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(lái)高調(diào)發(fā)布了能量密度達(dá)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(lái)ET7轎車;3月15日，大眾集團(tuán)在其Power Day上，表示未來(lái)將著力發(fā)展固態(tài)電池技術(shù)，并預(yù)計(jì)2025年投入使用;緊隨其后，寶馬集團(tuán)在4月同樣發(fā)布規(guī)劃稱，計(jì)劃在2025年前推出搭載固態(tài)電池的原型車，并在2030年前實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。不僅如此，寧德時(shí)代、松下、LG化學(xué)等動(dòng)力電池巨頭也紛紛布局固態(tài)電池。
優(yōu)勢(shì)明顯
賽迪智庫(kù)安全產(chǎn)業(yè)研究所研究員李泯泯說(shuō)，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(jì)劃在2021年?yáng)|京奧運(yùn)會(huì)上推出其搭載固態(tài)電池的純電動(dòng)示范車。“當(dāng)前，固態(tài)電池技術(shù)研發(fā)已經(jīng)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(yù)計(jì)到2025年開(kāi)始小批量進(jìn)入市場(chǎng)，將成為電動(dòng)汽車取代燃油汽車的制勝利器。”
根據(jù)國(guó)務(wù)院辦公廳2020年印發(fā)的《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2021-2035年)》，國(guó)家計(jì)劃到2025年把新能源汽車的銷量推高到占據(jù)新車總銷量的20%左右，并在“新能源汽車核心技術(shù)攻關(guān)工程”專欄中明確要求“加快固態(tài)動(dòng)力電池技術(shù)研發(fā)及產(chǎn)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(fù)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(jié)構(gòu)中不含液體，材料都以固態(tài)形式存在。數(shù)據(jù)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(chǔ)多達(dá)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(shí)際上，液態(tài)電解質(zhì)鋰電池的研發(fā)已經(jīng)觸達(dá)天花板，經(jīng)十多年的發(fā)展,鋰電池能量密度水平已從初始時(shí)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(dòng)力電池，能量密度也不過(guò)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(shì)還不止于此。李泯泯分析認(rèn)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(wèn)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(yīng)用到不同的汽車設(shè)計(jì)中。三是固態(tài)電池的里程數(shù)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(gè)更簡(jiǎn)單、更安全的過(guò)程。
面臨挑戰(zhàn)
不過(guò)，電解質(zhì)從“液態(tài)”轉(zhuǎn)向“固態(tài)”充滿挑戰(zhàn)。李泯泯坦言，首先，在固態(tài)電解質(zhì)選擇、電芯設(shè)計(jì)上需要不斷解決循環(huán)過(guò)程中固相界面接觸及體積膨脹問(wèn)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(chǎng)占有率方面存在劣勢(shì)，目前固態(tài)電池還處于試驗(yàn)階段，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到商用要求。
盡管如此，日本、美國(guó)、韓國(guó)等國(guó)相關(guān)巨頭和新興企業(yè)都早已入手布局固態(tài)電池領(lǐng)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(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化，本田、三菱、日產(chǎn)等企業(yè)也加速布局相關(guān)行業(yè);美國(guó)新興固態(tài)電池企業(yè)Quantum Scape宣稱已經(jīng)攻克固態(tài)電池技術(shù)障礙并已經(jīng)生產(chǎn)出產(chǎn)品;韓國(guó)三星利用其強(qiáng)大的財(cái)團(tuán)背景對(duì)全球范圍內(nèi)固態(tài)電池技術(shù)相關(guān)項(xiàng)目或公司進(jìn)行了較大規(guī)模的投資、參股或技術(shù)跟蹤……
李泯泯坦言，縱觀全球固態(tài)電池的發(fā)展格局，我國(guó)科研機(jī)構(gòu)和相關(guān)企業(yè)擁有趕上并超越世界一流技術(shù)水平的絕佳機(jī)會(huì)，但還需要大力改進(jìn)工作方式和加大工作力度。相比而言，目前我國(guó)基礎(chǔ)研究機(jī)構(gòu)與企業(yè)的合作不夠密切，產(chǎn)、學(xué)、研鏈條沒(méi)能打通。
對(duì)于如何提升固態(tài)電池研發(fā)，李泯泯認(rèn)為，國(guó)家還需從政策層面進(jìn)行引導(dǎo)，一方面，分類下達(dá)重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、地方政府重點(diǎn)科技項(xiàng)目、產(chǎn)學(xué)研合作項(xiàng)目等，針對(duì)電動(dòng)汽車、智能電網(wǎng)、國(guó)家安全等領(lǐng)域應(yīng)用需求，針對(duì)不同類型的正負(fù)極材料、不同性能的固態(tài)鋰電池，布局有關(guān)基礎(chǔ)研究、關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，以及產(chǎn)業(yè)化培育項(xiàng)目。另一方面，在關(guān)鍵原材料、電芯制造、裝備制造、電源管理、電池模塊、系統(tǒng)應(yīng)用、診斷測(cè)試等產(chǎn)業(yè)鏈各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行布局。此外，國(guó)家還應(yīng)盡快建設(shè)高水平的國(guó)家級(jí)研發(fā)診斷測(cè)試平臺(tái)，提升我國(guó)固態(tài)鋰電池的技術(shù)保障能力。
“可以預(yù)見(jiàn)，未來(lái)的4~5年內(nèi)車用固態(tài)電池技術(shù)將迎來(lái)突破性進(jìn)展和快速發(fā)展期，新能源汽車動(dòng)力大變局即將到來(lái)。”李泯泯說(shuō)。
