隨著電動(dòng)汽車的普及率逐級(jí)提升，歐洲國(guó)家的全面禁燃，車載動(dòng)力鋰電池的話題再度被擺在臺(tái)前。無(wú)論是從電池自燃的安全角度，還是從能量使用的效率角度來(lái)看，在汽車電池上做出革新是整個(gè)行業(yè)都翹首以待的。

目前汽車電池追求的都是百萬(wàn)英里，今年五月，通用汽車公司的高管表示，該公司幾乎沒(méi)有在上萬(wàn)英里的電池上有所發(fā)展；而今年六月，寧德科技宣布已經(jīng)準(zhǔn)備好量產(chǎn)124萬(wàn)英里的電池了。而近期，也有傳言稱特斯拉會(huì)推出百萬(wàn)英里級(jí)別的電池。

另一個(gè)概念就是無(wú)鈷電池，因?yàn)殡妱?dòng)汽車行業(yè)的快速上升可能會(huì)導(dǎo)致關(guān)鍵電池金屬材料的短缺，鈷就是其中之一。再者，鈷的價(jià)格昂貴，開(kāi)采地區(qū)往往政治經(jīng)濟(jì)不穩(wěn)定。因此歐盟和我國(guó)也在制定相關(guān)政策，要求生產(chǎn)商對(duì)這類材料的回收負(fù)責(zé)。

據(jù)機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，2016年全球的汽車電池市場(chǎng)總值在487.1億美元左右，在2016到2023這一期間內(nèi)，復(fù)合年上升率將高至8.5%。這也帶動(dòng)了鋰離子電池正極材料的出貨量高速上升，據(jù)GGII的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2019年我國(guó)鋰離子電池正極材料出貨量達(dá)40.4萬(wàn)噸，同比上升32.5%，過(guò)去5年都保持著25%以上的增速。

固體電池入局

值此高速發(fā)展之際，固態(tài)電池進(jìn)入了人們的視野。早在2018年九月，大眾汽車就向斯坦福大學(xué)開(kāi)發(fā)固態(tài)電池的子公司QuantumScape投資了1億美元，甚至還計(jì)劃在今年建立一個(gè)工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)固態(tài)電池的試驗(yàn)廠，今年六月十六日，大眾再度向該公司注資2億美元。

豐田在向電動(dòng)汽車的過(guò)渡中比較滯后，為了加快這一進(jìn)程，豐田也在去年宣布與松下結(jié)盟，為自家的電動(dòng)汽車供應(yīng)電池，同時(shí)一起合作開(kāi)發(fā)下一代固態(tài)鋰離子電池。19年的東京車展前夕，豐田宣布將在東京奧運(yùn)會(huì)期間推出一款搭載固態(tài)電池的電動(dòng)汽車，以展示全新的電池技術(shù)，并表示2025年左右可以實(shí)現(xiàn)固態(tài)電池汽車的量產(chǎn)。但隨著東京奧運(yùn)會(huì)的延期，這一技術(shù)的公布尚不知確切日期。除此之外，寶馬在2017年起就宣布與SolidPower公司合作開(kāi)發(fā)固態(tài)電池，計(jì)劃在2026年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。

固態(tài)電池vs鋰離子電池

電池除了容量以外，還有一個(gè)很重要的參數(shù)能量密度。索尼在1991年首度商用的鋰離子電池的能量密度為190Wh/L，是當(dāng)時(shí)鉛酸電池40Wh/L的四倍以上。

鋰離子電池被人詬病的兩大缺陷就是安全與續(xù)航。鋰離子電池雖然近年間在電極材料的選擇上不斷推陳出新，但始終無(wú)法擺脫液態(tài)電解質(zhì)帶來(lái)的易燃性問(wèn)題。假如要兼顧安全性的話，有很難在能量密度上找到最優(yōu)解。

而固態(tài)電源可選用金屬鋰作為電極，能量密度可達(dá)液態(tài)鋰離子電池的2倍以上。更高的能量密度意味著單位體積內(nèi)可以存儲(chǔ)更多的能量，從而為電池組的物理尺寸給到了更靈活的選項(xiàng)。

比亞迪

比亞迪在今年三月末正式推出了刀片電池，這也是鋰離子電池的一種，但不同于三元鋰離子電池，而是選用了磷酸鐵鋰離子電池。比亞迪指出，電動(dòng)汽車行業(yè)過(guò)于追求能量密度，而忽視了安全問(wèn)題，因此比亞迪退而選用了能量密度較三元鋰離子電池低的磷酸鐵鋰刀片電池。

刀片電池/比亞迪

比亞迪以首款搭載刀片電池的車型漢EV供應(yīng)了該電池的性能指標(biāo)，其續(xù)航里程可達(dá)605公里，33分鐘內(nèi)可以將電量充至80%，在循環(huán)充放電3000個(gè)周期下可行駛120萬(wàn)公里。而安全性方面，在針刺試驗(yàn)（通過(guò)鋼針刺穿電池試圖觸發(fā)電池短路）下，比亞迪的刀片電池的表面溫度仍處于30℃到60℃。比亞迪稱該電池具備超級(jí)強(qiáng)度、超級(jí)續(xù)航、超級(jí)低溫、超級(jí)壽命和超級(jí)功率的超級(jí)性能。

特斯拉

特斯拉仍在采用自研的鋰離子電池，不僅近期向LG化學(xué)新增了訂單，據(jù)了解還會(huì)在今年的電池日上公布新的百萬(wàn)英里級(jí)電池。然而特斯拉的JeffDahn團(tuán)隊(duì)在《自然能源》雜志上發(fā)表聲明稱固態(tài)電池雖然采用了金屬鋁作為電極，卻仍未完全解決鋰枝晶的生成問(wèn)題。鋰枝晶可謂是電池失火的禍根所在，這些形成的突起可以突破單個(gè)電池的絕緣層，造成短路和起火。

而后公布了他們開(kāi)發(fā)出了全新的鋰離子軟包電池，其性能也將超越固態(tài)電池。這是一款無(wú)陽(yáng)極的鋰金屬軟包電池，其雙鹽LiDFOB/LiBF4液態(tài)電解質(zhì)在90個(gè)充放電周期后仍保留80%的電池容量，也能進(jìn)一步防止鋰枝晶的生成。

三星

三星也開(kāi)始著手固態(tài)電池的研發(fā)，今年三月九日，三星先進(jìn)技術(shù)研究院（SAIT）與三星日本研究院（SRJ）向《自然能源》展示了在高性能持久的全固態(tài)電池上的研究。全固態(tài)電池不僅支持更高的能量密度，并選用了更安全的固態(tài)電解質(zhì)。

但三星也深知固態(tài)電池中使用鋰金屬作為陽(yáng)極容易觸發(fā)鋰枝晶的生成，從而降低電池壽命和安全性。為了克服這一阻礙，三星的研究人員首次提出使用銀碳（Ag-C）混合層作為陽(yáng)極。研發(fā)團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，放入軟包電池中的Ag-C層不僅支持更大的容量，更長(zhǎng)的周期壽命，也進(jìn)一步提升了整體安全度。5μm的Ag-C層不僅顯著降低了陽(yáng)極厚度，同樣將能量密度提升至900Wh/L。這使得電池體積可以做到比傳統(tǒng)鋰離子電池小50%。據(jù)開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)稱，該電池同樣做到了較高的庫(kù)倫效率，在一次充電后，電動(dòng)汽車的行駛里程將達(dá)到800公里，并支持1000次以上的充電壽命。

在1000個(gè)充電循環(huán)之后，電池容量依然保持在80%以上，而庫(kù)倫效率的平均值在99.8%以上。

寧德時(shí)代

作為全球動(dòng)力鋰電池的龍頭公司，寧德時(shí)代在19年占據(jù)了國(guó)內(nèi)超50%的份額，全球超27%的份額。盡管寧德時(shí)代對(duì)固態(tài)電池的研發(fā)已經(jīng)進(jìn)行多年，但目前可知的情報(bào)依然很少。目前情報(bào)僅透露出寧德時(shí)代研發(fā)方向?yàn)榫酆衔锖土蚧锏墓虘B(tài)電池，其電池單體容量為325mAh，能量密度為300Wh/kg，在300周充電循環(huán)以上，容量保持率為82%。

同時(shí)據(jù)報(bào)道稱，寧德時(shí)代的一位電池開(kāi)發(fā)負(fù)責(zé)人表示，CALT全固態(tài)電池雖然仍在開(kāi)發(fā)中，也已制作出樣品，但商品化可能要在2030年之后。

固態(tài)電池現(xiàn)有的阻力

顯而易見(jiàn)，目前各大動(dòng)力鋰電池廠商在固態(tài)電池上的進(jìn)展都尚在研發(fā)階段。不僅是固態(tài)電解質(zhì)，還有電極材料，這些都是研發(fā)團(tuán)隊(duì)仍在探究的問(wèn)題。甚至是走固態(tài)還是全固態(tài)的方法，各家的取舍也不盡相同。

面對(duì)制作工藝和生產(chǎn)設(shè)備的大改，還有對(duì)安全性的考量，在確定方法后的進(jìn)一步投產(chǎn)也要一按時(shí)間。因此，固態(tài)電池還有好一段距離才能迎頭趕上，鋰離子電池在未來(lái)5年內(nèi)仍將占據(jù)主導(dǎo)地位。盡管如此，諸多廠商的研發(fā)并未停歇，從燃料動(dòng)力電池轉(zhuǎn)為鋰離子電池的過(guò)程中，落后的汽車OEM已經(jīng)嘗到了不少苦果，若是不能在下一次電池變革時(shí)趕上潮流，勢(shì)必差距會(huì)被進(jìn)一步拉大。