、平衡充電等。
三、鈉離子電池
鈉離子電池是一種新興的電池類型，與鋰離子電池使用的鋰離子不同，鈉離子電池使用鈉離子，從而實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能。主要因?yàn)殡m然地球上的鋰資源雖然比較豐富，但目前新能源車(chē)急劇發(fā)展消耗大量的金屬鋰，依然造成鋰礦資源快速消耗，產(chǎn)能緊張，價(jià)格上漲，因此必須找到一種更容易獲得的替代品。鈉和鋰有近似的物理和化學(xué)特性，是一種可替代鋰的元素，鈉的儲(chǔ)量極為豐富，并且鈉電池的報(bào)廢處理對(duì)環(huán)境的影響非常小。當(dāng)前，鈉離子電池主要用于儲(chǔ)能電池和電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域。以下是鈉離子電池的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)：
優(yōu)點(diǎn)：
1. 儲(chǔ)能能力強(qiáng)：鈉離子電池比其他類型的電池存儲(chǔ)能力更強(qiáng)，能夠更多地儲(chǔ)存太陽(yáng)能和風(fēng)能；
2. 價(jià)格低廉：相對(duì)于其他類型的電池，鈉離子電池的價(jià)格更低，因?yàn)殁c材料相對(duì)便宜；
3. 環(huán)境友好：鈉離子電池不含鉛、鎳等有害物質(zhì)，可以更好地保護(hù)環(huán)境；
4. 充電/放電速度快：鈉離子電池能夠?qū)崿F(xiàn)比較快速的充電/放電過(guò)程。
缺點(diǎn)：
1. 能量密度較低：相對(duì)于其他類型的電池，鈉離子電池的能量密度較低，儲(chǔ)能效率有待提高；
2. 壽命較短：鈉離子電池的壽命相對(duì)較短，需要更頻繁地更換電池。
盡管有以上缺點(diǎn)，但鈉離子電池量產(chǎn)后應(yīng)該能替代大部分鉛酸電池，以及要求環(huán)保和廉價(jià)的電動(dòng)車(chē)輛的應(yīng)用場(chǎng)景。
四、固態(tài)電池
固態(tài)電池是一種正在快速發(fā)展并已經(jīng)推出的新型電池技術(shù)，目前在電動(dòng)汽車(chē)、儲(chǔ)能電池和可穿戴電子設(shè)備等領(lǐng)域引起了廣泛關(guān)注。固態(tài)電池采用固態(tài)電解質(zhì)代替?zhèn)鹘y(tǒng)液態(tài)電解質(zhì)，具有穩(wěn)定、安全、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)包括生產(chǎn)成本高、目前還處于開(kāi)發(fā)階段等。
固態(tài)電池是一種電池科技。與現(xiàn)今普遍使用的鋰離子電池和鋰離子聚合物電池不同的是，固態(tài)電池是一種使用固體電極和固體電解質(zhì)的電池。
由于科學(xué)界認(rèn)為鋰離子電池已經(jīng)到達(dá)極限，固態(tài)電池于近年被視為可以繼承鋰離子電池地位的電池。固態(tài)鋰電池技術(shù)采用鋰、鈉制成的玻璃化合物為傳導(dǎo)物質(zhì)，取代以往鋰電池的電解液，大大提升鋰電池的能量密度。
在固態(tài)離子學(xué)中，固態(tài)電池是一種使用固體電極和固體電解液的電池。固態(tài)電池一般功率密度較低，能量密度較高。由于固態(tài)電池的功率重量比較高，所以它是電動(dòng)汽車(chē)很理想的電池 。
優(yōu)點(diǎn)：
一、輕——能量密度高。使用了全固態(tài)電解質(zhì)后，鋰離子電池的適用材料體系也會(huì)發(fā)生改變，其中核心的一點(diǎn)就是可以不必使用嵌鋰的石墨負(fù)極，而是直接使用金屬鋰來(lái)做負(fù)極，這樣可以明顯減輕負(fù)極材料的用量，使得整個(gè)電池的能量密度有明顯提高。
二、薄——體積小。傳統(tǒng)鋰離子電池中，需要使用隔膜和電解液，它們加起來(lái)占據(jù)了電池中近40%的體積和25%的質(zhì)量。而如果把它們用固態(tài)電解質(zhì)取代（主要有有機(jī)和無(wú)機(jī)陶瓷材料兩個(gè)體系），正負(fù)極之間的距離（傳統(tǒng)上由隔膜電解液填充，現(xiàn)在由固態(tài)電解質(zhì)填充）可以縮短到甚至只有幾到十幾個(gè)微米，這樣電池的厚度就能大大地降低——因此全固態(tài)電池技術(shù)是電池小型化，薄膜化的必經(jīng)之路。
三、柔性化的前景。即使是脆性的陶瓷材料，在厚度薄到毫米級(jí)以下后經(jīng)常是可以彎曲的，材料會(huì)變得有柔性。相應(yīng)的，全固態(tài)電池在輕薄化后柔性程度也會(huì)有明顯的提高，通過(guò)使用適當(dāng)?shù)姆庋b材料（不能是剛性的外殼），制成的電池可以經(jīng)受幾百到幾千次的彎曲而保證性能基本不衰減。
四、更安全。傳統(tǒng)鋰電池可能發(fā)生以下危險(xiǎn)：(1) 在大電流下工作有可能出現(xiàn)鋰枝晶，從而刺破隔膜導(dǎo)致短路破壞 (2)電解液為有機(jī)液體，在高溫下發(fā)生副反應(yīng)、氧化分解、產(chǎn)生氣體、發(fā)生燃燒的傾向都會(huì)加劇。采用全固態(tài)電池技術(shù)，以上兩點(diǎn)問(wèn)題就可以直接得到解決
固態(tài)電池或許不是最好的儲(chǔ)能電池，但可能是未來(lái)電池技術(shù)的發(fā)展方向之一。包括燃料電池、超級(jí)電容器、鋁空氣電池、鎂電池在理念上都有較大的發(fā)展空間，而最終，要看哪種路線發(fā)展更快、更接地氣。所謂接地氣，就是在商業(yè)化的規(guī)模和成本方面都能達(dá)到完美的平衡點(diǎn)。首先，使用的材料必須不能是高成本且稀有的。其次，要在各個(gè)行業(yè)和領(lǐng)域都有實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用的可能。
或許，現(xiàn)在最具考驗(yàn)的地方在于價(jià)格。液態(tài)鋰電池的成本大約在200~300美元/千瓦時(shí)，如果使用現(xiàn)有技術(shù)制造足以為智能手機(jī)供電的固態(tài)電池，其成本會(huì)達(dá)到1.5萬(wàn)美元，而足以為汽車(chē)供電的固態(tài)電池成本更是達(dá)到令人咋舌的9000萬(wàn)美元。
固態(tài)電池生產(chǎn)成本居高不下的一個(gè)重要原因在于生產(chǎn)效率低下。
從理論的提出時(shí)間來(lái)看，固態(tài)電池并不是一個(gè)新的概念，但多年來(lái)，研發(fā)上的進(jìn)展并沒(méi)有想象那么快速。電池從實(shí)驗(yàn)室到最終的量產(chǎn)也需要不短的時(shí)間。是否能快速推向市場(chǎng)，讓我們拭目以待吧！
