高鎳三元液態電池要怎么解決安全問題，固態電池能否成為下一代動力電池技術……鋰電池的安全性、能量密度、成本能否撐起電動汽車的未來？當這些問題得到解答，鋰電池將迎來真正地起飛。

（來源：微信公眾號“NE時代” ID：NEtimes2017 作者：Leslie Ding）

今年的諾貝爾化學獎頒給了鋰電池，鋰電泰斗J. B. Goodenough成最高齡獲獎人。

這份諾貝爾獎對鋰電池意義重大。半個世紀以來，他們研制出一個可充電的鋰電池，創造出可充電的世界，卻遲遲沒有獲得諾貝爾獎。而我們已經憑借這項發明享受到種種便利。

但這個時間點很奇妙。

鋰電池已經普遍用于手機、電腦等消費電子中，是我們日常生活中離不開的工具。即使曾否認它的汽車，也將它加諸于身，作為動力電池提供驅動車輛的能量。鋰電池的開發進度，甚至成為電動汽車能否駛向未來的關鍵。它，似乎迎來自己的高光時刻。

另一方面，鋰電池遇到了它的另一個轉折點。這就是汽車行業對鋰電池的接受程度。為了能夠將鋰電池發展為更合格的動力電池，國內外電池企業從正負極材料入手，探索高鎳三元鋰電池的應用。鋰離子電池從NCM111、NCM523一路升級到NCM622、NCM811。當正極的化學配方依據能量密度的方向得以重新調整時，現有鋰電池的短板就呈現了出來。它無法兼顧能量密度和安全，實現平衡。無論車企還是消費者，對它在汽車上的應用存有疑慮。

高鎳三元液態電池要怎么解決安全問題，固態電池能否成為下一代動力電池技術……鋰電池的安全性、能量密度、成本能否撐起電動汽車的未來？當這些問題得到解答，鋰電池將迎來真正地起飛。

液態電池能量密度和安全的平衡

三元鋰電池努力的方向先是集中在能量密度和降本上，而后側重于安全。

2017年以來，補貼政策對能量密度的要求提高了許多。最低系統能量密度臨界值從2017年的90Wh/kg到2018年的105Wh/kg，2019年的125Wh/kg；最高補貼系數為120Wh/kg、160Wh/kg和160Wh/kg。

能量密度的提升直接對應到續航里程的增加上，電動汽車的續航從200KM向300KM、500KM攀升。

為了適應能量密度向前向上轉變的速度，不少車企拋棄更為安全的磷酸鐵鋰電池，轉而使用三元鋰電池。到今年，三元鋰電池的能量密度最高達到180Wh/kg。

能量密度提高的方法，一是改變正負極材料體系，二是減少電池組配件重量。而這兩種方法均會導致液態鋰電池的熱失控，最后形成事故。

中國科學院院士歐陽明高在近日的國際電池安全研討會提到，正極三元材料的鎳含量不斷提高，它的釋氧溫度不斷下降，正極材料的熱穩定性越來越差。釋氧溫度下降就意味著鋰電池更加不耐熱，正極材料容易發生分解，釋放活性氧，進而導致電解液的氧化分解。它的后果是產生更多的熱量，引發鋰電池的熱失控。

若減少電池組配件，如做薄隔膜、正極鋁箔、負極銅箔，固然能夠減輕電池的重量，減小電阻，提高性能，但也會加大短路的風險。

能量密度提高的代價是犧牲掉循環壽命和安全性，但電動汽車的普及需要能量密度和安全性的并重。因此，電池供應商從正負極材料、新型安全電解液、安全隔膜材料、熱管理等層面探求高鎳電池、模組及PACK的熱安全方案。

正負極和電解質層面，如歐陽明高所言，從多晶到單晶就可以使釋氧的溫度提升100度；可以使用高濃度電解質，降低防熱功率，且不與正極發生反應。

當電芯或PACK出現熱失控，更精密的BMS和TMS是抑制失控反應的關口。它可以防止由于過充電或過放電對電池的損傷，并且可在必要時刻切斷高壓電氣系統，確保電池包的安全性。

除此之外，對電芯異常的預警和報警，防火隔熱材料在液態鋰電池熱失控中均是保證乘客安全的措施。


高鎳三元鋰電池應該是最適合當下電動汽車要求的電池，如果它的安全性能夠得到穩定保證。但若談到未來，它也只能成為過去。

固態電池的技術儲備

中國科學院物理研究所研究員陳立泉指出：“想要達到2020年及以后的動力電池能量密度發展要求，實現能量密度大于500Wh/kg的目標，現有的液體電解質電池體系恐怕無能為力。作為下一代面向500Wh/kg的電池技術路線，固態電池體系的研發已成為剛需。新能源汽車產業中長期發展需要新的技術儲備，固態鋰電池則有望成為下一代車用動力電池主導技術路線，它不只是未來二次電池的重要發展方向，也是當前的重要任務。”

液態鋰電池觸及安全和能量密度天花板，國內外眾多電池企業探尋下一代動力電池的解決方案。至少現在，對比多項電池正負極材料和技術后，固態電池被視為最有希望突破鋰電池瓶頸的電池。本次獲諾獎的Goodenough先生是全固態電池的堅定支持者，多年來從事全固態電解質的研究。

為更好解決當前電動車電池所面臨的各類問題，汽車產業中許多企業都把眼光了瞄向了下一代汽車電池技術。

尤其在今年，固態電池的聲音格外響亮。國內造車新勢力蔚來、愛馳與輝能簽下固態電池樣車開發協議，哪吒汽車與清陶達成合作。歐洲，寶馬投資了美國電池公司Solid Power；大眾投資QuantumScape，可能從2024或2025年開始批量生產；雷諾到2025年將使用鈷含量為零的固態電池。

日本，豐田、松下等23家汽車、電池和材料企業及15家學術機構聯合研發電動車全固態鋰電池。韓國，LG化學、三星SDI和SKI聯手開發固態電池、鋰金屬電池和鋰硫電池。

從熱失控的角度出發，固態電池相比現在的液態電池更為安全。固態電解質或混合電解質替代液態電解質，避免內部短路的產生，強化安全性。

目前電池企業開發的固態電池前面沒有加“全”字。全固態電池受制于技術和成本，難以量產。因此類固態電池作為過渡產品，從解決電池安全入手，到實現規模效應，降低固態電池產業化的成本。

在《能量密度高，成本低……這是真實的固態電池嗎？》一文中，NE時代記者通過采訪和資料搜集等途徑，盡力挖掘固態電池的真實樣貌。我們了解到，固態電池相比液態鋰電池最明顯的優勢是安全。但在電芯層面它的技術還沒有成熟到打開能量密度大幅提升的大門。

到大家關心的產業化進展方面，國內固態電池企業普遍處于中試階段，2023年至2025年是固態電池能夠規模量產的起始時間段。

固態電池基本上是下一代電池技術儲備中走得最靠前的動力電池。但它的未來存在一些不明朗的因素，需要一步步地攻克。

液態鋰電池平衡術待練，固態電池技術不成熟，但我們對這些技術的突破又充滿期待。三位鋰電元老的諾獎正是誕生于希望與質疑同在的時刻。這份諾獎更像是對鋰電池過往的認可，對未來的鼓勵。