鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量：610次 | 2022年06月13日
真正的固態(tài)電池離"上車"還有多遠(yuǎn)？
純電動(dòng)汽車?yán)m(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(dòng)汽車，標(biāo)志著其正式跨界造車，同時(shí)富士康還宣布將在2024年推出第一款純電動(dòng)汽車固態(tài)電池。
"我們應(yīng)用固態(tài)電解質(zhì)膜和專用正極材料，制備出了能量密度高達(dá)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(guó)電動(dòng)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(shù)的安全和性能數(shù)據(jù)。其小型軟包鋰電池在室溫下可實(shí)現(xiàn)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(nèi)人"的LG化學(xué)、松下、CATL、國(guó)軒高科等國(guó)內(nèi)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(xué)獎(jiǎng)得主之一的英國(guó)化學(xué)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(shí)滿足高能量密度、快速充電、長(zhǎng)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(yuǎn)呢？
"半固態(tài)"是過渡技術(shù)？
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
十月十五日，蔚來(lái)汽車宣布合肥智能廠生產(chǎn)線完成階段性升級(jí)，將于年內(nèi)在此量產(chǎn)蔚來(lái)ET7，而這款車也是蔚來(lái)首款應(yīng)用"固態(tài)電池"的車型，其公布的頂配版ET7為150千瓦時(shí)（KWh）的"固態(tài)電池"，續(xù)駛里程達(dá)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(zhì)的"半固態(tài)電池"。
"固態(tài)電池，簡(jiǎn)而言之就是采用固態(tài)電解質(zhì)的鋰電池。而‘半固態(tài)電池’是一種過渡技術(shù)，在目前階段也是比較領(lǐng)先的技術(shù)之一。"浙江新能源技術(shù)應(yīng)用研究院研究員陸安程在接受《我國(guó)汽車報(bào)》記者采訪時(shí)表示，至今仍然在廣泛應(yīng)用的鋰電池，使用液體電解質(zhì)來(lái)移動(dòng)能量。其充電速度相對(duì)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(xiǎn)性，而在攝氏零度以下時(shí)電解液有可能會(huì)凍結(jié)，并且電池在發(fā)生碰撞時(shí)也會(huì)有一定危險(xiǎn)。
"客觀而言，固態(tài)電池具有諸多優(yōu)點(diǎn)，但也有缺點(diǎn)。"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(guó)汽車報(bào)》記者介紹，固態(tài)電池的優(yōu)點(diǎn)在于以下四點(diǎn)。一是更安全，液態(tài)電解質(zhì)在充電過程中可能出現(xiàn)鋰枝晶生長(zhǎng)并刺破隔膜引起電池短路的問題，而固態(tài)電解質(zhì)不存在電解液漏液?jiǎn)栴}，不會(huì)在高溫下發(fā)生副反應(yīng)，不會(huì)因漏氣而發(fā)生燃燒。二是能量密度高，目前液體電解質(zhì)電池能量密度最高可至300Wh/kg，全固態(tài)電解質(zhì)電池可以不必使用嵌鋰的石墨負(fù)極，而是直接使用金屬鋰來(lái)做負(fù)極，這樣可以大為減輕負(fù)極材料的用量，使得整個(gè)電池的能量密度有明顯提高。三是循環(huán)性能強(qiáng)，理想狀態(tài)下固態(tài)電池循環(huán)性能可以達(dá)到45000次左右。四是適用范圍擴(kuò)大，固態(tài)電解質(zhì)賦予固態(tài)鋰電池結(jié)構(gòu)緊湊、規(guī)?？烧{(diào)、設(shè)計(jì)彈性大等特點(diǎn)，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(dāng)然，固態(tài)電池目前的缺點(diǎn)是界面阻抗過大，成本相對(duì)較高，這些都有望隨著技術(shù)進(jìn)步得以解決。"他表示，受當(dāng)前技術(shù)水平的限制，距離全固態(tài)電池量產(chǎn)還要幾年時(shí)間。
"此外，固態(tài)電池可以做到既達(dá)到能量密度高，又具備重量很輕、很薄、體積小、柔性化的特點(diǎn)。"華東新材料技術(shù)研究院研究員林澍文向《我國(guó)汽車報(bào)》記者談到，理論上，固態(tài)電池正負(fù)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(jí)以下后也是可以彎曲并有柔性，可以用在更多的電子產(chǎn)品上。他表示，從材料角度看，假如把2010年日產(chǎn)聆風(fēng)應(yīng)用的錳酸鋰電池看作是第一代動(dòng)力鋰電池，目前的三元鋰電池和磷酸鐵鋰等電池可以算作是第二代動(dòng)力鋰電池，續(xù)駛里程比第一代的200公里新增了一倍多。未來(lái)最優(yōu)選的下一代動(dòng)力鋰電池，更多人認(rèn)為是全固態(tài)電池。
還有什么待解難題？
IP67防水，充放電分口 安全可靠
標(biāo)稱電壓：28.8V
標(biāo)稱容量：34.3Ah
電池尺寸：(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域：勘探測(cè)繪、無(wú)人設(shè)備
時(shí)至今日，固態(tài)電池是動(dòng)力鋰電池未來(lái)發(fā)展方向之一似乎已經(jīng)沒有太大的爭(zhēng)議，但是，真正的全固態(tài)電池一直沒有走向市場(chǎng)，是因?yàn)檫€有很多技術(shù)難題尚未破解。
"其實(shí)，諾獎(jiǎng)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(zhǎng)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(shù)難題。"陸安程表示，任何一項(xiàng)新興技術(shù)從誕生到產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用都要有個(gè)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(shù)難點(diǎn)在于電解質(zhì)，目前有四種技術(shù)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(zhì)技術(shù)路線，而我國(guó)公司多以氧化物路線為主，歐美公司選擇則呈多樣化，如寶馬和福特投資的美國(guó)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(guó)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(shù)各有限制。"林澍文表示，有關(guān)薄膜固態(tài)電池和氧化物固態(tài)電池，難以研制大容量動(dòng)力或儲(chǔ)能電池；聚合物固態(tài)電池則受限于現(xiàn)有聚氧化乙烯材料體系，無(wú)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(duì)電解質(zhì)對(duì)空氣敏感、制造條件苛刻、原材料昂貴、規(guī)?；a(chǎn)技術(shù)不成熟等技術(shù)難題。
"全固態(tài)電池的難題還包括固態(tài)電解質(zhì)材料的鋰離子電導(dǎo)率偏低等有待解決的問題。"厲建平認(rèn)為，并且，現(xiàn)階段全固態(tài)電池制備工藝復(fù)雜，且固體電解質(zhì)價(jià)格較貴，一系列因素導(dǎo)致現(xiàn)階段全固態(tài)動(dòng)力鋰電池的成本仍然偏高。
距離"上車"還有多遠(yuǎn)？
在國(guó)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(jīng)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(jīng)計(jì)劃2022年試制大容量的固態(tài)電池產(chǎn)品，并計(jì)劃2024年開始量產(chǎn)。近日，寶馬汽車電池技術(shù)主管PeterLamp稱，已經(jīng)獲得融資后的SolidPower有望在未來(lái)十年內(nèi)量產(chǎn)電動(dòng)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(shí)力，近日，豐田汽車推出的固態(tài)電池原型車已經(jīng)開始測(cè)試，并計(jì)劃2025年左右開始量產(chǎn)。
在國(guó)內(nèi)，也有多家電池公司發(fā)力固態(tài)電池。目前，已經(jīng)得到一汽、蔚來(lái)、愛馳等車企看好的國(guó)內(nèi)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(shí)間節(jié)點(diǎn)，預(yù)計(jì)將在2023年進(jìn)行試產(chǎn)，2024年量產(chǎn)。此外，據(jù)稱輝能科技的原型固態(tài)電池樣品已經(jīng)制成，質(zhì)量能量密度達(dá)到383Wh/kg，體積能量密度為1025Wh/L，循環(huán)測(cè)試可以做到500次。
涉及固態(tài)電池研發(fā)的國(guó)內(nèi)上市公司中，大眾汽車支持的國(guó)軒高科正在推進(jìn)固態(tài)電池及其固態(tài)電解質(zhì)的研究；CATL則主攻硫化物固態(tài)電池技術(shù)；珈偉新能計(jì)劃生產(chǎn)的類固態(tài)電池的工藝體系將用于新能源車動(dòng)力鋰電池上；萬(wàn)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；而南都電源還和輝能科技合作，將建一條1GWh規(guī)模的固態(tài)電池生產(chǎn)線；德爾股份則正和豐田合作，研發(fā)具有行業(yè)前列技術(shù)水平的全固態(tài)電池。
其實(shí)，我國(guó)的相關(guān)政策也支持發(fā)展固態(tài)電池。2020年十一月，國(guó)務(wù)院辦公廳印發(fā)的《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021-2035年）》中，明確要求"加快固態(tài)動(dòng)力鋰電池技術(shù)研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化"。據(jù)預(yù)測(cè)，2020-2030年我國(guó)固態(tài)電池出貨量高速上升，至2030年或?qū)⑼黄?50GWh。到2030年，我國(guó)固態(tài)電池市場(chǎng)空間或?qū)⑦_(dá)到200億元，較2020年實(shí)現(xiàn)百倍上升。
目前，從美歐日韓到我國(guó)，多家電池公司、車企都在固態(tài)電池上進(jìn)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(duì)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(guān)數(shù)據(jù)顯示，到2030年，固態(tài)電池的市場(chǎng)將超過60億美元（約合人民幣383億元）。
"在代表新能源汽車動(dòng)力鋰電池技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展方向的固態(tài)電池方面，率先搶占技術(shù)制高點(diǎn)是關(guān)鍵。"厲建平認(rèn)為。
