隨著全球新能源汽車市場向著更長續(xù)航里程的方向發(fā)展，車企開始尋求更高性能和更安全的動力源，而在目前已經(jīng)獲得突破性進展的技術(shù)中，鋰金屬固態(tài)電池則被認(rèn)為是下一代新能源汽車用動力電池的發(fā)展方向。

事實上，與當(dāng)前處于新能源汽車主流的鋰電池不同，推動固態(tài)電池走向市場的主角不再是電池企業(yè)，而是車企。固態(tài)電池有可能實現(xiàn)電動汽車性能和安全性的重大提升，也成為汽車制造商們研究這項技術(shù)的主要原因。

車企巨頭發(fā)力固態(tài)電池

近日，在固態(tài)電池方面公布最新成果的是大眾集團，該公司周四宣布斥資1億美元投資硅谷電池研究公司QuantumScape，并組建一家合資企業(yè)，目標(biāo)是將固態(tài)電池商業(yè)化。

大眾集團的目標(biāo)是計劃到2025年開始生產(chǎn)固態(tài)電池。大眾集團表示，與目前的鋰離子電池尺寸相似的固態(tài)電池可以提供與傳統(tǒng)的汽油動力汽車相當(dāng)?shù)睦m(xù)航里程范圍。一次充電就可以接近800公里，根據(jù)美國環(huán)保局的評估標(biāo)準(zhǔn)，2017款大眾e－Golf的35．8千瓦時鋰離子電池僅提供191.5公里的續(xù)航里程，用固態(tài)電池取代鋰電池，在保證整車輕量化的同時，大大提升了續(xù)航里程。

研究人員表示需要克服兩個主要障礙。首先是讓固態(tài)電池能夠提供汽車應(yīng)用所需的高性能，其次是大規(guī)模生產(chǎn)汽車工業(yè)所需的電池。大眾集團表示，在QuantumScape固態(tài)電池裝置的早期測試中，它能夠讓樣機以汽車動力的速度運行。

事實上，把目光投向固態(tài)電池的不只是大眾，日本車企發(fā)力的程度也是毫不遜色。

日本汽車巨頭豐田公司早在去年12月就表示，計劃在2020年開始生產(chǎn)固態(tài)電池。而日本新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機構(gòu)上周更是宣布，該國部分企業(yè)及學(xué)術(shù)機構(gòu)將在未來5年內(nèi)聯(lián)合研發(fā)下一代電動車全固態(tài)鋰電池，力爭早日應(yīng)用于新能源汽車產(chǎn)業(yè)。

該項目預(yù)計總投資100億日元（約合5．8億元人民幣），豐田、本田、日產(chǎn)、松下等23家汽車、電池和材料企業(yè)，以及京都大學(xué)、日本理化學(xué)研究所等15家學(xué)術(shù)機構(gòu)將共同參與研究，計劃到2022年全面掌握全固態(tài)電池相關(guān)技術(shù)。

全固態(tài)電池達到產(chǎn)業(yè)化臨界點

那么，為什么在鋰電池大行其道的當(dāng)下，眾多車企開始紛紛布局固態(tài)電池呢？

這要得益于固態(tài)電池的特性，固態(tài)電池最大的優(yōu)勢在于其能達到更高的能量密度和更好的安全性。

據(jù)業(yè)內(nèi)專家介紹，固態(tài)電解質(zhì)（尤其是以玻璃或陶瓷電解質(zhì)為代表）大多數(shù)擁有較寬的電化學(xué)窗口，因此其可以兼容更多高電壓正極材料（比如高鎳正極，鎳錳尖晶石正極等）；不僅如此，全固態(tài)電池良好的安全性（優(yōu)勢一）、高電壓化還可以讓電池管理系統(tǒng)BMS更為簡化，因此最后裝車的電池系統(tǒng)能量密度。

其第二個優(yōu)勢就在于輕薄和體積小，使用全固態(tài)體系，有望降低隔膜和電解質(zhì)的比例。負(fù)極如果想要鋰金屬化，使用具有良好力學(xué)和化學(xué)穩(wěn)定特性的固體電解質(zhì)，可以使電池能量密度與體積密度都得到明顯提升。

因此，同樣的電量，固態(tài)電池體積將變得更小。不僅如此，固態(tài)電池中由于沒有電解液，封存變得更加容易，在汽車等大型設(shè)備上使用時，也不需要再額外增加冷卻管、電子控件等，在節(jié)約成本的同時還減輕自身重量。

全固態(tài)鋰電池結(jié)構(gòu)里沒有氣體和液體，所有材料都以固態(tài)形式存在，高密度性、高安全性等性能使其與傳統(tǒng)液態(tài)電池相比更具優(yōu)勢，在新能源汽車領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊。此前，工信部等四部委印發(fā)的《促進汽車動力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動方案》明確提出，加大投入研發(fā)新的動力鋰電體系，其中就包括固態(tài)電池等新型電池。

值得注意的是，在鋰金屬固態(tài)電池的研究上，已經(jīng)有公司實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化。在OFweek2018（第二屆）中國動力鋰電池技術(shù)及應(yīng)用研討會上，美國麻省固體能源公司（SolidEnergy）的創(chuàng)始人兼CEO胡啟朝就介紹了其能量密度可達500瓦時／千克的電池應(yīng)用情況。

“鋰金屬在性能上可以超過石墨和硅碳負(fù)極，而且可以做的體積更小。”胡啟朝介紹，控制鋰枝晶技術(shù)，基于固態(tài)電解液的方案能在很大程度上解決了壽命衰減的難題。但目前，固態(tài)鋰金屬電池成本還比較高，更適用于輕量化和不太注重于成本的應(yīng)用領(lǐng)域。

截至目前，SolidEnergy是全球唯一一家可以實現(xiàn)500Wh／kg以上批量生產(chǎn)供貨電池企業(yè)，其產(chǎn)品應(yīng)用在空間、特種和高端無人機領(lǐng)域。

在國內(nèi)的動力電池企業(yè)中，寧德時代已在固態(tài)電池的儲備研發(fā)上進行布局，其在固態(tài)電池上的解決思路是對正極材料做了一些保護，可以提高兼容的性能。目前寧德時代做的鋰金屬固態(tài)電池能做到300周循環(huán)以上剩余82％電量。

編輯視點：隨著鋰電池向著更高能量密度的方向發(fā)展，在國內(nèi)動力電池企業(yè)開始往高鎳方向發(fā)展的時候，已經(jīng)有少數(shù)先行者開始把目光瞄準(zhǔn)更為先進的鋰金屬固態(tài)電池。從技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的角度來看，固態(tài)電池?zé)o疑是有望取代現(xiàn)階段動力電池的最優(yōu)選項，目前固態(tài)電池已經(jīng)達到產(chǎn)業(yè)化的零界點，在接下來3年內(nèi)勢必會掀起一波產(chǎn)業(yè)化的潮流。