最近，固態(tài)電池概念又火了一把。
幾天前，豐田歐洲研發(fā)負(fù)責(zé)人杰拉爾德·基爾曼公開表示，豐田已經(jīng)制造出配備固態(tài)電池技術(shù)功能的測試原型車，目前正在進(jìn)行耐用性為主導(dǎo)的開發(fā)過程，將在2025年正式投入使用。
無獨(dú)有偶，梅賽德斯-奔馳近期也宣布將投資數(shù)千萬美元，加速固態(tài)電池的發(fā)展。奔馳官方稱，最早在明年進(jìn)行測試原型電池，五年內(nèi)將固態(tài)電池技術(shù)集成到汽車上。
除此之外，日產(chǎn)、寶馬、寧德時代、蔚來、上汽、廣汽等均表示在固態(tài)電池的研發(fā)中已取得了階段性進(jìn)展，近日傳出小米、華為等科技公司也開始入局。
顯然，固態(tài)電池已經(jīng)成為各大汽車廠商爭奪未來純電動車話語權(quán)的核心技術(shù)。
01 固態(tài)電池憑什么受寵？
固態(tài)電池雖然正逐漸走上汽車行業(yè)的風(fēng)口，但由于其商業(yè)化在短期內(nèi)難以實(shí)現(xiàn)，導(dǎo)致各方對這一技術(shù)路線仍存較大爭議。
固態(tài)電池好在哪？
第一、固態(tài)電池使用固體電解質(zhì)替代了傳統(tǒng)鋰電池的電解液和隔膜。與傳統(tǒng)鋰電池相比，固態(tài)電池更安全、能量密度也更高、循環(huán)性能更強(qiáng)。
第二、固態(tài)電池技術(shù)被認(rèn)為將大幅縮減電動汽車的成本，有研究機(jī)構(gòu)認(rèn)為，量產(chǎn)固態(tài)電池的成本僅為目前鋰離子電池的40%。
基于以上兩點(diǎn)優(yōu)勢，在下一代汽車動力電池的自主研發(fā)技術(shù)中，固態(tài)電池已然成為了風(fēng)向標(biāo)。
盡管前景可期，但由于技術(shù)和工藝上的種種問題，發(fā)展固態(tài)電池的道路絕非一帆風(fēng)順。
首先，高效的電解質(zhì)材料體系缺乏。
目前固態(tài)電池材料發(fā)展很快，但綜合應(yīng)用較為欠缺。作為固態(tài)電池的核心材料，目前在固體鋰離子導(dǎo)體的單一指標(biāo)上已有所突破，但綜合性能尚不能滿足大規(guī)模儲能需求?，F(xiàn)今固態(tài)電池采用的固態(tài)電解質(zhì)普遍存在性能短板，距離高性能鋰離子電池系統(tǒng)的要求仍有不小的差距。
其次，固態(tài)電解質(zhì)和電極的界面處理也是固態(tài)電池目前面臨的一大難題。
在固體電解質(zhì)中鋰離子傳輸阻抗很大，與電極接觸的剛性界面接觸面積小，在充放電過程中電解質(zhì)體積的變化容易破壞界面的穩(wěn)定。此外，在固態(tài)鋰電池中，除了電解質(zhì)和電極之間的界面，電極內(nèi)部還存在復(fù)雜的多級界面，電化學(xué)以及形變等因素都會導(dǎo)致接觸失效影響電池性能。
第三，長期使用時穩(wěn)定性不理想也是長壽命儲能固態(tài)電池發(fā)展的瓶頸。
固態(tài)電池在服役過程中結(jié)構(gòu)與界面會隨時間發(fā)生退化，但退化對電池綜合性能的影響機(jī)制尚不明確，難以實(shí)現(xiàn)長效應(yīng)用。而構(gòu)建高性能固態(tài)電池需要從兩方面入手，一是構(gòu)建高性能的固態(tài)電解質(zhì)，二是提高界面的相容性和穩(wěn)定性。
針對固態(tài)電池，我們要從最基礎(chǔ)的材料、界面、單體，一直到最終的系統(tǒng)模塊進(jìn)行研究，只有從根本上解決了關(guān)鍵材料和界面問題，才能開展系統(tǒng)的工藝研究，從而滿足單電池的性能要求。
02 新技術(shù)“百家爭鳴”
面對發(fā)展過程中接連不斷的挑戰(zhàn)，各種新技術(shù)“百家爭鳴”，一些固態(tài)電池技術(shù)也有了最新突破。
比如前兩年，在固體電解質(zhì)材料上，業(yè)內(nèi)發(fā)現(xiàn)基于石榴石結(jié)構(gòu)的鋰鑭鋯氧（LLZO）固體電解質(zhì)體系的固態(tài)電池具有優(yōu)異的循環(huán)性能和倍率性能，它也因此成為一大技術(shù)熱點(diǎn)。
據(jù)了解，LLZO是一種性能優(yōu)異的填料，能夠提高聚合物基復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)的性能，基于LLZO的固態(tài)電池循環(huán)1000次后容量仍能保持81%。
最近，由沙特支持的印度研究者Saturnos也計(jì)劃公布其增強(qiáng)蝕變鋁離子（Enhanced Altered Aluminum Ion，簡稱Ea2I）電池化學(xué)成分的獨(dú)立測試。
據(jù)悉，該電池不使用鈷或鎳，不存在鋰離子的枝晶和熱失控火災(zāi)問題。相反，Ea2I 系統(tǒng)的陰極使用了高能、改變和無序的巖鹽結(jié)構(gòu)。一組15kW的固態(tài)鋁離子電池重達(dá)565公斤，支持1200公里的電動汽車?yán)m(xù)航里程，并能持續(xù)至少20000次充放電循環(huán)，在汽車使用中可提供長達(dá)15年的穩(wěn)定壽命。
Saturnos表示，預(yù)計(jì)在2022年推出固態(tài)可充電鋁電池。投產(chǎn)后，它將成為世界上第一款商用鋁離子固態(tài)電池。
總的來說，對于固態(tài)電池的研究，目前已經(jīng)從學(xué)術(shù)層面逐漸走向?qū)嵺`，但在產(chǎn)業(yè)化方面，因?yàn)橐恍╆P(guān)鍵技術(shù)涉及到各個企業(yè)核心技術(shù)而無法獲取，導(dǎo)致基于工程化應(yīng)用方面的技術(shù)還需要進(jìn)一步探究。
不過我們也可以看到，固態(tài)電池技術(shù)的前景正在吸引更多汽車制造商入局，他們都被電池的能量密度和安全性所吸引。
梅賽德斯汽車首席運(yùn)營官M(fèi)arkus Schfer稱，通過選擇固體電解質(zhì)而不是液體電解質(zhì)，電池可以提供更長的續(xù)航里程和更短的充電時間，這項(xiàng)技術(shù)的重要性是顯而易見的。
03 誰能率先產(chǎn)業(yè)化？
過去幾年，全球汽車巨頭產(chǎn)業(yè)都在投資研發(fā)這一領(lǐng)域，全球汽車產(chǎn)業(yè)的加入導(dǎo)致這一市場的“僧多肉少”，做科研和做技術(shù)的企業(yè)就那么多，誰能先拿下就是誰的。
前幾天，中國科學(xué)院院士、中國電動汽車百人會副理事長歐陽明高在接受媒體采訪時表示，雖然中國目前在汽車動力電池供應(yīng)上處于絕對龍頭地位，但歐美和日韓企業(yè)已經(jīng)在下一代固態(tài)電池領(lǐng)域的研發(fā)上處于領(lǐng)先地位。。
歐陽明高認(rèn)為，如果從國家角度來講，目前固態(tài)電池技術(shù)最好的國家是日本。因?yàn)槿毡驹诠虘B(tài)電池的研發(fā)中制定了非常詳細(xì)的國家性計(jì)劃，每一步的分工都非常明確。
“我國現(xiàn)在研發(fā)全固態(tài)電池還屬于各自為政階段，沒有一個完整的國家計(jì)劃來推動，所以相比之下，日本應(yīng)該要超前我們 5 年?！?/p>
我們的路該怎么走？
按照上海大學(xué)新能源產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新研究中心研究員羅向群的觀點(diǎn)，企業(yè)可以分為三類路線：
第一種是半固態(tài)電池路線者，其實(shí)多半是從全固態(tài)路線轉(zhuǎn)為半固態(tài)路線，并且在可見的將來基本上專注于半固態(tài)電池，比如衛(wèi)藍(lán)新能源、SES、浙江鋒鋰等；
第二種是直接選擇全固態(tài)電池路線，如比亞迪已公布了固態(tài)電池相關(guān)產(chǎn)品計(jì)劃，還有的屬于整車企業(yè)選擇全固態(tài)產(chǎn)品，如天際汽車與輝能科技簽約固態(tài)鋰陶瓷電池電芯技術(shù)授權(quán)等；
第三種是選擇“兩條腿走路”，例如國軒高科、蜂巢能源等。
而無論哪種路線，現(xiàn)階段我國的固態(tài)電池領(lǐng)域最先要解決的問題是如何合理運(yùn)用資金拿下固態(tài)電解質(zhì)。
在歐陽明高看來，做材料這種事不可操之過急，需要靜下心來長期積累，有了夯實(shí)基礎(chǔ)才能做到厚積薄發(fā)，中國全固態(tài)電池技術(shù)的落后，并不可怕，可怕的是不去做，況且技術(shù)研發(fā)不是一個恒定的值，在“你爭我趕”的過程中，我們有望顛覆。
事實(shí)上，目前國內(nèi)市場中，寧德時代和蔚來汽車均在固態(tài)電池的研發(fā)中已取得階段性進(jìn)展，另外，在小米、華為、輝能科技、春華資本、丹豐資本等資本的幫助下，國內(nèi)固態(tài)電池領(lǐng)域的投資也取得了較好的成績。
只不過現(xiàn)在的時間節(jié)點(diǎn)，磷酸鐵鋰、三元鋰、半固態(tài)和固態(tài)電池處于一種混合存在的狀態(tài)，它們都有著此時此刻自己應(yīng)該扮演的角色。雖然現(xiàn)在固態(tài)電池還未應(yīng)用在汽車上，但在消費(fèi)電子、無人機(jī)等終端設(shè)備之上，卻已經(jīng)得到了不少的應(yīng)用。
歐陽明高預(yù)測，固態(tài)電池真正在汽車領(lǐng)域大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用，大概的時間是在2025~2030年之間。
