在新能源汽車賽道,固態電池正成為新寵。今年1月9日,蔚來高調發布了能量密度達360Wh/kg的150kWh固態電池包以及搭載該電池包續航將超1000km的蔚來ET7(配置|詢價)轎車;3月15日,大眾集團在其Power Day上,表示未來將著力發展固態電池技術,并預計2025年投入使用;緊隨其后,寶馬集團在4月同樣發布規劃稱,計劃在2025年前推出搭載固態電池的原型車,并在2030年前實現量產。不僅如此,寧德時代、松下、LG化學等動力電池巨頭也紛紛布局固態電池。
優勢明顯
賽迪智庫(ku)安全產(chan)業(ye)研(yan)究所(suo)研(yan)究員(yuan)李(li)泯泯說,豐(feng)田、寶馬、大眾、三(san)星等巨頭企業(ye)都投(tou)入了大量(liang)資金用于固態(tai)電(dian)池(chi)研(yan)究,豐(feng)田更是(shi)計(ji)劃(hua)在2021年東(dong)京奧運會上(shang)推(tui)出其搭載固態(tai)電(dian)池(chi)的純(chun)電(dian)動示范車。“當(dang)前(qian),固態(tai)電(dian)池(chi)技術研(yan)發(fa)已經被(bei)推(tui)上(shang)了潮頭浪尖,目(mu)前(qian)全球已有(you)53家企業(ye)在布局研(yan)發(fa)固態(tai)電(dian)池(chi),預計(ji)到2025年開始小(xiao)批量(liang)進入市場(chang),將成為(wei)電(dian)動汽車取代燃(ran)油汽車的制勝利器。”
根據(ju)國(guo)務院辦公廳2020年印發的《新能源(yuan)(yuan)汽車(che)產業發展規(gui)劃(2021-2035年)》,國(guo)家計劃到(dao)2025年把新能源(yuan)(yuan)汽車(che)的銷量推高到(dao)占據(ju)新車(che)總銷量的20%左右,并(bing)在“新能源(yuan)(yuan)汽車(che)核(he)心技術攻關工程”專(zhuan)欄中明確要求“加(jia)快(kuai)固(gu)態動力電(dian)池技術研發及產業化”。
固態(tai)電池(chi)是什么,為(wei)何巨頭們紛紛將目光聚焦于此(ci)?李泯(min)泯(min)解(jie)釋道(dao),目前新能(neng)源汽車上最(zui)廣(guang)泛使用的(de)三(san)元鋰(li)電池(chi)是液(ye)態(tai)電池(chi),一般由(you)正極、隔膜(mo)、負極,再灌入電解(jie)液(ye)制造(zao)而(er)成。而(er)固態(tai)電池(chi),顧名思義就是其結構中不含(han)液(ye)體(ti)(ti)(ti),材(cai)料都(dou)以(yi)固態(tai)形式存(cun)在。數據(ju)原(yuan)型表明,與相(xiang)同(tong)重(zhong)量(liang)和(he)(he)體(ti)(ti)(ti)積的(de)鋰(li)離(li)子電池(chi)相(xiang)比,固態(tai)電池(chi)可以(yi)存(cun)儲(chu)多達80%的(de)能(neng)量(liang)。具有較高能(neng)量(liang)密度的(de)鋰(li)金屬可以(yi)代替石墨,從(cong)而(er)有助(zhu)于減(jian)少電池(chi)的(de)重(zhong)量(liang)和(he)(he)體(ti)(ti)(ti)積。
實際上,液態電解質鋰(li)電池(chi)(chi)(chi)的研發已(yi)經觸達(da)天花板,經十(shi)(shi)多年的發展,鋰(li)電池(chi)(chi)(chi)能(neng)(neng)量密(mi)度(du)水平已(yi)從(cong)初始時的100Wh/kg提(ti)升(sheng)到了250Wh/kg左右,即(ji)便(bian)是特斯拉(la)目前用的全球(qiu)能(neng)(neng)量密(mi)度(du)最高的動(dong)力電池(chi)(chi)(chi),能(neng)(neng)量密(mi)度(du)也(ye)不(bu)過300Wh/kg。而(er)能(neng)(neng)量密(mi)度(du)是普通(tong)鋰(li)電池(chi)(chi)(chi)十(shi)(shi)幾(ji)倍(bei)(bei)、充(chong)電速度(du)也(ye)是鋰(li)電池(chi)(chi)(chi)幾(ji)十(shi)(shi)倍(bei)(bei)的固態電池(chi)(chi)(chi)顯然成(cheng)為(wei)了新能(neng)(neng)源汽車電池(chi)(chi)(chi)發展的突破(po)口。
固態(tai)電(dian)池(chi)(chi)的(de)(de)優勢還不(bu)止于此(ci)。李泯泯分析認(ren)為,固態(tai)電(dian)池(chi)(chi)還能夠有(you)效解決新能源汽(qi)車(che)的(de)(de)環保和安全(quan)問題(ti)。一是(shi)固態(tai)電(dian)池(chi)(chi)大幅減(jian)少(shao)原材料的(de)(de)使(shi)用(yong),其(qi)中(zhong)銅和鋁的(de)(de)使(shi)用(yong)將大比(bi)例下(xia)降,石墨和鈷可以完全(quan)從原材料中(zhong)剔除。二是(shi)固態(tai)電(dian)池(chi)(chi)更(geng)輕巧,可以像砌磚一樣堆疊在墻(qiang)上(shang),這(zhe)使(shi)其(qi)更(geng)容易應用(yong)到(dao)不(bu)同(tong)的(de)(de)汽(qi)車(che)設計中(zhong)。三(san)是(shi)固態(tai)電(dian)池(chi)(chi)的(de)(de)里程數可大幅增加(jia),由于其(qi)可在10分鐘(zhong)左右充滿電(dian),并(bing)具有(you)更(geng)高的(de)(de)能量密(mi)度,因(yin)此(ci)與鋰電(dian)池(chi)(chi)相比(bi),可以提(ti)供兩倍或(huo)更(geng)多的(de)(de)行程。此(ci)外,回收固態(tai)電(dian)池(chi)(chi)是(shi)一個更(geng)簡單、更(geng)安全(quan)的(de)(de)過(guo)程。
面臨挑戰
不(bu)(bu)過,電(dian)(dian)解質(zhi)從“液(ye)態(tai)”轉向(xiang)“固(gu)態(tai)”充滿(man)挑戰。李泯(min)泯(min)坦(tan)言,首先,在(zai)固(gu)態(tai)電(dian)(dian)解質(zhi)選擇、電(dian)(dian)芯設計上(shang)需要不(bu)(bu)斷解決循環過程中(zhong)(zhong)固(gu)相(xiang)界面(mian)接觸及體積(ji)膨(peng)脹問(wen)題(ti),這其(qi)(qi)中(zhong)(zhong),氧化物(wu)材料(liao)、聚(ju)合物(wu)材料(liao)、硫化物(wu)材料(liao)等不(bu)(bu)同材料(liao)的固(gu)態(tai)電(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)都(dou)各自面(mian)臨(lin)著不(bu)(bu)同的缺陷和(he)短板(ban)。其(qi)(qi)次,固(gu)態(tai)電(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)批(pi)量(liang)制造尚存在(zai)阻礙(ai)。最(zui)后,固(gu)態(tai)電(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)在(zai)搶(qiang)占市場占有(you)率方面(mian)存在(zai)劣(lie)勢,目(mu)前固(gu)態(tai)電(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)還處于試驗階(jie)段(duan),遠遠達不(bu)(bu)到商用(yong)要求。
盡管(guan)如此,日本、美國、韓國等國相(xiang)關巨頭和新(xin)(xin)興企業(ye)都早已(yi)入(ru)手(shou)布局固態(tai)電(dian)池(chi)領域。如日本豐田(tian)在2019年年初(chu)宣布與松(song)下(xia)合作將固態(tai)電(dian)池(chi)從試制向產業(ye)轉(zhuan)化,本田(tian)、三菱、日產等企業(ye)也加速布局相(xiang)關行(xing)業(ye);美國新(xin)(xin)興固態(tai)電(dian)池(chi)企業(ye)Quantum Scape宣稱已(yi)經攻(gong)克固態(tai)電(dian)池(chi)技(ji)術障礙(ai)并(bing)已(yi)經生產出產品;韓國三星利用其(qi)強大的(de)財團背景對全球范圍內固態(tai)電(dian)池(chi)技(ji)術相(xiang)關項(xiang)目(mu)或(huo)公(gong)司(si)進行(xing)了較大規(gui)模(mo)的(de)投資、參股或(huo)技(ji)術跟蹤……
李泯泯坦言(yan),縱觀全球固態電(dian)池(chi)的(de)發展格局,我國(guo)(guo)科(ke)研機構和相關企(qi)(qi)業(ye)擁有趕上并超越世(shi)界一流技術水平的(de)絕佳(jia)機會,但還需要(yao)大力改進工(gong)作(zuo)方式和加(jia)大工(gong)作(zuo)力度。相比而言(yan),目前我國(guo)(guo)基礎研究(jiu)機構與企(qi)(qi)業(ye)的(de)合作(zuo)不夠密切(qie),產、學、研鏈(lian)條沒能打通(tong)。
對(dui)(dui)于(yu)如何提(ti)升固態電池(chi)研發,李泯泯認為,國家(jia)還需從政策層面進行引導,一(yi)方(fang)面,分(fen)類(lei)(lei)下達重(zhong)點研發計劃、地方(fang)政府重(zhong)點科(ke)技項(xiang)目、產(chan)(chan)學研合作項(xiang)目等,針對(dui)(dui)電動汽車、智能(neng)電網、國家(jia)安全等領(ling)域(yu)應(ying)用需求,針對(dui)(dui)不(bu)同類(lei)(lei)型的(de)正負極材(cai)料(liao)、不(bu)同性能(neng)的(de)固態鋰(li)電池(chi),布(bu)局有關(guan)基礎研究、關(guan)鍵技術(shu)攻關(guan),以及產(chan)(chan)業化(hua)培育(yu)項(xiang)目。另一(yi)方(fang)面,在關(guan)鍵原材(cai)料(liao)、電芯制造、裝備制造、電源(yuan)管理、電池(chi)模塊、系統應(ying)用、診(zhen)斷測試(shi)等產(chan)(chan)業鏈各個環節進行布(bu)局。此(ci)外,國家(jia)還應(ying)盡(jin)快建(jian)設(she)高水(shui)平的(de)國家(jia)級研發診(zhen)斷測試(shi)平臺,提(ti)升我國固態鋰(li)電池(chi)的(de)技術(shu)保障能(neng)力。
“可以預見,未來的4~5年內車用固態電池技(ji)術將迎來突破性進展和快速發(fa)展期,新能源汽車動力大變局(ju)即將到來。”李泯泯說。
來源:國際商報