目前，具有高能量密度以及高安全特性的固態(tài)電池正在全球范圍內受到關注。伴隨著新能源汽車的高速發(fā)展，提高車輛續(xù)航里程的呼聲日益響亮，想要汽車“跑”得遠，選用能量密度更高的固態(tài)電池成為一個可行的選擇。在此背景下，不同國家和地區(qū)的相關研究機構和企業(yè)紛紛進入“賽道”，開啟了一場發(fā)力布局和加速固態(tài)電池研發(fā)的“拉力賽”。

“想要達到2020年及以后的動力電池能量密度發(fā)展要求，實現能量密度大于500Wh/kg的目標，現有的液體電解質電池體系恐怕無能為力。作為下一代面向500Wh/kg的電池技術路線，固態(tài)電池體系的研發(fā)已成為剛需。新能源汽車產業(yè)中長期發(fā)展需要新的技術儲備，固態(tài)鋰電池則有望成為下一代車用動力電池主導技術路線，它不只是未來二次電池的重要發(fā)展方向，也是當前的重要任務。”中國科學院物理研究所研究員陳立泉近日表示。

國內外市場同時發(fā)力

國內外不少大型車企現已開始發(fā)力固態(tài)電池的研發(fā)，以求奪得未來發(fā)展新能源汽車的技術話語權?！案鞔笃嚠a業(yè)強國在研發(fā)應用新一代高能量密度動力電池方面都不甘落后?！比涨鞍l(fā)布的《中國新能源汽車動力電池產業(yè)發(fā)展報告(2018)》分析指出。

進軍固態(tài)電池領域，大眾汽車顯然早有計劃。其大規(guī)模電動車發(fā)展計劃“RoadmapE”預計投資500億歐元，將在中國、歐洲及北美開展動力電池長期戰(zhàn)略合作項目，并在2025年之后實現固態(tài)電池裝車應用，實現1000公里的續(xù)航里程。同樣積極布局固態(tài)電池的還有寶馬汽車，其與美國電池技術公司SolidPower建立合作伙伴關系，共同開發(fā)電動汽車專用固態(tài)電池技術。

在亞洲，固態(tài)電池同樣是汽車公司以及電池企業(yè)布局的熱點。日本豐田給出的“答卷”是與松下聯合研發(fā)方形固態(tài)電池，同時計劃發(fā)展更高密度的新一代全固態(tài)電池。而韓國電池制造研發(fā)企業(yè)LGChem則選擇與三星SDI聯合研發(fā)高鎳NCM、NCA以及固態(tài)電池，并表示固態(tài)電池量產將在2025年左右。

面對競爭激烈的國際固態(tài)電池市場，我國以中國科學院物理研究所為代表的研究團隊，也正在積極推進固態(tài)電池的產業(yè)化工作。同樣發(fā)力的還有企業(yè)，贛鋒鋰業(yè)正與中國科學院寧波材料所進行合作，寧德時代、天津力神、中航鋰電及衛(wèi)藍新能源等企業(yè)也在進行固態(tài)電池的開發(fā)。

“可以看到，不管是車企還是電池企業(yè)都著眼于全固態(tài)電池的研發(fā)，這更像是一場高比能全固態(tài)電池的技術競賽，將極大促進高比能全固態(tài)鋰電池最終實現?！北本├砉ご髮W材料學院教授吳伯榮表示。

多道難題待解

據記者了解，固態(tài)鋰電池的關鍵是固態(tài)電解質材料，現有的無機固體電解質和高分子聚合物電解質材料，沒有任何一種既有高離子電導率和機械強度，又有良好的加工性能。“目前高分子聚合物電解質材料在室溫離子電導率低，而無機固體電解質則存在制備困難的問題，怎么辦呢?我們要挑選各自的優(yōu)點，規(guī)避缺點?！敝袊茖W院院士南策文指出，想要“兩全其美”，就必須對固態(tài)電解質材料的研發(fā)提出更高的要求。

面對固態(tài)電池發(fā)展過程中的阻力，中國化學與物理電源行業(yè)協會秘書長劉彥龍同樣提出了自己的看法，“目前最基礎的問題仍然沒有在科研層面得到解決，即固體與固體之間的接觸界面高電阻問題?！边^大的電阻不僅會帶來能量的浪費，還會導致電池溫度升高，對其安全性能造成不良影響。

除了技術上的不成熟，市場規(guī)則不完善同樣是固態(tài)電池成長的“煩惱”。中國汽車技術研究中心有限公司北京工作部副主任王成告訴記者，縱使近兩年的新能源汽車財政補貼標準關聯了動力電池能量密度和車輛續(xù)駛里程，且2018年新版的補貼政策更加細化和完善，但是對于產品能量密度的指標要求迭代周期過短，導致部分企業(yè)一味追求能量密度和高補貼，忽視了產品綜合性能的優(yōu)化，導致企業(yè)的技術和產品難以形成積累。

“從整體的技術鏈來看，固態(tài)電池市場存在布局不均、鏈條不穩(wěn)的風險，難以打下持續(xù)發(fā)展提升的堅實基礎。”王成分析指出，目前仍需進一步引導企業(yè)在技術以及產品層面形成良性發(fā)展的健康體系，“研發(fā)機構和企業(yè)應注重積累的效率，在不斷的積累量變過程中，促成迭代質變?！?/p>

固態(tài)鋰電池成戰(zhàn)略重心

面對如火如荼的固態(tài)電池“競技場”，中國顯然搶到了參賽的入場券。國務院發(fā)布的《中國制造2025》規(guī)劃中明確提出了對單體動力電池比能量的戰(zhàn)略布局，高比能、高安全、長壽命和低成本固態(tài)鋰離子電池，是我國實現新能源汽車“純電驅動”技術轉型戰(zhàn)略的關鍵和重要支撐。自20世紀70年代以來，國內各研究機構、高校，以及近年來隨國家政策而創(chuàng)建的優(yōu)勢電池材料企業(yè)，在固態(tài)電解質和固態(tài)電池研究方面已取得了系列研究成果。同時，贛鋒鋰業(yè)和寧德時代都將全固態(tài)鋰電池作為下一代高性能動力電池的研發(fā)重點。

“總體看固態(tài)電池發(fā)展的路徑，電解質可能是從液態(tài)、半固態(tài)、固液混合、固態(tài)最后到全固態(tài)。負極會從石墨負極，到硅碳負極，最后有可能到金屬鋰負極，但是目前還存在技術不確定性。”中國科學院院士歐陽明高近日分析指出，“到2030年，希望在電解質方面取得突破，全固態(tài)電解質會產業(yè)化，電池單體比能量有望沖擊500Wh/kg。2030年，常規(guī)車型的續(xù)航里程應該可以達到500km以上?！?/p>

目前，國家自然科學基金委員會、科技部和工信部都已將固態(tài)電池的研發(fā)列為重點專項，隨著更多新型固態(tài)電解質材料的發(fā)展和全固態(tài)鋰電池反應機制研究的逐步深入，固態(tài)電解質性能有望得到持續(xù)改善。

“但光靠國家的支持是不夠的?！标惲⑷赋?，“希望鋰電產業(yè)界和投資促進局高度重視，使我國在這場激烈的國際競爭中獲勝，使動力電池產業(yè)從‘跟跑’變?yōu)椤I跑’，促進新能源汽車大規(guī)模的推廣應用。”