中國儲能網(wǎng)訊：入夏以來，電動汽車自燃事故頻發(fā)。僅5月，全國出現(xiàn)的新能源汽車自燃事故就高達(dá)5起，而造成這些事故的“元兇”大多來自于電動汽車的“心臟”——動力電池。
當(dāng)前，新能源汽車動力電池采用的液態(tài)電解質(zhì)存在易燃性這個致命問題，高溫季節(jié)下的汽車內(nèi)部溫度偏高和電池的充電速度過快均會導(dǎo)致電池過熱，從而造成電芯損害甚至導(dǎo)致汽車自燃事故發(fā)生。
據(jù)2011-2019年新能源汽車事故調(diào)研數(shù)據(jù)顯示，熱失控擴(kuò)散導(dǎo)致動力電池出現(xiàn)安全問題的比例占50%以上。事實(shí)上，新能源汽車的安全隱患對車企而言，已經(jīng)成為制約其發(fā)展的短板。
6月8日，工信部發(fā)布開展新能源汽車安全隱患排查的通知，要求新能源汽車生產(chǎn)企業(yè)及動力電池供應(yīng)商于今年10月底前完成對生產(chǎn)的新能源汽車的安全隱患排查工作。人們對新能源汽車的質(zhì)量和安全問題迫使動力電池的重心不得不由技術(shù)革新向安全性轉(zhuǎn)移。
為解決動力電池易燃問題，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題，并提高續(xù)航能力。
固態(tài)電池進(jìn)行時
毫無疑問，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《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021-2035年）》（征求意見稿）顯示，在“實(shí)施電池技術(shù)突破行動”中，加快固態(tài)動力電池技術(shù)研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化被列為“新能源汽車核心技術(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，德國大眾汽車集團(tuán)（下稱“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)專利和專利申請量。其試制的全固態(tài)電池安裝在車輛驅(qū)動系統(tǒng)上已完成了操作測試實(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，當(dāng)前大眾集團(tuán)在電解質(zhì)材料上還沒能做出最終決斷。公司表示，固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用或投入到整車之中，最早要到2025年。
而豐田的固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化時間表似乎要比大眾集團(tuán)提前，它計(jì)劃將于2年后在汽車上使用。豐田的固態(tài)電池之路早在3年前就已開啟。彼時，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)域擁有的專利數(shù)量已高達(dá)252件。
據(jù)豐田的公開專利顯示，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，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。
與國外的產(chǎn)業(yè)資本主導(dǎo)局面有所差別，在中國，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“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)車哪吒U將成為全球首款搭載固態(tài)電池的量產(chǎn)車，并計(jì)劃于今年10月進(jìn)入工信部《道路機(jī)動車輛生產(chǎn)企業(yè)及產(chǎn)品公告》，預(yù)計(jì)年底前量產(chǎn)500臺。
不過，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)新能源在國內(nèi)固態(tài)電池領(lǐng)域也有一席之地。在過去三年間，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擁有兩大生產(chǎn)基地，總投資超3億元。
如今，已經(jīng)有越來越多的玩家在固態(tài)電池賽道加大注腳，他們以期在下一輪動力電池技術(shù)競爭中掌握主動權(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，實(shí)則更多是風(fēng)險資本在吹泡泡，風(fēng)險資本并不能從根本上推動技術(shù)的進(jìn)步，產(chǎn)業(yè)化在未來十年內(nèi)無望。
當(dāng)前采用固態(tài)電解質(zhì)的動力電池能量密度還不具備優(yōu)勢。據(jù)專家測算，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，若將負(fù)極材料更換成金屬鋰，其能量密度才會彰顯。Battery 500 consortium在關(guān)于鋰金屬負(fù)極發(fā)展展望中稱，未來負(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，是普通動力電池的2倍-3倍。占據(jù)整車成本近40%的動力電池若無法控制成本，電動汽車將很難滿足消費(fèi)者對價位的需求。
此外，車企的接納、適配均需要時間。
不過，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，接觸電阻相對較低。而全固態(tài)電解質(zhì)電芯在正負(fù)極充放電過程中，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變差，從而導(dǎo)致其動力不足。
不過，解決動力問題只需要將負(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，全固態(tài)電池將面對另一新挑戰(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)過充分驗(yàn)證后，才有可能在電動汽車上使用。”
不過，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)電池有望成為過渡的中間路線，并在未來兩年內(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。
