純電動汽車續(xù)駛里程如何超1000公里？答案是使用固態(tài)電池！

十月十八日，富士康母公司鴻海精密公布ModelC、ModelE、ModelT三款電動汽車，標志著其正式跨界造車，同時富士康還宣布將在2024年推出第一款純電動汽車固態(tài)電池。

“我們應用固態(tài)電解質膜和專用正極材料，制備出了能量密度高達350Wh/kg的固態(tài)電池樣品。”十月十九日，上市公司珠海冠宇表示。而在此前一天，美國電動汽車全固態(tài)電池開發(fā)商SolidPower公布了其高含量硅全固態(tài)電池技術的安全和性能數據。其小型軟包電池在室溫下可實現1000多次循環(huán)，SolidPower正致力于繼續(xù)提高該電池的性能。而作為“局內人”的LG化學、松下、寧德時代、國軒高科等國內外電池公司也都在積極研發(fā)固態(tài)電池。

2019年諾貝爾化學獎得主之一的英國化學家斯坦利·威廷漢曾指出：“制造固態(tài)電池最困難的部分是要同時滿足高能量密度、快速充電、長循環(huán)壽命和寬溫度范圍工作的要求。”如今，能夠滿足這些要求的固態(tài)電池離“上車”究竟還有多遠呢？

“半固態(tài)”是過渡技術？

十月十五日，蔚來汽車宣布合肥智能廠生產線完成階段性升級，將于年內在此量產蔚來ET7，而這款車也是蔚來首款應用“固態(tài)電池”的車型，其公布的頂配版ET7為150千瓦時（KWh）的“固態(tài)電池”，續(xù)駛里程達到1000公里。但公開信息顯示，該“固態(tài)電池”不是100%固態(tài)，是90%固態(tài)+10%液體電解質的“半固態(tài)電池”。

“固態(tài)電池，簡而言之就是采用固態(tài)電解質的鋰離子電池。而‘半固態(tài)電池’是一種過渡技術，在目前階段也是比較領先的技術之一。”浙江新能源技術應用研究院研究員陸安程在接受《我國汽車報》記者采訪時表示，至今仍然在廣泛應用的鋰離子電池，使用液體電解質來移動能量。其充電速度相對較慢，快充則容易引起電池溫度升高和壽命縮短并具有一定危險性，而在攝氏零度以下時電解液有可能會凍結，并且電池在發(fā)生碰撞時也會有一定危險。

“客觀而言，固態(tài)電池具有諸多優(yōu)點，但也有缺點。”江蘇新能源汽車行業(yè)發(fā)展研究院研究員厲建平向《我國汽車報》記者介紹，固態(tài)電池的優(yōu)點在于以下四點。一是更安全，液態(tài)電解質在充電過程中可能出現鋰枝晶生長并刺破隔膜引起電池短路的問題，而固態(tài)電解質不存在電解液漏液問題，不會在高溫下發(fā)生副反應，不會因漏氣而發(fā)生燃燒。二是能量密度高，目前液體電解質電池能量密度最高可至300Wh/kg，全固態(tài)電解質電池可以不必使用嵌鋰的石墨負極，而是直接使用金屬鋰來做負極，這樣可以大為減輕負極材料的用量，使得整個電池的能量密度有明顯提高。三是循環(huán)性能強，理想狀態(tài)下固態(tài)電池循環(huán)性能可以達到45000次左右。四是適用范圍擴大，固態(tài)電解質賦予固態(tài)鋰離子電池結構緊湊、規(guī)模可調、設計彈性大等特點，目前基本保證可以在攝氏零下25度至零上60度之間安全穩(wěn)定使用。“當然，固態(tài)電池目前的缺點是界面阻抗過大，成本相對較高，這些都有望隨著技術進步得以解決。”他表示，受當前技術水平的限制，距離全固態(tài)電池量產還要幾年時間。

“此外，固態(tài)電池可以做到既達到能量密度高，又具備重量很輕、很薄、體積小、柔性化的特點。”華東新材料技術研究院研究員林澍文向《我國汽車報》記者談到，理論上，固態(tài)電池正負極之間的距離可以縮短到只有幾微米，由此，即使是脆性的陶瓷材料，在厚度薄到毫米級以下后也是可以彎曲并有柔性，可以用在更多的電子產品上。他表示，從材料角度看，假如把2010年日產聆風應用的錳酸鋰離子電池看作是第一代動力鋰離子電池，目前的三元鋰離子電池和磷酸鐵鋰等電池可以算作是第二代動力鋰離子電池，續(xù)駛里程比第一代的200公里新增了一倍多。未來最優(yōu)選的下一代動力鋰離子電池，更多人認為是全固態(tài)電池。

還有什么待解難題？

時至今日，固態(tài)電池是動力鋰離子電池未來發(fā)展方向之一似乎已經沒有太大的爭議，但是，真正的全固態(tài)電池一直沒有走向市場，是因為還有很多技術難題尚未破解。

“其實，諾獎得主斯坦利·威廷漢所說的固態(tài)電池要滿足高能量密度、快速充電、長循環(huán)壽命和寬溫度范圍工作要求，都是目前要破解和有待繼續(xù)開發(fā)的技術難題。”陸安程表示，任何一項新興技術從誕生到產業(yè)化應用都要有個過程，固態(tài)電池也不例外。其中，一方面，限制固態(tài)電池落地的核心技術難點在于電解質，目前有四種技術路線，即聚合物、薄膜、硫化物和氧化物。在日韓公司，多采用硫化物固態(tài)電解質技術路線，而我國公司多以氧化物路線為主，歐美公司選擇則呈多樣化，如寶馬與福特投資的美國電池公司SolidPower重要研發(fā)基于硫化物的全固體電池，而另一家美國電池公司QuantumScape研發(fā)的固態(tài)電池走的是氧化物路線。

“幾種材料的固態(tài)電池技術各有限制。”林澍文表示，有關薄膜固態(tài)電池和氧化物固態(tài)電池，難以研制大容量動力或儲能電池；聚合物固態(tài)電池則受限于現有聚氧化乙烯材料體系，無法在常溫下工作且難以兼容高電壓正極；硫化物固態(tài)電池則面對電解質對空氣敏感、制造條件苛刻、原材料昂貴、規(guī)模化生產技術不成熟等技術難題。

“全固態(tài)電池的難題還包括固態(tài)電解質材料的鋰離子電導率偏低等有待解決的問題。”厲建平認為，并且，現階段全固態(tài)電池制備工藝復雜，且固體電解質價格較貴，一系列因素導致現階段全固態(tài)動力鋰離子電池的成本仍然偏高。

距離“上車”還有多遠？

在國外，固態(tài)電池研發(fā)公司一直受到資本及車企的追捧。

成立于2012年的QuantumScape，已經得到了大眾、大陸、上汽等眾多車企的投資。而寶馬和福特看好的SolidPower，已經計劃2022年試制大容量的固態(tài)電池產品，并計劃2024年開始量產。近日，寶馬汽車電池技術主管PeterLamp稱，已經獲得融資后的SolidPower有望在未來十年內量產電動汽車所需的固態(tài)電池。而豐田汽車在固態(tài)電池研發(fā)上也很有實力，近日，豐田汽車推出的固態(tài)電池原型車已經開始測試，并計劃2025年左右開始量產。

在國內，也有多家電池公司發(fā)力固態(tài)電池。目前，已經得到一汽、蔚來、愛馳等車企看好的國內固態(tài)電池公司輝能科技，已公布了固態(tài)電池發(fā)展的時間節(jié)點，預計將在2023年進行試產，2024年量產。此外，據稱輝能科技的原型固態(tài)電池樣品已經制成，質量能量密度達到383Wh/kg，體積能量密度為1025Wh/L，循環(huán)測試可以做到500次。

涉及固態(tài)電池研發(fā)的國內上市公司中，大眾汽車支持的國軒高科正在推進固態(tài)電池及其固態(tài)電解質的研究；寧德時代則主攻硫化物固態(tài)電池技術；珈偉新能計劃生產的類固態(tài)電池的工藝體系將用于新能源車動力鋰離子電池上；萬向錢潮、贛鋒鋰業(yè)、天齊鋰業(yè)、中天科技等公司都在研究固態(tài)電池；而南都電源還與輝能科技合作，將建一條1GWh規(guī)模的固態(tài)電池生產線；德爾股份則正與豐田合作，研發(fā)具有行業(yè)前列技術水平的全固態(tài)電池。

其實，我國的相關政策也支持發(fā)展固態(tài)電池。2020年十一月，國務院辦公廳印發(fā)的《新能源汽車產業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021-2035年）》中，明確要求“加快固態(tài)動力鋰離子電池技術研發(fā)及產業(yè)化”。據預測，2020-2030年我國固態(tài)電池出貨量高速上升，至2030年或將突破250GWh。到2030年，我國固態(tài)電池市場空間或將達到200億元，較2020年實現百倍上升。

目前，從美歐日韓到我國，多家電池公司、車企都在固態(tài)電池上進行了大量的投入，甚至將固態(tài)電池作為公司自身開發(fā)戰(zhàn)略的核心。此外，全球資本對各種固態(tài)電池公司的投資反映了固態(tài)電池的巨大潛力，相關數據顯示，到2030年，固態(tài)電池的市場將超過60億美元（約合人民幣383億元）。

“在代表新能源汽車動力鋰離子電池技術創(chuàng)新發(fā)展方向的固態(tài)電池方面，率先搶占技術制高點是關鍵。”厲建平認為。