固态锂金屬電池大規模産業化有望更早實現。

3分鐘内完全充電，生命周期内可循環超過1萬次，可持續使用20年——美國哈佛大學對于固态锂金屬電池的研究有了新的技術突破。

與目前市場上電動汽車電池所用的傳統锂離子電池不同的是，固态锂金屬電池使用的是純金屬形式的锂，同時，使用固體電極和固體電解質取代锂離子電池中的液體或聚合物凝膠電解質。

相比市場上的傳統锂離子電池，固态锂金屬電池充電更快，能量密度更大，電池壽命更長。

美國哈佛大學對于固态锂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分鐘内完全充電，10-15年的電池使用壽命”層面上。

此次固态锂金屬電池技術新的突破，可以說，直接拉高了電池技術水平的平均線，若真正大規模産業化或将成為解決制約電動汽車發展動力問題的關鍵，進一步賦能電動汽車行業。

目前，初創公司Adden Energy宣布已獲得哈佛大學技術發展辦公室授予的獨家技術許可，用于推進該技術的商業化，其目标是将電池縮小為手掌大小的“軟包電池”。

由來已久

固态锂金屬電池技術并非現在提出的全新概念，此前除了哈佛大學，還有很多公司對此項技術有過學術研究。

2020年12月，Quantum Scape對外宣布固态锂金屬電池技術的進展，聲稱公司的固态電池相比市場上的傳統锂電池續航高出80%，用15分鐘即可充滿80%的電量，且能夠提供約16萬公裡的續航能力。

由于固态锂金屬電池技術，QuantumScape曾在短短1個多月股價飙漲13倍，并獲得大衆集團的兩次投資。

在我國，中國科學院物理研究所曾通過采用電子-離子混合導電活性物質作為正極實現100%全活性物質全固态電極，與金屬锂負極搭配，構建出高能量密度全活性物質全固态電池，在電極層面上實現了770Wh/kg和1900Wh/L的能量密度。

2021年8月，Sakuú Corporation公司宣布，已開發出3Ah固态锂金屬電池，将電池的能量容量提高了100倍，體積能效提高了12倍以上。并計劃于2022年初開始量産這種電池。

學術的研究推動技術進展，固态锂金屬電池技術在行業内“聲名鵲起”，被譽為電池行業的颠覆性技術，甚至被冠以“動力電池的未來”的名号。

除了學術方面的研究，資本也早早布局固态電池領域，固态锂金屬電池成為繼三元锂電池後，各家角逐的新方向，固态锂金屬電池的賽道持續升溫。

固态锂金屬電池被認為是未來5~10年的主流方向，在市場掀起一股研發和投資熱潮。

近幾年，包括日本、德國和美國在内的多個國家加大對于全固态電池（固态锂金屬電池）的研發，現代汽車等企業也早于在2018年組建團隊，進行相關研發工作。

我國對于固态锂金屬電池的布局也不晚，早在2017年，贛鋒锂業就布局固态锂金屬電池的相關産業鍊，當年就對外宣布，計劃以不超過2．5億元投資建設第一代固态锂金屬電池研發中試生産線。并且與固态電池專家、原中科院材料所研究員許曉雄博士達成戰略合作協議，目标在3年内實現固态锂電池産業化。此外，像甯德時代、比亞迪等巨頭公司均有固态锂電池領域的布局。

“對症下藥”

不管是學術界還是資本界，對于固态锂金屬電池的追捧都可以說是漸趨瘋狂，究其原因在于，其能極大緩解新能源汽車發展過程中的“安全焦慮”和“裡程焦慮”。

而安全性和能量密度是目前傳統锂離子電池存在的兩大短闆。

對于汽車市場而言，如何保障安全無疑是頭等大事，但近年來，新能源汽車發生的安全事故并不在少數。

據《動力電池安全研究報告》不完全統計，2021年共發生了50多起新能源汽車着火事故，大部分由電池熱失控引起，動力電池安全問題俨然成為新能源汽車行業發展的攔路虎。

據了解，锂離子電池在使用過程中産生的樹突或枝晶是電池着火的根本原因。

樹突或枝晶像根一樣長入電解質并刺穿分隔陽極和陰極的屏障，進而導緻锂離子電池短路，而固态锂電池采用類似三明治的多層結構可防止枝晶結構生成。

所謂三明治的多層結構是指，将電池想象成三明治，首先一層是面包（锂金屬陽極），然後是生菜（石墨塗層），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），最後是另一層西紅柿和最後一塊面包（陰極）。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，從而防止了故障産生。

簡單點來說，相比傳統锂離子電池，固态锂金屬電池的安全性更高。

近幾年來，新能源汽車的車輪駛向了更廣的區域，新能源汽車不僅作為通勤的工具，更是家庭出遊的首選。

消費者對于新能源汽車的需求催生了新能源汽車更高的續航要求，而動力電池無疑是是滿足這一需求的重要載體，具體而言，即如何提高電池的充電速度和續航裡程，這要求電池有更大的能量密度。

目前市面上的動力電池主要以磷酸鐵锂和三元锂電池為主，磷酸鐵锂電池在安全性能層面優于三元锂電池，但能量密度遠不及三元锂電池，目前市場上三元锂電池的能量密度大緻在300Wh/kg。

據我國《節能與新能源汽車技術路線圖》，到2030年，電動汽車對于動力電池能量密度的需求将超過500Wh/kg，目前市場上不管是磷酸鐵锂電池還是三元锂電池都無法滿足該需求。

而固态锂金屬電池或将成破局的關鍵。

未來已來？

市場上傳統锂離子電池正極材料的能量密度表現已經逼近其理論值，近幾年來，如何進一步提升能量密度成為了讨論的焦點。固态锂金屬電池的提出，使得這一話題有了新的讨論載體，行業内對于固态電池的研究的熱度也持續不減。

正如上面所言，相比傳統锂離子電池，固态锂金屬電池有着得天獨厚的技術優勢，被市場寄予厚望，然而事實上，固态锂金屬電池的進展卻遠不如預期。

目前，固态锂金屬電池也迎來一定程度的量産，但在實際生産過程中，相對于傳統锂離子電池的優勢并不明顯。

一方面，固态锂金屬電池仍面臨着技術難關， 目前固态電池距離預設的高性能固态電池系統仍有差距，保留部分的電解液，并不是理想上的全固态。在文章前半部分我們提到，固态锂金屬電池采用類似三明治的多層結構可防止枝晶結構生成，從而減少着火事故，但在實際量産中，仍然有锂離子的外漏。

另一方面，固态锂金屬電池的相關産業鍊發展并未完善，現階段固态锂金屬負極電池的實際成本高于液态锂離子電池。

固态锂金屬電池無疑是發展的一大風口，“固态锂金屬電池是動力電池的未來”說法也似乎有理可據，但未來多久才來？還得看技術的完善和商業化進展。

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