在新能源汽車賽道，固態(tài)電池正成為新寵。今年1月9日，蔚來高調發(fā)布了能量密度達360Wh/kg的150kWh固態(tài)電池包以及搭載該電池包續(xù)航將超1000km的蔚來ET7轎車;3月15日，大眾集團在其Power Day上，表示未來將著力發(fā)展固態(tài)電池技術，并預計2025年投入使用;緊隨其后，寶馬集團在4月同樣發(fā)布規(guī)劃稱，計劃在2025年前推出搭載固態(tài)電池的原型車，并在2030年前實現量產。不僅如此，寧德時代、松下、LG化學等動力電池巨頭也紛紛布局固態(tài)電池。
優(yōu)勢明顯
賽迪智庫安全產業(yè)研究所研究員李泯泯說，豐田、寶馬、大眾、三星等巨頭企業(yè)都投入了大量資金用于固態(tài)電池研究，豐田更是計劃在2021年東京奧運會上推出其搭載固態(tài)電池的純電動示范車。“當前，固態(tài)電池技術研發(fā)已經被推上了潮頭浪尖，目前全球已有53家企業(yè)在布局研發(fā)固態(tài)電池，預計到2025年開始小批量進入市場，將成為電動汽車取代燃油汽車的制勝利器。”
根據國務院辦公廳2020年印發(fā)的《新能源汽車產業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2021-2035年)》，國家計劃到2025年把新能源汽車的銷量推高到占據新車總銷量的20%左右，并在“新能源汽車核心技術攻關工程”專欄中明確要求“加快固態(tài)動力電池技術研發(fā)及產業(yè)化”。
固態(tài)電池是什么，為何巨頭們紛紛將目光聚焦于此?李泯泯解釋道，目前新能源汽車上最廣泛使用的三元鋰電池是液態(tài)電池，一般由正極、隔膜、負極，再灌入電解液制造而成。而固態(tài)電池，顧名思義就是其結構中不含液體，材料都以固態(tài)形式存在。數據原型表明，與相同重量和體積的鋰離子電池相比，固態(tài)電池可以存儲多達80%的能量。具有較高能量密度的鋰金屬可以代替石墨，從而有助于減少電池的重量和體積。
實際上，液態(tài)電解質鋰電池的研發(fā)已經觸達天花板，經十多年的發(fā)展,鋰電池能量密度水平已從初始時的100Wh/kg提升到了250Wh/kg左右，即便是特斯拉目前用的全球能量密度最高的動力電池，能量密度也不過300Wh/kg。而能量密度是普通鋰電池十幾倍、充電速度也是鋰電池幾十倍的固態(tài)電池顯然成為了新能源汽車電池發(fā)展的突破口。
固態(tài)電池的優(yōu)勢還不止于此。李泯泯分析認為，固態(tài)電池還能夠有效解決新能源汽車的環(huán)保和安全問題。一是固態(tài)電池大幅減少原材料的使用，其中銅和鋁的使用將大比例下降，石墨和鈷可以完全從原材料中剔除。二是固態(tài)電池更輕巧，可以像砌磚一樣堆疊在墻上，這使其更容易應用到不同的汽車設計中。三是固態(tài)電池的里程數可大幅增加，由于其可在10分鐘左右充滿電，并具有更高的能量密度，因此與鋰電池相比，可以提供兩倍或更多的行程。此外，回收固態(tài)電池是一個更簡單、更安全的過程。
面臨挑戰(zhàn)
不過，電解質從“液態(tài)”轉向“固態(tài)”充滿挑戰(zhàn)。李泯泯坦言，首先，在固態(tài)電解質選擇、電芯設計上需要不斷解決循環(huán)過程中固相界面接觸及體積膨脹問題，這其中，氧化物材料、聚合物材料、硫化物材料等不同材料的固態(tài)電池都各自面臨著不同的缺陷和短板。其次，固態(tài)電池批量制造尚存在阻礙。最后，固態(tài)電池在搶占市場占有率方面存在劣勢，目前固態(tài)電池還處于試驗階段，遠遠達不到商用要求。
盡管如此，日本、美國、韓國等國相關巨頭和新興企業(yè)都早已入手布局固態(tài)電池領域。如日本豐田在2019年年初宣布與松下合作將固態(tài)電池從試制向產業(yè)轉化，本田、三菱、日產等企業(yè)也加速布局相關行業(yè);美國新興固態(tài)電池企業(yè)Quantum Scape宣稱已經攻克固態(tài)電池技術障礙并已經生產出產品;韓國三星利用其強大的財團背景對全球范圍內固態(tài)電池技術相關項目或公司進行了較大規(guī)模的投資、參股或技術跟蹤……
李泯泯坦言，縱觀全球固態(tài)電池的發(fā)展格局，我國科研機構和相關企業(yè)擁有趕上并超越世界一流技術水平的絕佳機會，但還需要大力改進工作方式和加大工作力度。相比而言，目前我國基礎研究機構與企業(yè)的合作不夠密切，產、學、研鏈條沒能打通。
對于如何提升固態(tài)電池研發(fā)，李泯泯認為，國家還需從政策層面進行引導，一方面，分類下達重點研發(fā)計劃、地方政府重點科技項目、產學研合作項目等，針對電動汽車、智能電網、國家安全等領域應用需求，針對不同類型的正負極材料、不同性能的固態(tài)鋰電池，布局有關基礎研究、關鍵技術攻關，以及產業(yè)化培育項目。另一方面，在關鍵原材料、電芯制造、裝備制造、電源管理、電池模塊、系統(tǒng)應用、診斷測試等產業(yè)鏈各個環(huán)節(jié)進行布局。此外，國家還應盡快建設高水平的國家級研發(fā)診斷測試平臺，提升我國固態(tài)鋰電池的技術保障能力。
“可以預見，未來的4~5年內車用固態(tài)電池技術將迎來突破性進展和快速發(fā)展期，新能源汽車動力大變局即將到來。”李泯泯說。
