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(cè)試原型車，目前正在進(jìn)行耐用性為主導(dǎo)的開發(fā)過(guò)程，將在2025年正式投入使用。

無(wú)獨(dú)有偶，梅賽德斯-奔馳近期也宣布將投資數(shù)千萬(wàn)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(cè)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(shí)代、蔚來(lái)、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(zhēng)奪未來(lái)純電動(dòng)車話語(yǔ)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(duì)這一技術(shù)路線仍存較大爭(zhēng)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(dòng)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(shì)，在下一代汽車動(dòng)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(wèn)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(chǔ)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(guò)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(jí)界面，電化學(xué)以及形變等因素都會(huì)導(dǎo)致接觸失效影響電池性能。

第三，長(zhǎng)期使用時(shí)穩(wěn)定性不理想也是長(zhǎng)壽命儲(chǔ)能固態(tài)電池發(fā)展的瓶頸。

固態(tài)電池在服役過(guò)程中結(jié)構(gòu)與界面會(huì)隨時(shí)間發(fā)生退化，但退化對(duì)電池綜合性能的影響機(jī)制尚不明確，難以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)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(duì)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(wèn)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(zhēng)鳴”

面對(duì)發(fā)展過(guò)程中接連不斷的挑戰(zhàn)，各種新技術(shù)“百家爭(zhēng)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(jiǎn)稱Ea2I）電池化學(xué)成分的獨(dú)立測(cè)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(wèn)題。相反，Ea2I 系統(tǒng)的陰極使用了高能、改變和無(wú)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(dòng)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(zhǎng)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(lái)說(shuō)，對(duì)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(gè)企業(yè)核心技術(shù)而無(wú)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(guò)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(yíng)官M(fèi)arkus Schfer稱，通過(guò)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(zhǎng)的續(xù)航里程和更短的充電時(shí)間，這項(xiàng)技術(shù)的重要性是顯而易見的。

03 誰(shuí)能率先產(chǎn)業(yè)化？

過(guò)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(chǎng)的“僧多肉少”，做科研和做技術(shù)的企業(yè)就那么多，誰(shuí)能先拿下就是誰(shuí)的。

前幾天，中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)電動(dòng)汽車百人會(huì)副理事長(zhǎng)歐陽(yáng)明高在接受媒體采訪時(shí)表示，雖然中國(guó)目前在汽車動(dòng)力電池供應(yīng)上處于絕對(duì)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(yáng)明高認(rèn)為，如果從國(guó)家角度來(lái)講，目前固態(tài)電池技術(shù)最好的國(guó)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(guó)家性計(jì)劃，每一步的分工都非常明確。

“我國(guó)現(xiàn)在研發(fā)全固態(tài)電池還屬于各自為政階段，沒(méi)有一個(gè)完整的國(guó)家計(jì)劃來(lái)推動(dòng)，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(lái)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(guó)軒高科、蜂巢能源等。

而無(wú)論哪種路線，現(xiàn)階段我國(guó)的固態(tài)電池領(lǐng)域最先要解決的問(wèn)題是如何合理運(yùn)用資金拿下固態(tài)電解質(zhì)。

在歐陽(yáng)明高看來(lái)，做材料這種事不可操之過(guò)急，需要靜下心來(lái)長(zhǎng)期積累，有了夯實(shí)基礎(chǔ)才能做到厚積薄發(fā)，中國(guó)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(gè)恒定的值，在“你爭(zhēng)我趕”的過(guò)程中，我們有望顛覆。

事實(shí)上，目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)中，寧德時(shí)代和蔚來(lái)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(guó)內(nèi)固態(tài)電池領(lǐng)域的投資也取得了較好的成績(jī)。

只不過(guò)現(xiàn)在的時(shí)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(shí)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(wú)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(yáng)明高預(yù)測(cè)，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(shí)間是在2025~2030年之間。