鉅大LARGE | 點擊量：565次 | 2021年08月26日
“黑科技”固態電池“實際骨感”
近日，大眾集團宣布已向斯坦福大學研發固態電池的衍生公司QuantumScape追加投資2億美元，旨在加速推動固態電池技術的研發和商業化量產。此前不久，造車新勢力——合眾公司與清陶能源達成全面深度合作，共同推進固態電池的研發與使用。
今年以來，國內外公司在固態電池范疇投資布局動作頻頻。但業內認為，固態電池還存在諸多待解難題，產業化進程任重道遠。
下一個競爭高地
繼2018年投資1億美元后，大眾集團再次發力。增資對象QuantumScape成立于2010年，是斯坦福大學的衍生公司，其試制的全固態電池安裝在車輛驅動系統上已完成了操作探測試驗。大眾集團預測，倘若使用全固態電池，該公司的EV車型“e-golf”的續航里程可以從現有的300公里提升至750公里。
固態電池技術是公司的下一個競爭高地。全球多家車企、動力鋰離子電池公司和科研院校都在致力于固態電池的科研攻關。寶馬集團早在2017年就牽手SoildPower開發固態電池；豐田是較早布局固態電池的車企，并有望在2022年推出搭載固態電池的車型；今年年初，戴姆勒宣布與加拿大魁北克水電公司合作開發固態電池技術，一旦固態電池達到了可量產狀態，將使用在戴姆勒電動汽車上。
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充電溫度：0~45℃
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-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
我國科學院院士歐陽明高曾公開表示，日本自2017年起，投入了大量的研發經費，舉全國之力研發下一代固態電池。美國和歐洲也在全力開發。我國電池產業雖然在此范疇取得暫時優點，但國際競爭壓力巨大，需全力追趕固態電池等前沿技術。
國內方面，目前清陶能源、寧德時代、北京衛藍等公司走在了研發前列。造車新勢力——天際汽車在2019年初就推出了首款搭載固態電池的ME7樣車，并宣稱在2021年實現量產；日前，合眾公司與清陶能源達成全面深度合作，共同推進固態電池的研發與使用。
合眾公司首席研發官王可峰透露，合眾旗下第二款量產車——哪吒U將由此成為全球首款搭載固態電池的量產車。目前，雙方已經進行了近兩年的聯合研發和探測，計劃十月份申報工信部通告，年底前量產500臺。
隨時準備顛覆現有產品體系
公司之所以紛紛布局固態電池，看中的正是它有望處理困擾動力鋰離子電池行業的兩大挑戰——安全隱患和能量密度偏低問題。
所謂的固態電池，顧名思義就是使用固體電解質的鋰離子電池。在工作原理上，全固態電池與傳統的鋰離子電池并無差別。
傳統鋰離子電池由正極、負極、隔膜和電解液組成，其中電解液中含有易燃的有機溶劑，發生內部短路時溫度驟升容易引起燃燒，甚至爆炸。而固體電解質材料具有不可燃、無腐蝕、不揮發的特性，不存在漏液問題，用固態電解質替代電解液，具有高安全性。此外，全固態電池使用金屬鋰做負極，電池能量密度有望達到300—400Wh/kg，甚至更高。業內普遍認為，全固態電池有望成為下一代動力鋰離子電池的技術路線。
最近兩年，動力鋰離子電池技術路線日益多元化。寧德時代推出了CTP技術、比亞迪公布了刀片電池、蜂巢能源也推出了首款無鈷電池。相關技術儲備是不是會有所沖突？“刀片電池、CTP技術只是在結構上做了一些優化，跟固態電池的發展并不矛盾。”我國化學與物理電源行業協會秘書長劉彥龍告訴記者。
事實上，固態電池的研發已經上升到國家戰略層面。2019年十二月，工信部公布的《新能源汽車產業發展規劃（2021-2035年）》（征求意見稿），對提高技術創新能力提出了要求，其中便包括了“加快全固態動力鋰離子電池技術研發及產業化”。
華經產業研究院認為，固態電池等新的技術革命隨時準備顛覆現有的整個產品體系框架。隨著研發和工業技術的不斷發展，將來幾年，固態電池產品的市場會迎來蓬勃的發展機遇。
多項技術難題待沖破
“今朝所說的固態電池，是為了解決電動汽車的安全問題，新增了一部分固態電解質。多數是對現有鋰離子電池技術的改進，屬于半固態電池。”劉彥龍告訴記者，全固態鋰離子電池，是一種使用固體電極材料和固體電解質材料，不含有任何液體的鋰離子電池。“固態電池”和“全固態電池”一字之差，卻還有較長的路要走。
劉彥龍解析，目前全固態電池在電解質導電性、金屬鋰的可塑性、界面相容性等方面還存在技術難題。比如，在與電極的接觸上，液態電解質可以最大限度地與之接觸，而固態電解質與電極之間很難做到完全貼合，電導率低于液態電解質；在頻繁充放電過程中，各種材料體積會膨脹和收縮，要怎么樣保證電極結構的穩定也還要進一步研究。
考慮到全固態電池面對的實際難題，以及行業對高安全、高能量密度動力鋰離子電池的急切期望，半固態電池成為當下的一個務實選擇。電池結構設計正逐漸由減少液體的使用，向無液體的全固態電池邁進。
劉彥龍坦言，理論上認為全固態電池是動力鋰離子電池發展的一個方向，但目前還沒有做出一款全固態電池去檢驗其全生命周期的競爭力。“全固態鋰離子電池是不是真的能處理鋰離子的本質安全性還有待更廣泛、更深入的研究和數據積累。”在他看來，惟有安全性、能量密度、循環壽命、成本都接近甚至優于現有的鋰離子電池時，全固態電池才具備產業化的基礎。
在劉彥龍看來，全固態電池短時間內很難產業化，起碼要等到2030年左右。“全固態電池得先做出來，先使用于小電流的電子產品上，再逐步使用到大電流、大倍率的電動汽車上。”
