充電1分鐘續航800km？揭秘菲斯科固態電池“神話”

充電時間極短，續航里程超長。許多新聞報道都是這樣描述固態電池的。不久前，電動汽車制造商Fisco申請了固態電池的專利。據媒體報道，電動汽車的電池壽命可以提高到804公里，充電時間可以縮短到一分鐘。此前，豐田和日立等公司也聲稱已經申請了與固體電池相關的專利。從全球來看，固態電池有望在2025年左右迎來商業化量產。我們不禁要問，固態電池的魔力是什么？如今，關于固態電池技術突破和專利申請的新聞層出不窮。在驚嘆固態電池能夠實現“充電速度極快+電池壽命超長”的同時，我們也應該看看它們能否在正常情況下大規模生產和推廣。通過分析Fisco固態電池超高性能的實現路徑，作者咨詢了相關專家，得出結論：如果采用聚合物固態電解質路線，這種極快的充電很可能是基于特殊實驗室條件下的測試樣本（高溫充電）。“談論技術而不商業化”完全是流氓行為。當我們關注材料技術的新突破時，不妨多關注固態電池的生產技術和量產設備的進步。“固態”的概念是什么？

顧名思義，電解質在室溫下的物理形式是具有一定流動性的液體，所謂固體電解質就是用固體電解質代替這種液體（或膠體）分散體。與液體電解質相比，固體電解質具有明顯的特點：極高的安全性固體電解質不可燃、無腐蝕、不易揮發，不存在泄漏問題，克服了鋰枝晶現象，因此全固體電池具有極高的安全性能；能量密度提高固體電解質通常比有機電解質具有更寬的電化學窗口，有利于進一步提高電池的能量密度；固體電解質可以阻擋鋰枝晶的生長，材料的應用范圍大大提高，為具有更高能量密度空間的新型鋰電池技術奠定了基礎。極快的充電是如何完成的？

回顧菲斯克的固態電池專利，有傳言稱“1分鐘充電800公里”的說法過于籠統，具體車輛和工作條件尚不清楚。作者咨詢了相關專家，得出的結論是，如果采用聚合物固體電解質路線，這種極快的充電很可能是基于特殊實驗室條件下的測試樣本（高溫充電）。根據之前的報道，菲斯克的專利使用了所謂的“三維固體”電解質，這與無機固體電解質的特性非常一致。盡管一些無機固體電解質（如基于團簇離子的反鈣鈦礦鋰離子超導體）在室溫下具有與液體電解質相當的離子電導率，但在體積變化（這就是為什么許多固態電池樣品由軟封裝疊層電池制成）、界面電荷轉移電阻，靈活性和較差的循環穩定性。

Fisker預測，他們的固態電極技術將在2023年用于電動汽車，這與大多數電池相關公司的時間點非常一致。從全球來看，預計2020年左右，固態電池將能夠實現小規模量產。寶馬聲稱，預計將在2026年實現固態電池的突破，然后大規模生產；

豐田也在努力開發固態電池，并已開發出能量密度為400瓦時/公斤的電池原型，將于2020年左右商業化，預計到2025年將大幅改進。這一過程尚未成熟。鋰離子電池在市場上很常見。由于電解質是有機溶劑體系，電池的陽極和陰極需要用隔膜隔開，以防止兩極接觸和短路，而固態電池則不需要隔膜。看起來生產過程減少了，但事實上，固態電池面臨著更多的問題。北京蔚藍新能源科技有限公司有限公司總經理于惠根指出，由于固態電池的電解質材料都是固態的，導電過程是點接觸的，因此電池制造過程中需要解決界面阻抗大、界面穩定性差和界面應力變化帶來的問題；此外，固體電解質在充放電過程中的體積膨脹和收縮使界面易于分離，就目前的技術水平而言仍有很大的提升空間。為了適應不同的固態電解質，常見的磷酸亞鐵鋰和NMC三元鋰陽極材料和石墨陰極材料可能不適合固態電解質。有必要設計和構建與固態電解質相匹配的電極，并研究和開發適用于固態電解質的新型鋰離子電池系統。從理論提出之時起，固態電池就不是一個新概念，但多年來，研發進展并沒有想象中那么快。即使可以降低成本，電池從實驗室到最終大規模生產也需要時間。日本、韓國、美國、歐洲等國家的固態電池技術基本處于小容量樣品電池階段，量產工藝尚不成熟，因此固態電池離商業應用還有很長的路要走。目前，制備具有良好穩定性和高導電性的電解質材料非常重要。使用固體電解質制備全固態電池，可以從根本上解決鋰離子電池存在的安全問題。為了實現固體電解質的實際應用，關鍵是使其滿足以下財產：1。室溫下的離子電導率應達到10-3S/cm或更高；2.具有良好的電化學和化學穩定性；3.與電極具有良好的兼容性；4.多孔結構，液體吸收率高；5.具有良好的伸長率和機械強度。就像液體鋰離子電池一樣，在20世紀70年代，相關概念和實驗認證齊頭并進，但真正大規模使用是在20世紀末。結論作為未來動力電池技術的發展方向，我們現在可以對固態電池做一個簡要的總結：1。與當今常見的電解質鋰離子電池相比，固體電解質是一種技術顛覆，有必要設計和構建與固體電解質相匹配的電極，并研發適合固體電解質的新型鋰離子電池系統；2.固態電池的大規模生產工藝需要大大改進。畢竟，動力電池單體的液體注射機已經非常成熟，但固體電解質的添加工藝尚未完全形成，量產設備尚不成熟；3.在正常條件下，無機固體電解質的關鍵挑戰是體積變化、界面電荷轉移電阻、柔韌性和較差的循環穩定性。盡管聚合物固體電解質克服了無機固體電解質的這些限制（良好的柔韌性和與電極的緊密接觸），但其電化學穩定性窗口較小，離子導電性（室溫）較差。參考文獻：電動汽車動力電池技術研究進展；鋰離子固體電解質的研究進展及產業化現狀合肥工業大學；

Nature子期刊摘要：鋰電池化學反應中的固體電解質。充電時間極短，續航里程超長。許多新聞報道都是這樣描述固態電池的。不久前，電動汽車制造商Fisco申請了固態電池的專利。據媒體報道，電動汽車的電池壽命可以提高到804公里，充電時間可以縮短到一分鐘。此前，豐田和日立等公司也聲稱已經申請了與固體電池相關的專利。從全球來看，固態電池有望在2025年左右迎來商業化量產。我們不禁要問，固態電池的魔力是什么？如今，關于固態電池技術突破和專利申請的新聞層出不窮。在驚嘆固態電池能夠實現“充電速度極快+電池壽命超長”的同時，我們也應該看看它們能否在正常情況下大規模生產和推廣。通過分析Fisco固態電池超高性能的實現路徑，作者咨詢了相關專家，得出結論：如果采用聚合物固態電解質路線，這種極快的充電很可能是基于特殊實驗室條件下的測試樣本（高溫充電）。“談論技術而不商業化”完全是流氓行為。當我們關注材料技術的新突破時，不妨多關注固態電池的生產技術和量產設備的進步。“固態”的概念是什么？

顧名思義，電解質在室溫下的物理形式是具有一定流動性的液體，所謂固體電解質就是用固體電解質代替這種液體（或膠體）分散體。與液體電解質相比，固體電解質具有明顯的特點：極高的安全性固體電解質不可燃、無腐蝕、不易揮發，不存在泄漏問題，克服了鋰枝晶現象，因此全固體電池具有極高的安全性能；能量密度提高固體電解質通常比有機電解質具有更寬的電化學窗口，有利于進一步提高電池的能量密度；固體電解質可以阻擋鋰枝晶的生長，材料的應用范圍大大提高，為具有更高能量密度空間的新型鋰電池技術奠定了基礎。極快的充電是如何完成的？

回顧菲斯克的固態電池專利，有傳言稱“1分鐘充電800公里”的說法過于籠統，具體車輛和工作條件尚不清楚。作者咨詢了相關專家，得出的結論是，如果采用聚合物固體電解質路線，這種極快的充電很可能是基于特殊實驗室條件下的測試樣本（高溫充電）。根據之前的報道，菲斯克的專利使用了所謂的“三維固體”電解質，這與無機固體電解質的特性非常一致。盡管一些無機固體電解質（如基于團簇離子的反鈣鈦礦鋰離子超導體）在室溫下具有與液體電解質相當的離子電導率，但在體積變化（這就是為什么許多固態電池樣品由軟封裝疊層電池制成）、界面電荷轉移電阻，靈活性和較差的循環穩定性。

Fisker預測，他們的固態電極技術將在2023年用于電動汽車，這與大多數電池相關公司的時間點非常一致。從全球來看，預計2020年左右，固態電池將能夠實現小規模量產。寶馬聲稱，預計將在2026年實現固態電池的突破，然后大規模生產；

豐田也在努力開發固態電池，并已開發出能量密度為400瓦時/公斤的電池原型，將于2020年左右商業化，預計到2025年將大幅改進。這一過程尚未成熟。鋰離子電池在市場上很常見。由于電解質是有機溶劑體系，電池的陽極和陰極需要用隔膜隔開，以防止兩極接觸和短路，而固態電池則不需要隔膜。看起來生產過程減少了，但事實上，固態電池面臨著更多的問題。北京蔚藍新能源科技有限公司有限公司總經理于惠根指出，由于固態電池的電解質材料都是固態的，導電過程是點接觸的，因此電池制造過程中需要解決界面阻抗大、界面穩定性差和界面應力變化帶來的問題；此外，固體電解質在充放電過程中的體積膨脹和收縮使界面易于分離，就目前的技術水平而言仍有很大的提升空間。為了適應不同的固態電解質，常見的磷酸亞鐵鋰和NMC三元鋰陽極材料和石墨陰極材料可能不適合固態電解質。有必要設計和構建與固態電解質相匹配的電極，并研究和開發適用于固態電解質的新型鋰離子電池系統。從理論提出之時起，固態電池就不是一個新概念，但多年來，研發進展并沒有想象中那么快。即使可以降低成本，電池從實驗室到最終大規模生產也需要時間。日本、韓國、美國、歐洲等國家的固態電池技術基本處于小容量樣品電池階段，量產工藝尚不成熟，因此固態電池離商業應用還有很長的路要走。目前，制備具有良好穩定性和高導電性的電解質材料非常重要。使用固體電解質制備全固態電池，可以從根本上解決鋰離子電池存在的安全問題。為了實現固體電解質的實際應用，關鍵是使其滿足以下財產：1。室溫下的離子電導率應達到10-3S/cm或更高；2.具有良好的電化學和化學穩定性；3.與電極具有良好的兼容性；4.多孔結構，液體吸收率高；5.具有良好的伸長率和機械強度。就像液體鋰離子電池一樣，在20世紀70年代，相關概念和實驗認證齊頭并進，但真正大規模使用是在20世紀末。結論作為未來動力電池技術的發展方向，我們現在可以對固態電池做一個簡要的總結：1。與當今常見的電解質鋰離子電池相比，固體電解質是一種技術顛覆，有必要設計和構建與固體電解質相匹配的電極，并研發適合固體電解質的新型鋰離子電池系統；2.固態電池的大規模生產工藝需要大大改進。畢竟，動力電池單體的液體注射機已經非常成熟，但固體電解質的添加工藝尚未完全形成，量產設備尚不成熟；3.在正常條件下，無機固體電解質的關鍵挑戰是體積變化、界面電荷轉移電阻、柔韌性和較差的循環穩定性。盡管聚合物固體電解質克服了無機固體電解質的這些限制（良好的柔韌性和與電極的緊密接觸），但其電化學穩定性窗口較小，離子導電性（室溫）較差。參考文獻：電動汽車動力電池技術研究進展；鋰離子固體電解質的研究進展及產業化現狀合肥工業大學；Nature子期刊摘要：鋰電池化學反應中的固體電解質。

標簽：世紀豐田寶馬北京理念

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