三元锂离子电池被固态电池取代的节奏正在变快。
近日，我国科学院宁波材料技术与工程研究所宣布，由其牵头承担的纳米先导专项“全固态电池”课题已通过验收，这一技术进步将进一步推动国内全固态锂离子电池的规模应用。
此消息一出，立即在电池行业中引起巨大反响。
业内人士告诉记者：“以目前的三元锂离子电池的技术路线，动力锂电池能量密度单体要做到350Wh/kg的目标，在五年内基本不可能实现。而且，即便实现了，安全性也无法得到保障。因此，固态电池商业化能否突破，对汽车电动化的前景影响重大。”
作为电动汽车的核心，电池领域的突破无疑将对电池乃至汽车领域的发展出现重大影响，那么，固态电池能否马上取代三元锂离子电池？距离市场化还有多远？
三元锂离子电池的天然缺陷：能量密度和稳定性相互矛盾
“某一家公司单去年一年就有60起电动汽车燃烧爆炸事故。”在刚刚举办的中日韩锂电论坛上，北京大学新能源材料与技术实验室主任其鲁教授透漏。
其教授认为，三元锂离子电池存在很多缺陷，安全问题十分令人担忧。“无论从化学结构来讲，还是从电池结构来讲，三元材料都非常容易发热。假如不能把热量及时传导出去，电池就有爆炸的风险。然而现阶段，在电池的安全性、可靠性上，还没有完善的解决办法。“
除安全问题外，就新增电动汽车续航角度而言，三元锂离子电池的单体能量密度也已接近极限，难以被突破。电池包供应商正力蔚来常务副总裁周楠告诉记者：“现在，无论是行业政策，还是市场需求，新能源汽车对动力锂电池能量密度的要求都很高。在现有技术路线的体系下，要提高能量密度，只能提高镍材料或者添加CA，但高镍的热稳定性很差。所以，传统的电池一旦能量密度提高，也意味着稳定性的下降，电池内部热反应会非常剧烈，安全就成了很大的问题。”
正因为这样的原因，国家“863”计划节能与新能源汽车重大项目总体专家组专家肖成伟曾公开表示，三元锂离子动力锂电池目前已经看到能量密度的“天花板”了，高镍材料、碳硅负极的锂离子电池单体能量密度最高应该在300Wh/kg左右，正负不超过20Wh/kg。
按照国家动力锂电池技术路线图的规划，2020年锂离子电池的单体能量密度目标为350Wh/kg。从目前来看，这一目标已然不能实现。
而为了保证动力锂电池的高能量密度和安全性，固态电池研发的进展，给这个行业带来了光和亮。
国内外公司争相布局，固态电池成趋势
固态电池，顾名思义是一种使用固体电极和固体电解质的电池。由于固态电池电极和电解质都由固态物质制成，其固态电解质不可燃、无腐蚀、不挥发、不漏液，同时也克服了锂枝晶现象，即使被加热到非常高的温度，也不会着火，因而安全性更高。搭载全固态锂离子电池的汽车，自燃概率会大大降低。可以说，是下一代新能源汽车动力锂电池的理想对象。
目前，越来越多的国内外公司和研究机构将重心集中到了全固态锂离子电池上，也有不少汽车厂商都透露过基于固态电池打造电动汽车的计划。比如，大众曾宣布计划研发续航1000km固态电池；丰田汽车预计2022年完成固态电池的研发工作，并计划于2030年实现量产；日本经济省更是在2017年宣布出资16亿日元，联合丰田、本田、日产、松下、GS汤浅、东丽、旭化成、三井化学、三菱化学等国内优秀产业链力量，共同研发固态电池，希望2030年实现800公里续航目标。
国家新能源汽车重点科技专项首席专家欧阳明高院士也曾指出，国内不少科研院所、公司布局固态电池领域，中科院宁波材料所跟赣锋锂业合作，正在推进其产业化，计划2019年量产固态电池。
作为新能源汽车的“心脏”，动力锂电池无疑会决定新能源汽车的未来。业内人士普遍认为，动力锂电池未来发展路径是电解质从液态、半固态、固液混合到固态，最终必将实现全固态的过程。这促使初创公司，大学和特斯拉等知名巨头对电池技术的新一轮投资和研究。
丰田的时间表相对靠谱，固态电池量产可能要等到2030年
然而，固态电池想要进一步发展，尚需解决多重难题。
周楠告诉记者：“固态电解质是固态电池发展的关键，固态电池没有液体的浸润，同时也不要隔膜，只用把固态电解质当成隔膜，放在正极极片和负极极片当中，那么金属物质的材料就变得尤为关键。”
电解质材料是全固态锂离子电池技术的核心，目前固态电解质的研究重要集中在三大类材料：聚合物、氧化物和硫化物。聚合物高温性能好，已经有商业化的应用案例；氧化物循环性能良好，适用于薄膜柔性结构；硫化物电导率最高，是未来重要方向。
不过，目前还有几个具体难题要克服：
一是界面的导电率，固态电池导电率要维持在在适当的水平，不能过高，也不能过低，这样的材料非常难开发。
二是没有找到即兼顾高倍率又能快充的复合性材料，现在用的固态电解质材料只能容纳其中某一方面特性。
一位不愿具名的业内人士也表达了相同的看法。他认为：“固态电解质具有高的电阻，在功率密度方面还存在一些待解决的问题，要从固态电解质、正负极材料上着手。电导率、电池倍率、电池制备效率、成本控制方面都存在不小的挑战，一旦这些问题能够有效解决，必将在未来掀起一场新的电池革命。”
既然困难重重，固态电池在新能源汽车上的全面应用，还有多长的路要走？
欧阳明高曾表示，预计全固态锂离子电池会在2025-2030年之间取得突破。今年五月，丰田动力总成部门的总经理ShinzuoAbe透露：“丰田期望在2020年以后能制造出固态电池，但若要实现固态电池的量产，还要等到2030年以后。”
已在电池行业深耕十几年的周楠向记者坦言：“从跟以往的相关经验来看，丰田计划和实际情况基本上是能达到一致的。也许在最近这几年里，他们就能够推出固态电池，但具体产量是怎么样，成本能不能适应市场，还要打一个大大的问号。”
