“固態(tài)電池是技術(shù)路線多元化的重要方向之一”，在近日舉辦的第二十屆中國汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展（泰達(dá)）國際論壇上，中國汽車動力電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟秘書長許艷華指出。
當(dāng)前，隨著汽車產(chǎn)業(yè)電動化的快速發(fā)展，鋰離子電池憑借高能量密度、長循環(huán)壽命等優(yōu)勢成為新能源汽車的主要供能載體，支撐全球汽車電動化進(jìn)程。不過，液態(tài)鋰電池技術(shù)發(fā)展已經(jīng)趨近成熟，能量密度提升愈發(fā)困難，限制了新能源汽車?yán)m(xù)航里程進(jìn)一步提高。因此，固態(tài)電池成為未來電池路線的新選擇。
根據(jù)5月29日最新消息表示，中國或?qū)⑼度爰s60億元用于全固態(tài)電池研發(fā)，包括寧德時(shí)代、比亞迪、一汽、上汽、衛(wèi)藍(lán)新能源和吉利共六家企業(yè)或獲得政府基礎(chǔ)研發(fā)支持。多位知情人士確認(rèn)，此項(xiàng)行業(yè)內(nèi)史無前例的項(xiàng)目由政府相關(guān)部委牽頭實(shí)施，鼓勵(lì)有條件的企業(yè)對全固態(tài)電池相關(guān)技術(shù)開展研發(fā)。據(jù)悉，該項(xiàng)目經(jīng)過嚴(yán)格篩選后，最后具體分為七大項(xiàng)目，聚焦聚合物和硫化物等不同技術(shù)路線。
商業(yè)化落地難
基于自身特性，固態(tài)電池具有高安全性和高能量密度優(yōu)勢。
高安全性得益于固態(tài)電池以熱穩(wěn)定性強(qiáng)、不易燃的固態(tài)電解質(zhì)，替代易燃的液態(tài)電解液，大幅降低電池自燃、爆炸風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，固態(tài)電解質(zhì)具有更高的機(jī)械強(qiáng)度，能更好地抵抗電池內(nèi)部的機(jī)械應(yīng)力，防止鋰枝晶穿透隔膜導(dǎo)致短路；固態(tài)電池化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)，不易與電極材料發(fā)生反應(yīng)，進(jìn)一步增加電池穩(wěn)定性。
因此，機(jī)械濫用、電濫用、熱濫用三大鋰電池?zé)崾Э刂饕梢?，在固態(tài)電池的應(yīng)用下均得到良好的解決，固態(tài)電池安全性較液態(tài)電池大幅提升。
固態(tài)電池還可以實(shí)現(xiàn)能量密度大幅提升，其以固態(tài)電解質(zhì)替代液態(tài)電解質(zhì)與隔膜，減少電池內(nèi)部非活性材料，可增加有效儲能空間。而且，固態(tài)電解質(zhì)不易燃，不揮發(fā)，也不易引起電池內(nèi)部短路，使電池可以承受更高電壓，使用更廣泛的電極材料，如金屬鋰負(fù)極、富鋰錳基等，同時(shí)提升正負(fù)極材料比容量及電壓平臺，進(jìn)而提升能量密度。由于沒有液態(tài)電解質(zhì)，固態(tài)電池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以更緊湊，減少電池組件之間的空間，從而提高體積能量密度。
不過，縱使固態(tài)電池具有高安全、高能量密度、優(yōu)秀的低溫性能等一系列優(yōu)勢，其產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程仍存一定阻礙。
首先是由于成本高。蔚來曾公開表示，一個(gè)半固態(tài)電池包的價(jià)格相當(dāng)于一輛ET5。其搭載的150度電池包的成本接近30萬元，換算為每度電成本是2元/Wh，是當(dāng)下鐵鋰電芯價(jià)格的4-5倍、三元電芯價(jià)格的2倍。
其次是生產(chǎn)工藝復(fù)雜。根據(jù)不同的電解質(zhì)類型，固態(tài)電池主要包括聚合物、氧化物、硫化物三種技術(shù)路線。其中聚合物固態(tài)電池具有良好的機(jī)械性能，但常溫下離子電導(dǎo)率較低；氧化物固態(tài)電池離子電導(dǎo)率較高，熱穩(wěn)定性好，適合大規(guī)模生產(chǎn)，但界面接觸差，為目前半固態(tài)電池主要技術(shù)路線；硫化物電解質(zhì)離子電導(dǎo)率最高，電化學(xué)窗口寬，柔度和可塑性好，或最終為全固態(tài)電池主要路徑，但其生產(chǎn)要求高，且硫化鋰前驅(qū)體昂貴，短時(shí)制約其商業(yè)化。
而且，固態(tài)電池仍然存在科學(xué)問題，根據(jù)《全固態(tài)電池的研究進(jìn)展與挑戰(zhàn)》，固態(tài)電解質(zhì)離子輸運(yùn)機(jī)制、鋰金屬負(fù)極枝晶生長機(jī)制、多場耦合體系失控/失效機(jī)制為固態(tài)電池三大核心科學(xué)問題，探索先進(jìn)表征技術(shù)、原理機(jī)制創(chuàng)新、新型材料創(chuàng)制成為固態(tài)電池進(jìn)一步發(fā)展重要途徑。
由于以上多重因素，固態(tài)電池雖然是新能源汽車的動力載體最優(yōu)解，但短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)業(yè)化落地難度較高，這應(yīng)該也是政府決定對該領(lǐng)域進(jìn)行高投入的主要原因之一。
車企布局加快
目前，全球企業(yè)都在共同推動固態(tài)電池商業(yè)化進(jìn)程，各企業(yè)規(guī)劃固態(tài)電池量產(chǎn)時(shí)間點(diǎn)普遍在 2027—2030 年。中國、日本、韓國、美國、歐盟都有相關(guān)鼓勵(lì)政策發(fā)布，并提出固態(tài)電池的預(yù)期目標(biāo)。
其中，日本對固態(tài)電池布局時(shí)間早、布局力度大，2022年日本政府推出《日本蓄電池產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略》，舉國家之力推動固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化，試圖在固態(tài)電池領(lǐng)域彎道超車。
豐田是全球最早布局固態(tài)電池的車企之一，其與石化巨頭出光合作研發(fā)固態(tài)電解質(zhì)，共同解決質(zhì)量與成本問題。根據(jù)豐田規(guī)劃，第一代全固態(tài)電池將于2027—2028年問世，續(xù)航里程將達(dá)621英里（993公里）以上，預(yù)計(jì)可以10分鐘內(nèi)將電池電量由10%充電至80%；第二代固態(tài)電池預(yù)計(jì)續(xù)航將達(dá)到745英里（1192公里）。
其他國際車企巨頭也在寫攜手合作伙伴，布局固態(tài)電池。寶馬與Solid Power合作，預(yù)計(jì)2025年推出固態(tài)電池原型車，2030年量產(chǎn)固態(tài)電池車型；大眾與QS合作，預(yù)計(jì)2025年建立固態(tài)電池量產(chǎn)線；奔馳與輝能、Factorial Energy等合作，計(jì)劃2028年批量生產(chǎn)固態(tài)電池。
中國于2021年出臺《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021-2035）》，2023年發(fā)布《關(guān)于推動能源電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見》，都包含有固態(tài)電池相關(guān)推進(jìn)意見。
今年，嵐圖、蔚來、智己已實(shí)現(xiàn)半固態(tài)電池量產(chǎn)上車，廣汽、上汽等車企也在加速布局全固態(tài)電池。有媒體指出，使用了半固態(tài)電池的嵐圖追光，其電池包的能量密度僅為170Wh/kg，嵐圖云母電池包的能量密度一致。這與預(yù)期的固態(tài)電池能量密度相差較遠(yuǎn)。
去年底，長安汽車在接受調(diào)研時(shí)表示，正向開發(fā)領(lǐng)先的固態(tài)電池，從2025年開始逐步量產(chǎn)應(yīng)用，重量能量密度達(dá)到350-500Wh/kg、體積能量密度750-1000Wh / L，2030年全面普及應(yīng)用。此外，長安還在開展鋰硫電池、金屬電池等新型電池的原型電芯設(shè)計(jì)，預(yù)計(jì)能量密度將突破1300-1500Wh/kg，力爭在2035年實(shí)現(xiàn)搭載應(yīng)用。
綜合來看，固態(tài)電池如果成功上車，必然能夠改變新能源汽車產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀，對行業(yè)的意義是顛覆性的。目前，政府已經(jīng)在政策和資金方面大力支持，集合政府、行業(yè)、企業(yè)多方力量，固態(tài)電池有望進(jìn)一步加快實(shí)現(xiàn)商業(yè)化落地。
