動力電池是電動汽車最為核心的部件,其性能對于電動汽車的整體性能起著決定性的作用.在電動汽車飛速發(fā)展的時代,性能更為強大的電池?zé)o疑是各大車企和電池生產(chǎn)廠商永無止境的研發(fā)對象.

前有國產(chǎn)電動汽車巨頭比亞迪棄用磷酸鐵鋰電池,轉(zhuǎn)投三元鋰電池懷抱,后有沃特瑪技術(shù)路線錯誤,公司分崩離析,這正是由于磷酸鐵鋰電池在性能方面無法跟上電動汽車發(fā)展的步伐.在電動汽車高續(xù)航剛需的推動下,能量密度潛力更高的三元鋰電池取代曾經(jīng)被廣泛采用的磷酸鐵鋰電池成為了電動汽車發(fā)展中的必經(jīng)歷程.

然而技術(shù)的發(fā)展不可能一成不變,隨著電動汽車領(lǐng)域持續(xù)性的擴張,以及日趨成熟,電動汽車對于電池能力密度的需求也在持續(xù)增加.

今年的早些時間,美國菲斯科汽車公司便發(fā)布了一項全新的固態(tài)電池技術(shù).據(jù)悉,這項技術(shù)的能量密度是常規(guī)鋰離子電池的2．5倍,能夠讓電動汽車的行駛里程數(shù)增加到500英里(約804公里)以上.更為驚人的是,其充電時間僅需1分鐘,甚至比傳統(tǒng)燃油汽車加油的速度還快.

隨后,全球多個車企和電池廠家也發(fā)布了固態(tài)電池相關(guān)的研發(fā)進(jìn)展.目前,豐田、松下、三星、三菱、寶馬、大眾、現(xiàn)代、戴森等企業(yè)均在加緊布局固態(tài)電池技術(shù)的儲備.至此,有關(guān)固態(tài)電池"碾壓"鋰電池的相關(guān)話題成為了新能源汽車行業(yè)內(nèi)爭論的熱點議題.

近日,中國科學(xué)研究院宣布,由其牽頭承擔(dān)的納米先導(dǎo)專項"全固態(tài)電池"課題已經(jīng)通過驗收,這一技術(shù)進(jìn)步將進(jìn)一步推動國內(nèi)全固態(tài)鋰電池的規(guī)模化使用.此消息一出,再一次將固態(tài)電池的話題推上"高潮".

當(dāng)前鋰離子電池的體系下,依賴高鎳三元正極、硅碳負(fù)極和電解液的組合,在未來五年內(nèi)將達(dá)到350瓦時／千克的極限,仍將無法滿足于動力電池在安全性、能量密度以及成本方面的要求.

固態(tài)電池?fù)碛袃蓚€十分顯著的優(yōu)勢,一方面由于采用了有機電解液的傳統(tǒng)鋰電池,在過度充電、內(nèi)部短路等異常情況下容易導(dǎo)致電解液發(fā)熱,從而引發(fā)自燃甚至自爆的安全隱患.固態(tài)電池基于固態(tài)材料不可燃、無腐蝕、不揮發(fā)、不漏液等條件,安全系數(shù)較之鋰離子電池有著先天的優(yōu)勢.

二來則是固態(tài)電池在最為關(guān)鍵的能量密度方面,有望徹底解決純電動汽車的里程焦慮.目前體系下的鋰離子電池已經(jīng)接近極限性能,即便是特斯拉NCA18650電芯下的電池組,能量密度可以達(dá)到250瓦時／千克,應(yīng)用于Model3的21700電芯能量密度達(dá)到300瓦時／千克,支持續(xù)航里程400到500公里,也仍然無法解決續(xù)航里程焦慮.

在現(xiàn)有的技術(shù)路線下,如果三元鋰電池還想進(jìn)一步提高能量密度,只能繼續(xù)提高鎳材料或者添加CA.但高鎳的熱穩(wěn)定性很差,在提高能力密度的同時,也意味著其穩(wěn)定性的下降,電池內(nèi)部的熱反應(yīng)會更加劇烈,安全隱患也會從而變成更大的問題.

固態(tài)電池的電解質(zhì)無需隔膜和電解液,并不存在漏液、腐蝕等問題,可以簡化電池外殼及冷卻系統(tǒng)模塊,進(jìn)一步減輕電池模組的重量,達(dá)到節(jié)能的效果.此外,全新的正負(fù)極材料配套可以使得電化學(xué)窗口達(dá)到5V以上,從根本上提高能量密度,有望達(dá)到500瓦時／千克.

正是基于安全和能量密度突破性進(jìn)展雙方面的問題,當(dāng)前新能源汽車行業(yè)主管部門對于動力電池的性能也提出了更高的要求.根據(jù)《汽車產(chǎn)業(yè)中長期發(fā)展計劃》和《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖》的相關(guān)指引,動力電池系統(tǒng)的能量密度需要在2025年至2030年達(dá)到350瓦時／千克以滿足市面上乘用電動汽車的續(xù)航里程要求.

從目前來看,僅憑借鋰電池的技術(shù)研發(fā),這一目標(biāo)顯然已經(jīng)無法實現(xiàn).而為了保證動力電池的高能量密度和安全性,固態(tài)電池的研發(fā)進(jìn)度給整個新能源汽車行業(yè)帶來了光明.因此,固態(tài)電池被廣泛認(rèn)為是下一代動力電池正確的技術(shù)研發(fā)方向.

不過固態(tài)電池雖好,但根據(jù)現(xiàn)有的研發(fā)進(jìn)展來看,也還有兩項技術(shù)難題尚未攻破.一是固態(tài)電解質(zhì)在室溫條件下的離子電導(dǎo)率不高,二是固態(tài)點解質(zhì)與正負(fù)極之間界面阻抗比較大.

目前全球各大車企和電池廠商們使用的聚合物、氧化物、硫化物等固態(tài)電解質(zhì)均存在這樣的問題.具體來說,聚合物耐溫性不夠,穩(wěn)定性較差、離子電導(dǎo)性偏低.氧化物抗阻能力比價強,但離子電導(dǎo)性也無法達(dá)到要求.硫化物雖然電導(dǎo)性不錯,又由于材料穩(wěn)定性不佳,導(dǎo)致離子傳輸性能欠缺.

往往一種全新研發(fā)的材料從實驗室走向市場應(yīng)用層面,一般需要十年左右的時間.而固態(tài)電池的正處于研發(fā)階段,想要實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化還需要耐心等待.雖然大家廣泛認(rèn)為固態(tài)電池具有高安全性、高能量密度的優(yōu)勢,但也只是正向研發(fā)的猜測,只有當(dāng)其量產(chǎn)產(chǎn)品展現(xiàn)出絕對的優(yōu)勢時,才能真正取代三元鋰電池.

好比目前特斯拉的三元鋰電池技術(shù)已經(jīng)非常成熟,即便固態(tài)電池在短時間內(nèi)量產(chǎn),其性能也只能達(dá)到前者的水平,并不會產(chǎn)生顛覆的意義.也就是說,固然大家一致看好固態(tài)電池,但其從研發(fā)階段到正式成為電池主導(dǎo)產(chǎn)品還有很長的路要走.所以,傳統(tǒng)的液體電解質(zhì)電池至少還有若干年的市場空間,不必?fù)?dān)心很快被淘汰.

綜合來看,安全性高、能力密度潛力大的固態(tài)電池必然是下一代動力電池的研發(fā)方向,但目前確實還沒有量產(chǎn)產(chǎn)品能夠在各方面明顯勝過于傳統(tǒng)鋰離子電池.我們只能寄希望于固態(tài)電池技術(shù)早日成熟,電動汽車的續(xù)航里程再也不會成為通勤焦慮.