更便宜的电动车，能更安全吗？
加拿大近期与中国签署了一项新的贸易协议，每年将减少多达 49,000 辆中国电动汽车（EV）的关税。预计到 2030 年，这些进口车型中约有一半会是售价低于 35,000 美元的“经济型电动汽车”。
这将让更多加拿大消费者有能力购买电动车，但信任问题依然存在，其中最突出的就是对电池起火的担忧。
2024 年，多伦多湖滨大道发生一起高速车祸，一辆特斯拉起火燃烧，造成 4 名乘客死亡，相关视频在网络上广泛传播。几个月后，安大略省 403 号高速公路上又有一辆特斯拉起火，引发交通中断。
从统计数据看，电动汽车在行驶中起火的概率并不高，但这些极端事件放大了公众的焦虑。
在这一背景下，固态电池被视为一种有潜力的解决方案。它用固态电解质替代现有电动车电池中的易燃液态电解质，从源头上降低电池在受损或过热时自燃的风险。
固态电池的最新进展
梅赛德斯-奔驰近期测试了一款搭载固态电池的 EQS 轿车。这辆车从德国斯图加特行驶至瑞典马尔默，全程 1205 公里，中途未进行充电，展示了固态电池在续航方面的潜力。
中国车企奇瑞则表示，计划在今年晚些时候推出首款搭载固态电池的电动汽车。该公司称，这种电池设计可提升能量密度和低温性能，目标是在零下环境中仍可实现约 1500 公里的续航里程。
加拿大科研界也深度参与固态技术的研发。作者所在的麦克马斯特大学研究团队，正从原子尺度研究电池化学，帮助推动固态电池从实验室走向实际应用。
锂离子电池是如何工作的？
电动汽车依靠锂离子电池而不是汽油来提供动力，但两者的基本功能类似：储存能量并在需要时释放。
一块电池通常由两个电极和电解质组成：
- 正极（阴极）
- 负极（阳极）
- 夹在中间、允许锂离子在两极之间移动的电解质
当电池为车辆供电时，电子通过外部电路流动，形成电流；与此同时，锂离子在电池内部从阳极移动到阴极。充电时，这一过程反向进行，锂离子被“推回”到原来的位置。
电池能输出多少电力，很大程度上取决于锂离子在两个电极之间移动的速度和数量。
目前主流电池使用的是液态电解质。这种设计让锂离子在室温下可以快速、顺畅地移动，从而带来良好的加速性能、高速稳定性和踏板响应。但车辆一次充电能跑多远，主要还是由电极材料能储存多少锂来决定。
电池为什么会起火？
当锂离子电池受到严重损伤或内部出现故障时，可能会过热并进入所谓的“热失控”状态。这会引发剧烈且难以扑灭的火灾，甚至在被扑灭数小时后仍可能再次燃烧。
其中一个关键风险源就是液态电解质。它通常由易燃的有机溶剂构成，一旦电池温度过高，这些液体就会充当燃料，使火势迅速扩大。
固态电池的核心思路，就是用固态电解质替代这种易燃液体，从而降低火灾风险。
固态电解质：更安全也更高性能？
固态电解质通常不易挥发，机械强度也更高：
- 不容易泄漏
- 减少富含氧的挥发性分解产物的生成
- 能作为物理屏障，抑制可能导致短路的锂枝晶生长
这些特性共同削弱了热失控的两个主要诱因：
- 内部短路
- 电解质中快速放热的化学反应
作者所在的研究团队利用固态核磁共振（NMR）技术，研究锂离子在固态电解质中的运动轨迹。这类实验可以同时观察局部化学环境和长程离子传输行为，并将这些原子级信息与电池整体性能对应起来，从而为设计更优的固态电解质提供依据，提升电动车的安全性。
除了安全性，固态电解质还为更高性能的电池架构打开了空间。它们有望支持：
- 使用锂金属负极
- 搭配高电压正极
与当前基于石墨负极的电池相比，这类组合可以显著提高能量密度。
对电动汽车而言，这意味着：
- 更长的续航里程，或
- 在不牺牲性能的前提下，使用更小、更轻的电池组
为何液态电解质仍占主导？
尽管安全性方面存在短板，液态电解质仍是当前产业的主流选择。
原因包括：
- 在室温下具有很高的离子电导率，支持快速充电和强劲加速
- 与电极材料易于形成良好接触，电流传导顺畅，简化电池设计
- 行业积累了数十年的生产经验，成本低、工艺成熟、易于规模化制造
相比之下，许多固态电解质仍面临工程难题：
- 机械上较为脆弱，在充放电循环中容易开裂，导致与电极失去接触
- 难以与电极材料形成稳定、低阻抗的界面
- 界面处的化学反应可能生成阻抗层，削弱电池性能
因此，虽然固态电池前景被广泛看好，但在目前阶段，液态电解质仍在性能、成本和制造便利性之间提供了相对最佳的综合平衡。
加拿大在电池转型中的位置
与中国的新贸易协议，可能让加拿大更快接触到中国已经大规模部署的先进电池技术，包括固态电池相关产品。
与此同时，加拿大本土科研力量也在积极推动电动车电池技术进步，重点包括：
- 新型电解质材料的开发
- 电极与电解质界面的工程优化
联邦层面的项目正在支持电池研究、清洁能源计划以及本土电池制造产业，为加拿大在全球电动化转型中争取一席之地。
随着材料科学、界面工程和电池化学的持续进展，固态电解质的性能和耐久性正在提升。曾经只存在于实验室的技术，正逐步进入试点生产和早期车辆测试阶段。
从长远看，固态电解质有望在降低电池火灾风险的同时，带来更长续航和更轻量化的电池组，推动电动汽车向更安全、更高效的方向发展。
本文内容依据《对话》（The Conversation）网站文章，经创意共享许可改写。
