鉅大LARGE | 點擊量：615次 | 2022年01月21日
固態(tài)電池進入"軍備競賽"階段 2030年或迎大規(guī)模量產(chǎn)
近日，大眾汽車宣布已向斯坦福大學研發(fā)固態(tài)電池的衍生公司QuantumScape追加投資2億美元(約合14億元人民幣)，旨在加速推動固態(tài)電池技術的研發(fā)和商業(yè)化量產(chǎn)。
早在2012年，大眾汽車就和QuantumScape公司在固態(tài)電池技術領域達成合作，并在2018年向其投資1億美元成為其最大股東。隨后雙方又共同成立了一家專注于固態(tài)電池研究的合資公司，將于2020年年內設立試點廠。雙方共同的目標是使得固態(tài)電池真正能夠應用于汽車工業(yè)領域，并預計在2025年建成一條為電動汽車生產(chǎn)固態(tài)電池的生產(chǎn)線。
固態(tài)電池引來各大公司爭相布局
據(jù)不完全統(tǒng)計，目前全球范圍內致力于固態(tài)電池技術研發(fā)和應用的車企和動力鋰電池公司有20多家，其中不少公司都宣布要量產(chǎn)固態(tài)電池，并制定了相應的發(fā)展路線計劃。
國際上，除了大眾汽車，寶馬、豐田、本田、日產(chǎn)、松下等車企及電池公司均在固態(tài)電池領域有所布局。其中，寶馬2017年就開始牽手Soildpower開發(fā)固態(tài)電池；豐田作為較早著手研發(fā)固態(tài)電池的車企之一，側重硫化物固態(tài)電解質技術路線，有望在2022年推出搭載固態(tài)電池的車型；今年年初，豐田宣布和松下成立合資公司生產(chǎn)固態(tài)電池；同在今年年初，戴姆勒宣布和加拿大魁北克水電公司合作開發(fā)固態(tài)電池技術，一旦達到量產(chǎn)狀態(tài)，將在戴姆勒旗下的電動汽車上使用。
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-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
和國際主流車企扎堆布局固態(tài)電池不同，國內布局固態(tài)電池的主力軍是動力鋰電池公司，傳統(tǒng)車企僅有北汽集團和比亞迪兩家布局，新造車公司的布局者相對更多。
在國內動力鋰電池公司中，清陶能源、CATL、贛鋒鋰業(yè)、輝能、北京衛(wèi)藍、卡耐新能源等走在固態(tài)電池研發(fā)前列。據(jù)了解，清陶能源目前已開發(fā)出全固態(tài)電池，單體能量密度可達到430Wh/kg，量產(chǎn)階段可達到300Wh/g以上；CATL在聚合物固態(tài)鋰金屬電池和硫化物基固態(tài)電池方向都有研究；贛鋒鋰業(yè)年產(chǎn)億瓦時級第一代固態(tài)鋰離子電池研發(fā)中試生產(chǎn)線已建成試產(chǎn)；衛(wèi)藍新能源2019年在江蘇舉辦了固態(tài)電池項目奠基，計劃于2020年建成年產(chǎn)0.1GWh固態(tài)電池生產(chǎn)線；輝能科技稱2023年將開始全固態(tài)電池試產(chǎn)，2024年全固態(tài)電池量產(chǎn)。
傳統(tǒng)車企方面，北汽集團旗下北汽產(chǎn)投于2019年八月完成了對清陶能源的投資，雙方將在固態(tài)鋰離子電池的產(chǎn)業(yè)化方面合作，但并未公布具體的量產(chǎn)落地時間。比亞迪表示，目前正在積極推進固態(tài)電池項目商用。
新造車公司中，蔚來汽車、天際汽車、愛馳汽車已分別和輝能科技達成合作，共同研發(fā)固態(tài)電池。其中天際汽車在2019年初就推出了首款搭載固態(tài)電池的ME7樣車，不過目前并無最新進展。近日，哪吒汽車宣布和清陶能源達成全面深度合作，共同推進固態(tài)電池的研發(fā)和應用。
固態(tài)電池更安全、能量密度更高
進入2020年，CTp電池、刀片電池、石墨烯電池和無鈷電池等新技術電池相繼推出。動力鋰電池技術領域雖迎來一系列突破，但是綜合考慮電池的安全性和續(xù)航里程，固態(tài)電池被認為是未來十年內最適合電動汽車的動力鋰電池。
我國科學院院士歐陽明高曾公開表示，基于各國動力鋰電池技術路線的比較，短時間來看是液態(tài)電解液的鋰離子電池，發(fā)展高鎳三元正極和硅炭負極，中長期將從液態(tài)電解質逐步過渡到全固態(tài)電池。
"和目前主流的三元鋰離子電池相比，固態(tài)電池可以提升電動汽車的安全性，更高的能量密度能夠使電動汽車擁有更長的續(xù)航里程，并且能夠有效縮短電動汽車的充電時間。"蓋世汽車研究院資深分析師表示。
首先，從電池結構本身來講，使用固體電解質的固態(tài)電池具有不可燃、不腐蝕、不揮發(fā)、不漏液等優(yōu)勢，可極大確保電池的安全性。由正極、負極、隔膜和電解液組成的鋰離子電池，其電解液易滲出，當遇到正負極短路或者過充時溫度會快速升高，易引發(fā)電池燃燒、爆炸。且隨著能量密度提高，三元鋰離子電池鎳含量不斷提升，用于穩(wěn)定結構的鈷和錳含量相應降低，安全問題將愈發(fā)凸顯。
其次，用金屬鋰做負極的固態(tài)電池可匹配高電壓正極材料，進一步提升能量密度。而現(xiàn)階段三元鋰離子電池電芯能量密度普遍在240-260Wh/Kg之間，高鎳三元鋰離子電池雖然可以達到300Wh/Kg，但都已接近極限，難以繼續(xù)提升。
此外，固態(tài)電池的封裝相對簡單，能省掉電池包外殼、冷卻等系統(tǒng)，同時可實現(xiàn)電池柔性化、異形化，根據(jù)不同應用場景設計不同形狀，靈活性更強。
固態(tài)電池量產(chǎn)尚存難點
要指出的是，當下國際主流車企、國內動力鋰電池公司以及造車新勢力，雖然都在固態(tài)電池領域進行了前瞻布局，但是固態(tài)電池技術距離量產(chǎn)還要解決諸多難點。
上述分析師坦言，固態(tài)電解質在安全性和部分電化學性能上雖優(yōu)于液態(tài)電解質，但由于其固體的形態(tài)，也存在著先天的缺陷。譬如，固態(tài)電解質的鋰離子遷移效率直接影響了固態(tài)電解質的離子電導率。據(jù)了解，目前絕大多數(shù)固態(tài)電解質的離子電導率低于液態(tài)電解質，影響了固態(tài)電池的實用性能。
其次，在和電極的接觸上，液態(tài)電解質可以最大限度地和電極保持接觸，而固態(tài)電解質和電極之間很難做到完美貼合，如此一來，電極和電解質之間的界面阻抗就會上升，同樣影響固態(tài)電池的實用性能。
再次，如何在規(guī)模和成本之間找到平衡點，也是其量產(chǎn)路程中不得不考慮的重要問題。
北京衛(wèi)藍新能源科技有限公司資深工程師李久銘公開表示，"目前固態(tài)電池材料體系、電芯、模組、智能制造技術尚未確定，產(chǎn)業(yè)鏈尚未形成。"在他看來，只有安全性、能量密度、循環(huán)壽命、日歷壽命顯著提高，成本及功率特性接近甚至優(yōu)于液態(tài)鋰離子電池，全固態(tài)電池技術才有競爭力。
考慮到固態(tài)電池量產(chǎn)面對的現(xiàn)實困難，以及新能源汽車對高安全、高能量密度動力鋰電池的迫切需求，作為折中方法，混合固液電解質鋰離子電池將作為固態(tài)電池發(fā)展的過渡方法。歐陽明高亦認為，當前有突破的、有產(chǎn)業(yè)化優(yōu)勢的是固態(tài)鋰離子電池，既電解質中有固態(tài)也有液態(tài)。有測試數(shù)據(jù)顯示，相比于三元鋰離子電池，目前的混合固液產(chǎn)品能量密度有所提升，安全性可大幅提高，是全固態(tài)電池技術尚未突破情況下的務實選擇。
根據(jù)蓋世汽車研究院《新能源汽車動力鋰電池產(chǎn)業(yè)報告(2020版)》預測分析，2020年前后電池材料將重要向鎳三元+硅碳演變，到2025年富鋰錳基正極材料取得突破，到2030年電解質方面取得突破后，有望實現(xiàn)全固態(tài)電池。國內鋰電巨頭CATL亦認為，全固態(tài)電池至少要到2030年才能進行大規(guī)模量產(chǎn)。
雖然固態(tài)電池量產(chǎn)尚需時日，但是不難看出，沒能在這一輪動力鋰電池掌握住主動權的公司，都早早地將目光鎖定在下一代動力鋰電池的賽道上，固態(tài)電池則早已進入"軍備競賽"階段?？梢哉f，下一個十年，誰搶下了固態(tài)電池，誰就搶下了在新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的先機。
