文 | 本刊記者 師雨菲

為解決動(dòng)力電池易燃問(wèn)題，固態(tài)電池路線從各種層出不窮的電池技術(shù)中脫穎而出。

博世2015年推出的新型固態(tài)電池單元

入夏以來(lái)，電動(dòng)汽車(chē)自燃事故頻發(fā)。僅5月，全國(guó)出現(xiàn)的新能源汽車(chē)自燃事故就高達(dá)5起，而造成這些事故的“元兇”大多來(lái)自電動(dòng)汽車(chē)的“心臟”——?jiǎng)恿﹄姵亍?/p>

當(dāng)前，新能源汽車(chē)采用的液態(tài)電解質(zhì)動(dòng)力電池存在易燃性這個(gè)致命問(wèn)題，高溫季節(jié)下的汽車(chē)內(nèi)部溫度偏高和電池的充電速度過(guò)快均會(huì)導(dǎo)致電池過(guò)熱，從而造成電芯損害甚至導(dǎo)致汽車(chē)自燃事故發(fā)生。

據(jù)2011-2019年新能源汽車(chē)事故調(diào)研數(shù)據(jù)顯示，熱失控?cái)U(kuò)散導(dǎo)致動(dòng)力電池出現(xiàn)安全問(wèn)題的比例占50%以上。事實(shí)上，新能源汽車(chē)的安全隱患對(duì)車(chē)企而言，已經(jīng)成為制約其發(fā)展的短板。

6月8日，工信部發(fā)布開(kāi)展新能源汽車(chē)安全隱患排查的通知，要求新能源汽車(chē)生產(chǎn)企業(yè)及動(dòng)力電池供應(yīng)商于今年10月底前完成對(duì)生產(chǎn)的新能源汽車(chē)的安全隱患排查工作。人們對(duì)新能源汽車(chē)的質(zhì)量和安全問(wèn)題的關(guān)注迫使動(dòng)力電池廠商的重心不得不由技術(shù)革新向安全性轉(zhuǎn)移。

為解決動(dòng)力電池易燃問(wèn)題，固態(tài)電池路線從各種層出不窮的電池技術(shù)中脫穎而出。它采用鋰、鈉制成的玻璃化合物作為傳導(dǎo)物質(zhì)取代傳統(tǒng)電解液，能夠有利解決當(dāng)前鋰離子電池易燃的問(wèn)題，并提高續(xù)航能力。

固態(tài)電池進(jìn)行時(shí)

動(dòng)力電池生產(chǎn)線

毫無(wú)疑問(wèn)，固態(tài)電池是下一代鋰電池技術(shù)的制高點(diǎn)。

去年12月，工信部發(fā)布《新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021-2035年）》（征求意見(jiàn)稿）顯示，在“實(shí)施電池技術(shù)突破行動(dòng)”中，加快固態(tài)動(dòng)力電池技術(shù)研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化被列為“新能源汽車(chē)核心技術(shù)攻關(guān)工程”。

截至今日，全球已有超100家的固態(tài)電池企業(yè)和相關(guān)研發(fā)機(jī)構(gòu)。其中大型車(chē)企、傳統(tǒng)鋰電池廠商占據(jù)主導(dǎo)，占比高達(dá)50%。

6月16日，德國(guó)大眾汽車(chē)集團(tuán)（下稱(chēng)“大眾集團(tuán)”）繼2018年豪擲1億美元布局全固態(tài)電池后，再次增資2億美元增加其在美國(guó)電池技術(shù)公司QuantumScape中的股份。加之此次投資，大眾集團(tuán)在電池領(lǐng)域的直接投資已高達(dá)178.3億元。

此次增資對(duì)象QuantumScape成立于2010年，是斯坦福大學(xué)的衍生公司，擁有200余項(xiàng)固態(tài)電池技術(shù)專(zhuān)利和專(zhuān)利申請(qǐng)量。其試制的全固態(tài)電池安裝在車(chē)輛驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)上已完成了操作測(cè)試實(shí)驗(yàn)。大眾集團(tuán)認(rèn)為，如果使用全固態(tài)電池，公司的EV車(chē)型“e-golf”的續(xù)航里程可以從現(xiàn)有的300公里提升至750公里。

不過(guò)，當(dāng)前大眾集團(tuán)在電解質(zhì)材料上還沒(méi)能做出最終決斷。公司表示，固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用或投入到整車(chē)之中，最早要到2025年。

而豐田的固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化時(shí)間表似乎要比大眾集團(tuán)超前，它計(jì)劃將于2年后在汽車(chē)上使用。豐田的固態(tài)電池之路早在3年前就已開(kāi)啟。彼時(shí)，豐田投入200余人加速研發(fā)硫化物固態(tài)電解質(zhì)技術(shù)。截至日前，它在固態(tài)電池領(lǐng)域擁有的專(zhuān)利數(shù)量已高達(dá)252件。

據(jù)豐田的公開(kāi)專(zhuān)利顯示，其研發(fā)的固態(tài)電池已完全去除有機(jī)隔膜層，顛覆了延續(xù)幾百年的傳統(tǒng)電池結(jié)構(gòu)。不過(guò)，硫化物電解質(zhì)遇水易導(dǎo)致劇毒硫化氫氣體的產(chǎn)生是制約其實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的最大阻礙。

與國(guó)外的產(chǎn)業(yè)資本主導(dǎo)局面有所差別，在中國(guó)，加大力度布局固態(tài)電池的玩家主要以供應(yīng)鏈公司與科研公司的風(fēng)險(xiǎn)資本為主。

數(shù)日前，合眾與清陶(昆山)能源發(fā)展有限公司(下稱(chēng)“清陶”)于江西宜春簽署戰(zhàn)略合作，二者將共同推進(jìn)固態(tài)電池的研發(fā)與應(yīng)用。此前，二者已進(jìn)行近兩年的聯(lián)合研發(fā)和測(cè)試。

合眾首席技術(shù)官王可峰表示，公司旗下第二款量產(chǎn)車(chē)哪吒U將成為全球首款搭載固態(tài)電池的量產(chǎn)車(chē)，并計(jì)劃于今年10月進(jìn)入工信部《道路機(jī)動(dòng)車(chē)輛生產(chǎn)企業(yè)及產(chǎn)品公告》，預(yù)計(jì)年底前量產(chǎn)500臺(tái)。

不過(guò)，合眾內(nèi)部人士表示該計(jì)劃的實(shí)現(xiàn)仍存在很多困難，更多是為了噱頭。

除清陶外，衛(wèi)藍(lán)新能源在國(guó)內(nèi)固態(tài)電池領(lǐng)域也有一席之地。在過(guò)去三年間，衛(wèi)藍(lán)新能源共融資兩次，其分別在北京房山與江蘇溧陽(yáng)擁有兩大生產(chǎn)基地，總投資超3億元。

如今，已經(jīng)有越來(lái)越多的玩家在固態(tài)電池賽道加大注腳，他們以期在下一輪動(dòng)力電池技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)中掌握主動(dòng)權(quán)。

難以實(shí)現(xiàn)的產(chǎn)業(yè)化

更多的玩家，更大的投入，卻仍難以改變固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化一直延期的事實(shí)。

業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，看似紅火的固態(tài)電池市場(chǎng)，實(shí)則更多是風(fēng)險(xiǎn)資本在吹泡泡，風(fēng)險(xiǎn)資本并不能從根本上推動(dòng)技術(shù)的進(jìn)步，產(chǎn)業(yè)化在未來(lái)十年內(nèi)無(wú)望。

當(dāng)前采用固態(tài)電解質(zhì)的動(dòng)力電池能量密度還不具備優(yōu)勢(shì)。據(jù)專(zhuān)家測(cè)算，當(dāng)前采用液態(tài)電解質(zhì)的軟包電芯能量密度可達(dá)297W·h/kg，若用同體積的固態(tài)電解質(zhì)置換液態(tài)電解質(zhì)，除采用聚環(huán)氧乙烷PEO-LiTFSi電解質(zhì)能量密度可達(dá)301.5 W·h/kg外，采用鋰鑭鋯氧（LLZO）、磷酸鈦鋁鋰（LAGP）、鋰鑭鈦氧（LLTO）等其他無(wú)機(jī)電解質(zhì)的電池電芯能量密度分別為186W·h/kg、216.8W·h/kg和187 W·h/kg，均顯著低于液態(tài)電解質(zhì)電芯。

不過(guò)，若將負(fù)極材料更換成金屬鋰，其能量密度才會(huì)彰顯。Battery 500 consortium在關(guān)于鋰金屬負(fù)極發(fā)展展望中稱(chēng)，未來(lái)負(fù)極采用極薄金屬鋰，正極采用高鎳NCM或者Li2S的固態(tài)電池，其電池能量密度有望達(dá)到400-500W· h/kg甚至更高。

其次，成本也在制約固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。

當(dāng)前，半固態(tài)電池成本約2.5元-3元/wh，是普通動(dòng)力電池的2倍-3倍。占據(jù)整車(chē)成本近40%的動(dòng)力電池若無(wú)法控制成本，電動(dòng)汽車(chē)將很難滿足消費(fèi)者對(duì)價(jià)位的需求。

此外，車(chē)企的接納、適配均需要時(shí)間。

不過(guò)，想要實(shí)現(xiàn)固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化，解決技術(shù)難題，首當(dāng)其沖。當(dāng)前，界面是固態(tài)電池的主要技術(shù)難點(diǎn)，固態(tài)電解質(zhì)的傳輸效果和傳輸穩(wěn)定性都不及液態(tài)電解質(zhì)。

液態(tài)電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率較高，接觸電阻相對(duì)較低。而全固態(tài)電解質(zhì)電芯在正負(fù)極充放電過(guò)程中，顆粒發(fā)生體積膨脹收縮，固態(tài)電解質(zhì)相與正負(fù)極活性物質(zhì)的顆粒之間物理接觸可能會(huì)變差，從而導(dǎo)致其動(dòng)力不足。

不過(guò)，解決動(dòng)力問(wèn)題只需要將負(fù)極材料更換為金屬鋰或含有金屬鋰的復(fù)合材料。但屆時(shí)，全固態(tài)電池將面對(duì)另一新挑戰(zhàn)。在大電流下，金屬鋰優(yōu)先在界面析出，若析出的鋰占滿界面將會(huì)降低電化學(xué)反應(yīng)面積。

而這些難題都讓固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化的實(shí)現(xiàn)變得遙遙無(wú)期。

勁邦資本合伙人王榮進(jìn)的觀點(diǎn)也進(jìn)一步印證產(chǎn)業(yè)化短期內(nèi)實(shí)現(xiàn)之難。他表示：“固態(tài)電池從樣品驗(yàn)證到SOP驗(yàn)證至少需要6年時(shí)間。并且，固態(tài)電池預(yù)計(jì)先要在消費(fèi)電子領(lǐng)域經(jīng)過(guò)充分驗(yàn)證后，才有可能在電動(dòng)汽車(chē)上使用?！?/p>

不過(guò)，在通往全固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化道路上，將由液態(tài)電解質(zhì)逐步向全固態(tài)電解質(zhì)過(guò)渡。這種液態(tài)電解質(zhì)中加入固態(tài)成分的半固態(tài)電池有望成為過(guò)渡的中間路線，并在未來(lái)兩年內(nèi)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。但半固態(tài)電池的電池特性方向面仍接近液態(tài)電池，在固液比例上仍有待平衡。

盡管，如今清陶、輝能科技、衛(wèi)藍(lán)新能源等都已擁有自己的固態(tài)電池產(chǎn)線，并具備小批量生產(chǎn)能力。但全固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化仍道阻且長(zhǎng)。