近日，大眾集團(tuán)宣布已向斯坦福大學(xué)研發(fā)固態(tài)電池的衍生企業(yè)QuantumScape追加投資2億美元，旨在加速推動固態(tài)電池技術(shù)的研發(fā)和商業(yè)化量產(chǎn)。此前不久，造車新勢力——合眾公司與清陶能源達(dá)成全面深度合作，共同推進(jìn)固態(tài)電池的研發(fā)與應(yīng)用。
今年以來，國內(nèi)外企業(yè)在固態(tài)電池領(lǐng)域投資布局動作頻頻。但業(yè)內(nèi)認(rèn)為，固態(tài)電池還存在諸多待解難題，產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程任重道遠(yuǎn)。
下一個(gè)競爭高地
繼2018年投資1億美元后，大眾集團(tuán)再次發(fā)力。增資對象QuantumScape成立于2010年，是斯坦福大學(xué)的衍生公司，其試制的全固態(tài)電池安裝在車輛驅(qū)動系統(tǒng)上已完成了操作測試實(shí)驗(yàn)。大眾集團(tuán)預(yù)測，如果使用全固態(tài)電池，該公司的EV車型“e-golf”的續(xù)航里程可以從現(xiàn)有的300公里提升至750公里。
固態(tài)電池技術(shù)是企業(yè)的下一個(gè)競爭高地。全球多家車企、動力電池企業(yè)和科研院校都在致力于固態(tài)電池的科研攻關(guān)。寶馬集團(tuán)早在2017年就牽手SoildPower開發(fā)固態(tài)電池；豐田是較早布局固態(tài)電池的車企，并有望在2022年推出搭載固態(tài)電池的車型；今年年初，戴姆勒宣布與加拿大魁北克水電公司合作開發(fā)固態(tài)電池技術(shù)，一旦固態(tài)電池達(dá)到了可量產(chǎn)狀態(tài)，將使用在戴姆勒電動汽車上。
中國科學(xué)院院士歐陽明高曾公開表示，日本自2017年起，投入了大量的研發(fā)經(jīng)費(fèi)，舉全國之力研發(fā)下一代固態(tài)電池。美國和歐洲也在全力開發(fā)。中國電池產(chǎn)業(yè)雖然在此領(lǐng)域取得暫時(shí)優(yōu)勢，但國際競爭壓力巨大，需全力追趕固態(tài)電池等前沿技術(shù)。
國內(nèi)方面，目前清陶能源、寧德時(shí)代、北京衛(wèi)藍(lán)等企業(yè)走在了研發(fā)前列。造車新勢力——天際汽車在2019年初就推出了首款搭載固態(tài)電池的ME7樣車，并宣稱在2021年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)；日前，合眾公司與清陶能源達(dá)成全面深度合作，共同推進(jìn)固態(tài)電池的研發(fā)與應(yīng)用。
合眾公司首席研發(fā)官王可峰透露，合眾旗下第二款量產(chǎn)車——哪吒U將由此成為全球首款搭載固態(tài)電池的量產(chǎn)車。目前，雙方已經(jīng)進(jìn)行了近兩年的聯(lián)合研發(fā)和測試，計(jì)劃10月份申報(bào)工信部公告，年底前量產(chǎn)500臺。
隨時(shí)準(zhǔn)備顛覆現(xiàn)有產(chǎn)品體系
企業(yè)之所以紛紛布局固態(tài)電池，看中的正是它有望解決困擾動力電池行業(yè)的兩大挑戰(zhàn)——安全隱患和能量密度偏低問題。
所謂的固態(tài)電池，顧名思義就是使用固體電解質(zhì)的鋰電池。在工作原理上，全固態(tài)電池與傳統(tǒng)的鋰離子電池并無區(qū)別。
傳統(tǒng)鋰電池由正極、負(fù)極、隔膜和電解液組成，其中電解液中含有易燃的有機(jī)溶劑，發(fā)生內(nèi)部短路時(shí)溫度驟升容易引起燃燒，甚至爆炸。而固體電解質(zhì)材料具有不可燃、無腐蝕、不揮發(fā)的特性，不存在漏液問題，用固態(tài)電解質(zhì)替代電解液，具有高安全性。此外，全固態(tài)電池使用金屬鋰做負(fù)極，電池能量密度有望達(dá)到300—400Wh/kg，甚至更高。業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為，全固態(tài)電池有望成為下一代動力電池的技術(shù)路線。
最近兩年，動力電池技術(shù)路線日益多元化。寧德時(shí)代推出了CTP技術(shù)、比亞迪發(fā)布了刀片電池、蜂巢能源也推出了首款無鈷電池。相關(guān)技術(shù)儲備是否會有所沖突？“刀片電池、CTP技術(shù)只是在結(jié)構(gòu)上做了一些優(yōu)化，跟固態(tài)電池的發(fā)展并不矛盾。”中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會秘書長劉彥龍告訴記者。
事實(shí)上，固態(tài)電池的研發(fā)已經(jīng)上升到國家戰(zhàn)略層面。2019年12月，工信部發(fā)布的《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021-2035年）》（征求意見稿），對提高技術(shù)創(chuàng)新能力提出了要求，其中便包括了“加快全固態(tài)動力電池技術(shù)研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化”。
華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院認(rèn)為，固態(tài)電池等新的技術(shù)革命隨時(shí)準(zhǔn)備顛覆現(xiàn)有的整個(gè)產(chǎn)品體系框架。隨著研發(fā)和工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，未來幾年，固態(tài)電池產(chǎn)品的市場會迎來蓬勃的發(fā)展機(jī)遇。
多項(xiàng)技術(shù)難題待突破
“現(xiàn)在所說的固態(tài)電池，是為了解決電動汽車的安全問題，增加了一部分固態(tài)電解質(zhì)。多數(shù)是對現(xiàn)有鋰離子電池技術(shù)的改進(jìn)，屬于半固態(tài)電池?！眲埜嬖V記者，全固態(tài)鋰電池，是一種使用固體電極材料和固體電解質(zhì)材料，不含有任何液體的鋰電池?！肮虘B(tài)電池”和“全固態(tài)電池”一字之差，卻還有較長的路要走。
劉彥龍介紹，目前全固態(tài)電池在電解質(zhì)導(dǎo)電性、金屬鋰的可塑性、界面相容性等方面還存在技術(shù)難題。比如，在與電極的接觸上，液態(tài)電解質(zhì)可以最大限度地與之接觸，而固態(tài)電解質(zhì)與電極之間很難做到完全貼合，電導(dǎo)率低于液態(tài)電解質(zhì)；在頻繁充放電過程中，各種材料體積會膨脹和收縮，如何保證電極結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定也還需要進(jìn)一步研究。
考慮到全固態(tài)電池面臨的現(xiàn)實(shí)難題，以及行業(yè)對高安全、高能量密度動力電池的迫切期待，半固態(tài)電池成為當(dāng)下的一個(gè)務(wù)實(shí)選擇。電池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)正逐漸由減少液體的使用，向無液體的全固態(tài)電池邁進(jìn)。
劉彥龍?zhí)寡?，理論上認(rèn)為全固態(tài)電池是動力電池發(fā)展的一個(gè)方向，但目前還沒有做出一款全固態(tài)電池去檢驗(yàn)其全生命周期的競爭力?！叭虘B(tài)鋰電池是否真的能解決鋰離子的本質(zhì)安全性還有待更廣泛、更深入的研究和數(shù)據(jù)積累?！痹谒磥?，只有安全性、能量密度、循環(huán)壽命、成本都接近甚至優(yōu)于現(xiàn)有的鋰離子電池時(shí)，全固態(tài)電池才具備產(chǎn)業(yè)化的基礎(chǔ)。
在劉彥龍看來，全固態(tài)電池短時(shí)間內(nèi)很難產(chǎn)業(yè)化，起碼要等到2030年左右?！叭虘B(tài)電池得先做出來，先應(yīng)用于小電流的電子產(chǎn)品上，再逐步應(yīng)用到大電流、大倍率的電動汽車上。”
