隨著新能源汽車產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展，電動汽車的續(xù)駛里程和安全越來越受到人們的關(guān)注，而這些特性都集中體現(xiàn)在動力電池上。如果說鋰離子電池打開了電動汽車時代的大門，那么固態(tài)電池或許能讓電動汽車的發(fā)展再上一個新臺階。作為全球數(shù)一數(shù)二的車企，豐田汽車日前宣布，到2030年將投資1.5萬億日元（約合人民幣881億元），用于車用動力電池的研發(fā)、生產(chǎn)和配裝。其中，研發(fā)層面的投資額為5000億日元，用于將動力電池的成本削減一半，并打造新型鋰離子電池，包括固態(tài)電池。在豐田大舉投資加快研發(fā)的同時，寶馬、福特、大眾等跨國車企也在積極投資固態(tài)電池初創(chuàng)企業(yè)，全球固態(tài)電池領(lǐng)域的競爭進一步升溫。
日系車企大手筆促自研
眾所周知，豐田在電動化領(lǐng)域可謂“不走尋常路”，當(dāng)海外競爭對手大眾集團、戴姆勒、寶馬、通用汽車、福特，以及日本本土同行日產(chǎn)、本田等汽車廠商競相轉(zhuǎn)向純電動技術(shù)路線時，豐田依然不緊不慢，保持著自己的步調(diào)。
在豐田的電動化戰(zhàn)略中，油電混合動力車占據(jù)了相當(dāng)大的比重。豐田于1997年推出了全球首款量產(chǎn)混合動力車——普銳斯，截至目前，旗下混合動力車?yán)塾嬩N量已經(jīng)突破1800萬輛。該公司此前預(yù)測，到2030年，豐田電氣化車輛的年銷量將達到800萬輛，其中200萬輛為純電動車和氫燃料電池車。也就是說，現(xiàn)階段豐田的電動化轉(zhuǎn)型仍以混動為主。
雖然豐田在電動化領(lǐng)域轉(zhuǎn)型遲緩招致一些批評之聲，但從現(xiàn)實的角度來看，混動技術(shù)正源源不斷地為豐田提供現(xiàn)金流。實際上，展望未來，豐田一直在為發(fā)力純電動進行技術(shù)儲備。當(dāng)前，鋰電池技術(shù)是純電動汽車的主流，而豐田正在抓緊研發(fā)，目標(biāo)是在2030年之前提供升級版的新型鋰離子電池，主要路徑包括：液態(tài)電池的材料進化、電池結(jié)構(gòu)革新、全固態(tài)電池。
其中，豐田對于固態(tài)電池的研發(fā)已持續(xù)多年，并取得了一些階段性進展。歐洲專利局與國際能源署此前發(fā)布的一份報告顯示，豐田10余年來一直在研發(fā)下一代電池，2014～2018年，豐田提交的固態(tài)電池專利申請數(shù)量一直位居榜首。去年4月，豐田與松下成立了一家電池合資公司，核心業(yè)務(wù)之一就是固態(tài)電池。在日本，配裝豐田全固態(tài)電池的電動汽車于去年8月正式取得牌照，開啟路試。為了解決電池循環(huán)壽命短的問題，豐田還表示，今后將繼續(xù)研究、開發(fā)固體電解質(zhì)材料。豐田首席技術(shù)官前田正彥表示，豐田十分看好固態(tài)電池的前景，預(yù)計在2025年之前將下一代電池投入實際應(yīng)用。
在此次大手筆的電池投資規(guī)劃中，豐田釋放出一個信號，那就是加碼純電動技術(shù)，而固態(tài)電池將是豐田發(fā)展純電動技術(shù)的一個重要籌碼。傳統(tǒng)液態(tài)鋰電池的能量密度上限被公認為是300Wh/kg，而固態(tài)電池理論上的能量密度可達700Wh/kg，且安全性高、循環(huán)壽命長，成為未來鋰電池的主要發(fā)展方向之一。固態(tài)電池主要用于純電動車，而前田正彥指出，如果工程師能在功率輸出的穩(wěn)定性方面找到平衡，那么豐田考慮將固態(tài)電池的應(yīng)用延伸到混動車上。
事實上，不少人認為，與大眾、戴姆勒等企業(yè)相比，豐田設(shè)置的電動汽車銷量目標(biāo)過于保守，但日本東海綜合研究所高級分析師杉浦誠司表示，豐田可能做出了正確的決定，因為這種策略可以為其爭取一些時間，使之專注于開發(fā)和量產(chǎn)固態(tài)電池，而固態(tài)電池有望帶動電動汽車產(chǎn)業(yè)取得新的突破。彭博新能源財經(jīng)曾發(fā)布一份報告稱，如果固態(tài)電池全面投產(chǎn)，其生產(chǎn)成本可能是目前鋰離子電池的40％。
除了豐田外，本田也在社長三部敏宏的領(lǐng)導(dǎo)下加快了對固態(tài)電池的研發(fā)，計劃今年晚些時候嘗試啟動示范生產(chǎn)線，并希望在2025～2030年將固態(tài)電池配裝在量產(chǎn)車上。另外，日本新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機構(gòu)（NEDO）此前曾網(wǎng)羅數(shù)十家日本車企、電池廠商、材料廠商、大學(xué)、研究機構(gòu)等，共同開展固態(tài)電池領(lǐng)域相關(guān)基礎(chǔ)研究。
歐美車企押寶“潛力股”
與日系車企堅持自主研發(fā)相比，歐美車企更青睞通過押寶固態(tài)電池初創(chuàng)企業(yè)的方式，來掌控這項技術(shù)。例如，Solid Power是一家位于美國科羅拉多州的固態(tài)電池初創(chuàng)公司，專注于固態(tài)電池的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售。早在2017年，寶馬和福特宣布投資Solid Power，并于今年進一步擴大投資。去年10月，Solid Power宣布其第一代全固態(tài)鋰金屬軟包電池開始進入量產(chǎn)，能量密度達到320Wh/kg。
在寶馬和福特的支持下，Solid Power日前宣布，將在美國科羅拉多州建設(shè)第二座工廠，新工廠將擴大全固態(tài)電池關(guān)鍵材料的產(chǎn)能，包括每年生產(chǎn)多達30噸的硫化物基固體電解質(zhì)材料，較目前的產(chǎn)能增加20多倍。按計劃，寶馬和福特將在2022年向其采購全固態(tài)電池，并在試驗車上進行測試。Solid Power還有意借殼上市，該公司首席執(zhí)行官道格·坎貝爾稱，通過合作與融資，Solid Power爭取盡快將固態(tài)電池技術(shù)應(yīng)用在電動汽車上。另外，現(xiàn)代汽車和三星集團旗下風(fēng)投機構(gòu)也參與過對Solid Power的投資。
與之相比，另一家固態(tài)電池領(lǐng)域的“明星”企業(yè)QuantumScape則得到了大眾集團、上汽集團、比爾·蓋茨等知名企業(yè)和商界人士的支持，并于去年實現(xiàn)借殼上市。大眾集團是其大股東，于2018年向其注資1億美元，去年宣布追加2億美元投資。今年5月，QuantumScape與大眾集團達成協(xié)議，計劃于年底前選定雙方合資的固態(tài)電池試點工廠，目標(biāo)是在2024年之前建立一條生產(chǎn)線，使得大眾能在2025年推出配裝固態(tài)電池的電動汽車。
據(jù)悉，工廠很可能會選址在德國薩爾茨基特，這里也是大眾集團的電池生產(chǎn)基地之一。據(jù)今年3月大眾集團“電池日”透露的信息，大眾集團正在布局磷酸鐵鋰電池、高錳三元鋰電池、鎳鈷錳三元電池以及固態(tài)電池。不過，在大眾看來，固態(tài)電池才是未來車輛動力電池的終極形態(tài)，2025年之后可以投入應(yīng)用。
除了大眾集團外，QuantumScape近日向美國證券交易委員會（SEC）披露的一份文件顯示，其剛剛與一家營收排名全球前10的整車企業(yè)簽訂了合作協(xié)議，將合作評估固態(tài)電池原型，并供應(yīng)相關(guān)產(chǎn)品。
2025～2030年商業(yè)化可期
雖然固態(tài)電池性能優(yōu)異，但技術(shù)門檻也很高，業(yè)內(nèi)普遍認為，固態(tài)電池大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用還需時日。寧德時代此前坦言，公司已在固態(tài)電池領(lǐng)域進行了多年研究，但現(xiàn)階段全固態(tài)電池仍有不少技術(shù)難題未解，例如固態(tài)擴散和液態(tài)擴散難度不是一個數(shù)量級，沒徹底解決之前很難從根本上做好固態(tài)電池。“公司研發(fā)固態(tài)電池已有多年，處于國內(nèi)第一梯隊，可做出固態(tài)電池樣品，但相關(guān)指標(biāo)離商業(yè)化應(yīng)用還有較長距離?！睂幍聲r代有關(guān)人士表示。
“據(jù)我們的觀察，沒有哪家電池生產(chǎn)商或汽車制造商不關(guān)注固態(tài)電池的?！钡聡诙骰舴騾f(xié)會系統(tǒng)與創(chuàng)新研究所高級科學(xué)家克里斯托弗·尼孚表示，“像豐田這樣的公司已經(jīng)具備了一些優(yōu)勢，因為他們已經(jīng)進行了很長時間的內(nèi)部研發(fā)，而且可能已經(jīng)知道要構(gòu)建怎樣的供應(yīng)鏈了?！辈贿^，豐田并沒有那么樂觀，前田正彥指出：“技術(shù)瓶頸依然不少，由于固態(tài)電池不使用電解液，離子導(dǎo)電率大幅降低，且固態(tài)電解質(zhì)界面接觸性較差。我們希望能一一攻克這些難題?！?
另外，就在今年1月，中國造車新勢力企業(yè)之一——蔚來汽車宣布，其計劃2022年推出的新車將搭載150kWh固態(tài)電池，從而使得續(xù)駛里程達到1000公里。不過，這更像是一個噱頭，蔚來要使用的固態(tài)電池，準(zhǔn)確地說應(yīng)該是半固態(tài)電池，仍帶有液態(tài)電解質(zhì)，與豐田、本田等企業(yè)正在研發(fā)的全固態(tài)電池并不是一回事。
美國GuidehouseInsights能源咨詢公司首席分析師薩姆·阿布薩米德指出，固態(tài)電池最大的問題是其至今仍未走出實驗室階段，量產(chǎn)難度較大。對于固態(tài)電池在量產(chǎn)車上的應(yīng)用，不少車企將時間節(jié)點設(shè)定為2025年及之后，例如現(xiàn)代汽車和寶馬計劃在2030年前為量產(chǎn)車配裝固態(tài)電池。
