固态电池及其材料的生产工艺和设备难题

　    前面提到了，锂金属用作负极材料的制备，堪比芯片制造的难度。金属锂是个十足活泼的活跃分子，极容易与空气中的氧气和水分发生反应，并且还不耐高温，这就给固态电池的生产组装和实际应用中带来极大的困难。

　　还有，如果要改善电解质和正负极的界面阻抗，就要通过在 1000度以上的高温下烧结电极材料来增加界面的接触面积，这对工艺要求也比较苛刻。

　　在薄膜型氧化物电解质的制造中，由于传统的涂布法无法控制粒子的粒径与膜厚，成膜的均匀性比较低，只有真空镀膜法才能够较好保持电解质的均匀性。所以薄膜型固态电池产品多采用真空镀膜、磁控溅射、脉冲激光沉积、化学气相沉积等方法生产，对设备要求极高，制备工艺也很复杂，不利于大规模生产，导致生产效率低下，成本高昂。

　　例如，2015 年被戴森收购的 Sakti3就是生产薄膜型固态电池的，但其产品由于制备成本高以及规模化生产难度大导致成本极其高昂，有人测算如果一辆电动汽车采用Sakti3的固态电池的话，那么仅电池成本就高达9000万美元。

　　然而，戴森老爷子居然说要在将来的戴森牌电动车上使用Sakti3的固态电池，也真的是……壕。

　　目前即使是少数商用的薄膜型固态电池，都是用在对价格极其不敏感的航空航天、以及心脏手术领域。

　　另外，硫化物固态电解质的生产环境限制与安全问题也同样令人心碎。因为硫化物基固态电解质对空气极为敏感，特别容易氧化，稍微遇到一点水气还容易产生硫化氢这样的有毒气体，这意味着其生产环境的控制将十分苛刻，需要隔绝水分与氧气，并且还会产生有毒气体。

　　(未来，想象这样一个画面，一旦在车子行驶过程中发生状况电池破损，硫化物电池在和空气接触之后放出气味很臭且有剧毒的硫化氢气体……)

　　此外，理论上硫化物电解质的生产环境需要严格隔绝水分和氧气，但在实际操作中几乎又是不可能的。因为硫化物难免不和空气中的水分反应生成硫化氢气体，所以这种电解质必须采用冷压技术在惰性氛围下进行生产，这进而造成另一大问题，就是这样制造出来的电解质微观层面仍有空隙和晶界空格，无法做到完全致密，这样充电循环过程中锂枝晶就在会空隙中生成，最终导致电解质破碎，电池短路。

　　按下葫芦浮起瓢，确实愁煞个人。

　　所以，固态电池的生产制造将是一个巨大的挑战。其生产流程、工艺方式和传统锂电池也是完全不一样的。虽然理论上固态电池和当下锂电池在封装技术上大同小异，但电解质膜片和正负极极片的制备上，可以说却是全新的。例如制备固态电解质或正极材料，就需要采用射频溅射、射频磁控溅射等各种溅射技术，甚至用3D打印技术;制备金属锂负极就需要采用真空热气相沉积技术。

　　这些技术如何实现大规模应用，还是另一项重大挑战。

　　所以，在翻越这几座大山之前，固态电池真正的产业化只是看上去很美，更何况是大规模应用到电动汽车上了。

　　事实上，业界普遍认为的固态电池的诸多优势都只是理论上的，很多层面都没有经过验证。相对于液态电解质电池，目前在全球范围内还没有报道显示固态电池的综合电化学性能超过液态。且当前研究重点还是解决循环性、倍率特性，各类全固态电池的热失控、热扩散行为的测试数据还都非常少，说明这方面做得工作还远未到位。

　　例如，虽然业界对固态电解质的研究已有近30年的历史，但直到今天都没有克服锂离子传导效率差这一世界难题。

　　在电化学领域，一种新的材料、新的技术从实验室走向社会应用层面，一般需要十年甚至更长的时间。从目前看来，固态电池仍旧处于实验室研究阶段，诸多业界精英都在为解决电解质和正负极材料的集成、锂离子电导率低、界面阻抗大等基本问题努力奋战，但我们也必须认识到，问题得到解决终究不是一日之功。

　　即便是越过了实验室阶段，还要再经历一轮又一轮的小试、中试，攻克掉诸多生产技术和工艺等方面的难关，才可以最终实现产业化，而这又尚需很长的时日。

　　锂电池的产品和技术进步，需要全产业链的相互协调和配合才能完成，所以在当下与其配套的材料、设备、工艺还不成熟，甚至连技术路线都没确定，生产设备都没有的情况下，谈论固态电池的产业化还为时尚早。

　　可以预见，未来固态电池一定会遵循液态、半固态、固液混合到全固态的发展路径。伴随每一个阶段的跃升过程的是，上下游相关产业链的共同成熟和壮大。

　　题外话，固态电池的普及过程，也许就是当前锂电产业链条的重塑和颠覆过程。

　　固态电池的前景可期，从国家和整个行业层面应该进行一定的布局，包括通过立项一些国家级的研发项目等手段来未雨绸缪。

　　不过对于整个新能源汽车及上下游产业来说，在现有体系还有不小的降本空间，以及能量密度的提升空间的前提下，更应该将主要精力花在高镍正极、硅碳负极以及高电压电解液等一系列必须要面对的技术难题上来，更何况高镍811的量产道路上尚且还有不少基础问题需要去解决。

　　对于固态电池，还要摒弃那种通过颠覆式技术创新来快速获取成功的念头，因为这种心态对于制造业，尤其是锂电池这种前期投入巨大的高端制造业来说，无异于毒药。

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