中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：電動(dòng)汽車在歐洲的市場(chǎng)份額仍不到10%，僅占全球銷量的一小部分，但汽車制造商和供應(yīng)商已經(jīng)在投入數(shù)十億美元開發(fā)固態(tài)電池，這種下一代技術(shù)有望擁有更快的充電速度、更好的儲(chǔ)能能力和更可靠的安全性。
汽車制造商們提出了固態(tài)電池出現(xiàn)的各種日期。中國(guó)電動(dòng)汽車制造商蔚來可能是最積極的，它宣布將在2022年底提供這項(xiàng)技術(shù)。
豐田和大眾都在固態(tài)電池上投入了大量資金，這兩家公司都表示，到2025年，它們的汽車將搭載這種技術(shù)上路。其他公司則著眼于更遠(yuǎn)的未來，包括Stellantis（2026年）、寶馬（2026年）、戴姆勒（2028年）、雷諾-日產(chǎn)（2026年之后）和現(xiàn)代（不早于2030年）。
固態(tài)電池將是降低電池包價(jià)格、使電動(dòng)汽車既賺錢又便宜的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)力。彭博新能源財(cái)經(jīng)（Bloomberg NEF）表示，大規(guī)模生產(chǎn)的固態(tài)電池成本可以僅為目前鋰離子電池的40%。
但獨(dú)立專家持謹(jǐn)慎態(tài)度，他們指出，仍有許多令人生畏的技術(shù)障礙有待清除，包括操作溫度高、電解液耐久性和制造方面的挑戰(zhàn)。
LMC automotive的動(dòng)力總成分析師奧利弗·佩茨尼克（Oliver Petschenyk）表示：“在（汽車）行業(yè)，我們還沒有看到商業(yè)上可行的固態(tài)電池。我們對(duì)供應(yīng)商和設(shè)計(jì)師實(shí)際能達(dá)到的日期仍持懷疑態(tài)度。固態(tài)電池可能要到本世紀(jì)20年代末才能實(shí)現(xiàn)?！?
英國(guó)主要的電池研究機(jī)構(gòu)法拉第研究所估計(jì)，到2030年，固態(tài)電池在所有交通用電池中所占比例將不到5%，隨著電池制造商擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，到2040年，固態(tài)電池將穩(wěn)步上升至30%。
法拉第研究所表示，對(duì)固態(tài)電池的研究是“長(zhǎng)期的和高風(fēng)險(xiǎn)的，但也有可能獲得高回報(bào)?！迸c目前的液態(tài)電解質(zhì)鋰離子電池相比，它的主要好處是單位體積的儲(chǔ)能增加了70%。
法國(guó)分析公司Yole Developement的專家表示，固態(tài)電池將從2025-2026年左右逐步推出，首次應(yīng)用于豪華或高檔汽車。
目前的主要挑戰(zhàn)是找到合適的電解質(zhì)材料，這種電解質(zhì)在電芯的陽(yáng)極和陰極之間使離子移動(dòng)。最近，Yole公司的米蘭·羅西納（Milan Rosina）和沙魯·阿加瓦爾（Shalu Agarwal）發(fā)布了一份關(guān)于固態(tài)技術(shù)的綜合報(bào)告，他們表示，目前所有的解決方案都涉及在離子電導(dǎo)、電池壽命和安全性之間進(jìn)行不可接受的權(quán)衡。
資料來源：Yole development，2021年固態(tài)電池報(bào)告▼
Yole電力電子與電池首席分析師羅西納表示：“目前，我們還沒有一種與大規(guī)模生產(chǎn)兼容的材料組合。這就是為什么我們有這么多大公司參與進(jìn)來，并投資于采用不同技術(shù)方法的初創(chuàng)公司?！?
許多競(jìng)爭(zhēng)者
考慮到這一點(diǎn)，汽車制造商們正在加緊行動(dòng)，建立聯(lián)盟，甚至收購(gòu)有前景的技術(shù)初創(chuàng)公司。
“在我們看來，最終的目標(biāo)是固態(tài)電池?！贝蟊娖嚵悴考块T電池和系統(tǒng)主管弗蘭克·布魯姆（Frank Blome）在2021年春季的動(dòng)力日（Power Day）發(fā)布會(huì)上表示。“更簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)帶來更高的性能和更低的成本?！?
大眾估計(jì)，續(xù)航里程將提高30%，主要是由于減重。這家汽車制造商與斯坦福大學(xué)的子公司QuantumScape進(jìn)行了近10年的合作。
大眾目前投資3億美元，持有三分之一的股份，并在QuantumScape公司董事會(huì)占有一席之地。QuantumScape公司最近宣布正在測(cè)試一種10層固態(tài)電池，可以在15分鐘內(nèi)充滿電。
電動(dòng)汽車的先驅(qū)雷諾也將固態(tài)電池視為接下來的一大步。該公司與聯(lián)盟伙伴日產(chǎn)汽車合作，向美國(guó)固態(tài)初創(chuàng)企業(yè)Ionic Materials投資了6500萬美元。
“最終目標(biāo)是全固態(tài)技術(shù)。”雷諾集團(tuán)高級(jí)工程總監(jiān)索菲·施米德林（Sophie Schmidlin）在7月份的雷諾EWays電動(dòng)汽車活動(dòng)上表示：“從性能和成本的角度來看，這似乎是真正的游戲規(guī)則改變者，為許多技術(shù)突破開辟了道路?！?
豐田9月份表示，他們已經(jīng)在LQ概念車上對(duì)固態(tài)電池進(jìn)行了道路測(cè)試▼
豐田是唯一一家對(duì)固態(tài)電池公開進(jìn)行道路測(cè)試的汽車制造商，測(cè)試在其LQ概念車上進(jìn)行。專家表示，該公司正與松下合作開發(fā)一種基于亞硫酸鹽的電解質(zhì)，這是更有前途的方法之一。
其他公開宣布的聯(lián)盟包括寶馬和福特與SolidPower，后者計(jì)劃與SPAC（特殊目的收購(gòu)公司）合并上市。還有雷諾-日產(chǎn)與Ionic。
主要的電池廠商都非常小心謹(jǐn)慎。Yole的羅西納表示，他們已經(jīng)在傳統(tǒng)鋰離子電池上投入了大量資金，他們認(rèn)為風(fēng)險(xiǎn)大、成本高的固態(tài)技術(shù)既是一種威脅，也是一種商機(jī)。
梅賽德斯-奔馳首席技術(shù)官薩吉德·可汗（Sajjid Khan）在7月份舉行的戴姆勒電動(dòng)汽車戰(zhàn)略活動(dòng)上指出，目前梅賽德斯-奔馳EQS的能量密度為550 Wh/L。他說，固態(tài)電池“將在相同的封裝空間內(nèi)增加一倍的能量容量，并減輕重量”，同時(shí)允許更多的充電循環(huán)。
“有了固態(tài)電池，我們有機(jī)會(huì)從整體上重新考慮電池系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。”可汗補(bǔ)充道。
戴姆勒目前正在使用法國(guó)公司BlueSolutions生產(chǎn)的電池，生產(chǎn)一系列使用固態(tài)電池的電動(dòng)巴士eCitaro G。但是這種電池需要預(yù)熱，這對(duì)于私家車來說是不實(shí)際的。
使用固態(tài)電池的奔馳eCitaro巴士已經(jīng)向德國(guó)的幾個(gè)城市提供▼
固態(tài)電池在充電時(shí)間方面也有優(yōu)勢(shì)。大眾估計(jì)，一輛裝有77 kWh電池的ID.4電動(dòng)SUV現(xiàn)在需要25分鐘才能增加450公里的續(xù)航里程（從10%的電量增加到80%），但固態(tài)電池可以將這一時(shí)間縮短到12分鐘。
另一個(gè)關(guān)鍵的好處是安全。近年來，與火災(zāi)有關(guān)的電池召回給汽車制造商和供應(yīng)商造成了數(shù)十億歐元的損失。在最近的案例中，雪佛蘭召回了自Bolt EV上市以來生產(chǎn)的所有14.1萬輛電動(dòng)汽車，估計(jì)成本為20億美元。電池供應(yīng)商LG化學(xué)同意向雪佛蘭支付19億美元以彌補(bǔ)成本。
2020年，福特召回6.9萬輛翼虎插電式混合動(dòng)力車，成本為8億美元。2021年2月，現(xiàn)代汽車表示將斥資9億美元更換8.2萬輛電動(dòng)汽車的電池系統(tǒng)。
固態(tài)電池可以減輕這一風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)樗鼈儾皇褂靡兹茧娊赓|(zhì)，而且固態(tài)電解質(zhì)應(yīng)該作為一個(gè)盾牌，防止樹突的生長(zhǎng)——樹突是一種尖刺狀的藻類狀鋰沉積，可以在陽(yáng)極上形成，穿過電解質(zhì)并擊穿隔膜，導(dǎo)致短路，進(jìn)而引發(fā)火災(zāi)。
佩茨尼克說：“樹突的減少可以使電芯壽命更長(zhǎng)，可以承受更大的負(fù)荷，同時(shí)降低火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)，特別是不再需要易燃的液體電解質(zhì)?！?
Yole的分析師阿加瓦爾和羅西納說，固態(tài)電池樹突形成的風(fēng)險(xiǎn)較小，但仍然存在，因?yàn)榧词故枪腆w電解質(zhì)也有顆?；蛉毕?，不應(yīng)該允許它們生長(zhǎng)。
最后，專家說，只有將固態(tài)電芯組裝成電池包并集成到電動(dòng)汽車中，才會(huì)看到一些好處。
如果固態(tài)電池確實(shí)更安全，那就意味著電動(dòng)汽車將需要更少的堅(jiān)固部件（也更便宜）來確保安全運(yùn)行。他們也可能需要更少的冷卻，羅西納說，這意味著從電池中提取的電量可更少地用于冷卻，而更多地用于續(xù)航。
結(jié)構(gòu)上的差異
在傳統(tǒng)的鋰離子電芯中，鋰離子在正極和負(fù)極之間流動(dòng)，對(duì)電池進(jìn)行放電和充電。負(fù)極被稱為陽(yáng)極，正極被稱為陰極，被一個(gè)允許離子通過的隔膜分開。在陽(yáng)極和陰極之間是液體電解質(zhì)。
相比之下，鋰離子固態(tài)電池將隔膜和電解質(zhì)結(jié)合成一個(gè)單一的固體物質(zhì)。因此，電池可以做得更薄，這意味著相同大小的空間可以容納更多的固態(tài)電芯。
在能量密度方面，固態(tài)電池的密度可以達(dá)到900至1300 Wh/L，而傳統(tǒng)鋰離子電池的最高密度可能最高只有1000 Wh/L左右。
汽車制造商可以利用這一點(diǎn)，在相同的尺寸和重量的情況下增加續(xù)航里程，或通過保持重量來減少電池包的尺寸。
進(jìn)入大規(guī)模生產(chǎn)
專家表示，盡管固態(tài)電池可能用于車隊(duì)或公共交通（需要預(yù)熱的電池可能是一個(gè)技術(shù)死胡同），但固態(tài)電池很可能首先出現(xiàn)在高檔汽車上，或作為較便宜車型的高性能選項(xiàng)。
阿加瓦爾和羅西納表示，這是因?yàn)橹圃煲粋€(gè)能夠滿足特斯拉或大眾汽車等大眾市場(chǎng)需求的超級(jí)工廠是不可行的，這兩家公司每年將生產(chǎn)數(shù)十萬輛電動(dòng)汽車。
到2025年及其后幾年，初始需求可能只有每年2至3 GWh，這意味著在傳統(tǒng)鋰離子電池價(jià)格下降之際，固態(tài)電池的成本會(huì)更高。
專家表示，隨著固態(tài)電池生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，價(jià)格將會(huì)下降，但未來將面臨一系列不同尋常的挑戰(zhàn)。
豐田、三星等公司正在研究的亞硫酸鹽電解液會(huì)產(chǎn)生有毒的亞硫酸氫（H2S氣體）。一般來說，電池必須在真空中組裝，這對(duì)于大規(guī)模生產(chǎn)是不可接受的。而薄的固體電解質(zhì)非常脆弱。
羅西納表示，與從內(nèi)燃汽車向電動(dòng)汽車的轉(zhuǎn)變類似，向固態(tài)電池的轉(zhuǎn)變將需要一系列新的能力、潛在的裁員、工廠設(shè)備的重大變化和新的材料供應(yīng)鏈。
他說，“固定成本將不利于固態(tài)電池的商業(yè)化狀態(tài)?！?
編譯/ 朱 琳
編輯/ 劉寶華
設(shè)計(jì)/ 皮 皮
來源/ Autonews，作者：Peter Sigal
