一、固態(tài)電池的地位與優(yōu)勢
如今，新能源汽車發(fā)展如火如荼，電池是新能源汽車的核心部件，電車的進化與升級，電池技術的瓶頸突破是關鍵一環(huán)。
當前主流動力電池是鋰離子電池，由于使用的液態(tài)電解質(zhì)易燃易揮發(fā)，且鋰離子移動過程中可能產(chǎn)生鋰枝晶。鋰枝晶會導致電池一旦受沖擊或者出現(xiàn)短路，就很容易失控爆炸。
頻繁報道的各類新能源電車燃燒的事件，讓人不得不深思：發(fā)展電動汽車，電池問題亟待解決。當前液體電池的短板，使得固態(tài)電池的發(fā)展處于重要地位。
固態(tài)電池是一種新型鋰電池技術。依據(jù)電解質(zhì)分類，鋰電池可分為：液態(tài)、半固態(tài)、準固態(tài)和全固態(tài)四類。其中，半固態(tài)、準固態(tài)和全固態(tài)三種統(tǒng)稱為固態(tài)電池。
目前所說固態(tài)電池大多數(shù)指的是固態(tài)鋰電池。傳統(tǒng)鋰電池由正極、隔膜、負極，灌入電解液制造而成。而固態(tài)鋰電池，里面沒有氣體、液體，材料都是以固態(tài)形式存在，用固態(tài)電解質(zhì)代替隔膜和電解液。
從性能上來講，固態(tài)電池的各項參數(shù)優(yōu)勢可相當完美地解決當前電池技術的瓶頸問題：
第一，安全性高（采用不可燃的固態(tài)電解質(zhì)）；
第二，能量密度更高（傳統(tǒng)電池中常用嵌鋰的石墨作為負極，使用固態(tài)電池后，可用金屬鋰作為負極。這樣一來，減少負極材料的用量，從而極大提升電池的能量密度。
據(jù)東方財富發(fā)布研究報告稱，目前市場上應用的磷酸鐵鋰電池單體能量密度約為120-140Wh，三元電池單體能量密度約為130-220Wh，而固態(tài)電池可提供的能量密度約為300-400Wh，遠超傳統(tǒng)的電池）；
第三，離子電導率高，充電速度快。
第四，體積更?。ü虘B(tài)電解質(zhì)不僅比傳統(tǒng)電池中的隔膜和電解液所需空間??；極大程度上減少電池正負極之間距離，故而更加小巧）；
第五，循環(huán)壽命更長（固態(tài)電解質(zhì)為單離子導體，副反應少，循環(huán)壽命長。
固態(tài)電池的行業(yè)地位不容小覷。中國科學院院士、清華大學教授歐陽明高表示，“現(xiàn)在全球已經(jīng)有無數(shù)人投入到全固態(tài)電池技術的創(chuàng)新運動中，隨著ChatGPT技術的出現(xiàn)，提高了對新材料的探索效率，使得開發(fā)周期縮短，通過全球努力，全固態(tài)電池能夠取得成功?！?/span>
二、固態(tài)電池量產(chǎn)化之路“道阻且長”
雖然固態(tài)電池有這么多優(yōu)點，但真正量產(chǎn)還尚需時日。一是存在技術難點，二是成本問題。
首先，固態(tài)電池研發(fā)技術難點及核心——固態(tài)電解質(zhì)
固態(tài)鋰電池的研發(fā)路線根據(jù)電解質(zhì)的不同，主流有三種：聚合物、氧化物和硫化物電解質(zhì)。目前氧化物體系步調(diào)最快，硫化物體系緊隨其后，高能聚合物體系仍處于實驗室研究階段。
當前豐田所采用的技術路線是：硫化物電解質(zhì)。
硫化物電解質(zhì)的優(yōu)點比較明顯：電導率較高，接近電解質(zhì)，而且界面較為穩(wěn)定。其能量密度能超過三元鋰電池的3倍，電導率在三種電解質(zhì)中是最高的，并且兼具強度和加工性能、界面相容性也挺好。
但硫化物的缺點也給研發(fā)提出挑戰(zhàn)：首先，空氣穩(wěn)定性差，對水比較敏感，當其暴露于空氣中，容易與空氣中的水、氧氣反應產(chǎn)生硫化氫有毒氣體；其次，伴隨著電解質(zhì)結構的破壞和電化學性能的衰減，硫化物電解質(zhì)的合成、儲存、運輸和后處理過程需要嚴重依賴惰性氣體或干燥室。這導致制備工藝極其復雜。
其次，高昂的成本——企業(yè)一道難以跨越的坎
固態(tài)電解質(zhì)難以輕薄化，且需用到價格昂貴的稀有金屬原材料，硫化物電解質(zhì)含有鍺。硫化物電解質(zhì)的成本很昂貴，據(jù)有關資料顯示：硫化物的電解質(zhì)成本最高可達120萬元/噸，一般電解質(zhì)的為32.82萬元/噸。
當前半固態(tài)電池成本已經(jīng)遠遠高于當前正商用化的液態(tài)電池成本。據(jù)有關資料顯示：以NCM811液態(tài)電芯和NCM811半固態(tài)電芯為例，半固態(tài)電芯成本相比液態(tài)電芯成本增加約80%。其中，固態(tài)電解質(zhì)成本是主要新增成本，也是半固態(tài)電池中的主要成本，占比約50%。
全固態(tài)電池的研發(fā)中，電解質(zhì)材料、生產(chǎn)工藝、產(chǎn)品質(zhì)量控制等均可能改變，這些因素都會導致全固態(tài)電池比半固態(tài)電池成本更高。
故而，全固態(tài)電池目前是實驗室研究狀態(tài)，量產(chǎn)和商業(yè)化還有很長一段路要走。
三、各國積極布局，爭相占據(jù)技術制高點
雖然固態(tài)電池量產(chǎn)化道阻且長，但汽車電動化發(fā)展過程中，各家電池企業(yè)、車企、科研機構都將目光聚焦在固態(tài)電池這個新風口上。華泰證券研報稱，預計2030年全球固態(tài)電池市場空間將超3000億元。
對固態(tài)電池的研發(fā)主要集中在中日韓美歐五個國家和地區(qū)。日、韓主攻硫化物體系，歐洲主要為聚合物路線；中國四大頭部固態(tài)電池公司（北京衛(wèi)藍、江蘇清陶、寧波鋒鋰、中國臺灣輝能）都是以氧化物材料為基礎的固液混合技術路線為主。
我國自2020 年起，首次將固態(tài)電池列入行業(yè)重點發(fā)展對象并提出加快研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化進程，今年則進一步提出加強固態(tài)電池標準體系研究。
在政策大力支持下，我國也以勢不可擋之勢取得不錯的研發(fā)成功，不斷推進固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化進程。
比亞迪在2016年將固態(tài)電池確定為未來的發(fā)展方向，并于2021年公開了硫系添加劑全固態(tài)電池專利；蜂巢能源于2022年推出了國內(nèi)首批20Ah級硫系全固態(tài)原型電芯；今年5月31日，上汽集團和清陶能源簽署增資擴股協(xié)議和戰(zhàn)略合作框架協(xié)議，將進一步深化雙方戰(zhàn)略合作伙伴關系，率先推動2025年實現(xiàn)固態(tài)電池技術“10萬輛級”大規(guī)模量產(chǎn)落地……
東風、蔚來、賽力斯已宣布將于今年實現(xiàn)半固態(tài)電池裝車，長安深藍、智己、埃安、高合等車企普遍規(guī)劃2025年前裝車半固態(tài)電池。
衛(wèi)藍新能源的“360Wh/kg鋰電池電芯”單體能量密度達360Wh/kg，續(xù)航里程可達1000公里。且其已于6月30日正式交付蔚來。
寧德時代最新一代麒麟電池，能量密度為255Wh/kg，而一般固態(tài)電池能量密度在300Wh/kg-400Wh/kg。
此外，中國科學技術大學馬騁教授設計并合成了一種新型固態(tài)電解質(zhì)——氧氯化鋯鋰，且綜合性能與目前最先進的硫化物、氯化物固態(tài)電解質(zhì)相當，但成本不到后者的4%，適合進行產(chǎn)業(yè)化應用。這項研究已于今年6月27日發(fā)表在國際著名學術期刊《自然·通訊》上。
總之，國內(nèi)關于固態(tài)電池的技術研發(fā)，也在世界上享有重要的一席之地。
四、“倔強”豐田在固態(tài)電池領域的暗中布局
其實，豐田在固態(tài)電池方面的布局，可追溯到2008年。當時豐田與英國創(chuàng)業(yè)公司伊利卡（Ilika）合作共同研發(fā)固態(tài)電池材料，宣布進軍固態(tài)電池領域。
2017年又與松下公司牽手，2020年，豐田還與松下合資成立了Prime Planet Energy & Solutions，致力于開發(fā)和生產(chǎn)棱柱形鋰離子電池以及固態(tài)電池和“下一代”電池。
（圖片來源：Toyoto）
經(jīng)過數(shù)十年集中科研力量進行攻關，據(jù)《日經(jīng)指數(shù)》與東京研究機構Patent Result的數(shù)據(jù)顯示，豐田已在這條技術路線積累1300多件專利，包括電池結構、材料與制造工藝。
今年6月初，豐田宣布固態(tài)電池商業(yè)化的最新規(guī)劃，最早到2027年，豐田就將向市場投放搭載固態(tài)電池的電動汽車，充電不到10分鐘即可行駛約1200公里。而到7月，就宣布取得固態(tài)電池技術突破了。難免讓人懷疑短短時間，技術研發(fā)速度竟如此快？
衡量一款動力電池最終能否量產(chǎn)的指標主要有：能量密度、充放電倍率性能、成本、安全性和循環(huán)壽命，同時滿足這5項指標要求才有可能量產(chǎn)。
其實冷靜思考后，可以得出判斷：如若真能實現(xiàn)所述的技術突破，豐田公布的也僅是實驗室數(shù)據(jù)。并且，鑒于豐田汽車量產(chǎn)計劃多次推延的先例，且這次其并沒有公布令人信服的技術細節(jié)。
無論從市場發(fā)展現(xiàn)狀還是技術成熟度，量產(chǎn)并進行大規(guī)模裝車不太現(xiàn)實，美好愿景而已。
除了電池儲能，還要考慮充電能力，畢竟兩者均是影響電動汽車整體性能的重要因素。即使固態(tài)電池可以快速充電，還要有電網(wǎng)的大力支持才行。
目前電車普遍采用的是400伏充電平臺，充電電流為250A、50KW的電池從電量30%至80%時一般不超過30分鐘即可完成。但當前，充電平臺配套的電力供應也是個很大的問題。
在此背景下，豐田高調(diào)宣布其在固態(tài)電池領域的技術突破。筆者認為有以下兩方面的考慮：
營銷造勢：豐田在用一些“噱頭”改變?nèi)藗儗ζ溆憛?/span>電動車的固有認知，并重新樹立起電動化技術領先品牌的形象，提高并宣誓豐田汽車在新能源領域的地位，引發(fā)外界對其的信心。
不管以后固態(tài)電池能否正常裝車，都能給豐田已推出和將要推出的電動車營銷一波。若是成功了，則會一改其在電動車領域的被動局勢，實現(xiàn)逆風翻盤。
天下大同：當下關于固態(tài)電池的研發(fā)是你追我趕，但距離量產(chǎn)的鴻溝是難以跨越的。各國都在積極研發(fā)，合作共贏，構建人類命運的共同體。
五、電動勢有話說
誠然，日本在固態(tài)電池領域有多項技術及專利優(yōu)勢，但，國內(nèi)研發(fā)也毫不遜色。
如果固態(tài)電池能夠取得成功，掣肘其量產(chǎn)的成本問題得以解決，攻克電池的充電時間與續(xù)航能力，且能實現(xiàn)大批量生產(chǎn)，誰就可以控制市場。
中科院歐陽明高呼吁，既代表這一行業(yè)的焦慮，也代表著消費者的訴求。全固態(tài)電池如果能夠成功，但最終是否出自中國廠商，這很關鍵的，畢竟事關中國新能源下一階段的競爭力。
當然，無論是豐田公司還是國內(nèi)電池大佬寧德時代，誰能把現(xiàn)有動力電池天花板捅破，都是人類科技進步的好公司，科技無國界。
未來可期！讓我們拭目以待！
文章來源：金剛新能源
