中國儲能網(wǎng)訊：一周以來，隨著中、日、美、韓等多家企業(yè)高調(diào)宣布全固態(tài)電池技術的新突破，全球范圍內(nèi)全固態(tài)電池技術再次引起廣泛關注。
廣汽埃安在廣州車展上宣布將于2026年實現(xiàn)搭載全固態(tài)電池的汽車全面量產(chǎn)，并首發(fā)昊鉑后，僅過了3天，11月21日晚間，廣汽埃安宣布，公司實驗室已經(jīng)取得了全固態(tài)電池重要的技術突破。
他們宣布成功完成固態(tài)電池的界面改性技術試驗驗證。在試驗測試中，相比常規(guī)固態(tài)電池，廣汽埃安采用界面改性技術的固態(tài)電池在150周循環(huán)后容量的保持率大幅提高，超過90%，電池壽命衰減率降低了50%。
固態(tài)電池因其固固接觸的界面特性，導致接觸阻抗大、穩(wěn)定性差的問題，使得電池容量衰減迅速，壽命縮短。廣汽埃安實驗室通過對固態(tài)電解質(zhì)成分的特殊設計，成功誘導形成界面緩沖層，有效降低了界面阻抗，同時提升了界面的穩(wěn)定性。
廣汽埃安表示，廣汽埃安實驗室還在加速開發(fā)新型固態(tài)電解質(zhì)、固固界面改性等相關技術，以進一步優(yōu)化固態(tài)電池的綜合性能。除了在汽車產(chǎn)業(yè)的應用外，固態(tài)電池的性能和重量的跨越性提升也將為無人機產(chǎn)業(yè)、機器人產(chǎn)業(yè)、機械外骨骼、醫(yī)療科技等對電池有高度輕量化要求的領域帶來重大突破。
而這邊廣汽埃安的語音剛落，日本豐田就發(fā)布了下一代電池技術路線。
根據(jù)豐田的電池技術路線，公司首先將從2026年開始引入高性能鋰離子電池，將使得車輛行駛里程提高到800公里以上。成本比當前車型降低20%?？焖俪潆姇r間為SOC10-80%的20分鐘或更短。
而豐田研發(fā)的采用固態(tài)電解質(zhì)的全固態(tài)電池具備更快的充電速度和更小體積。SOC 10-80%的快速充電時間為10分鐘或更短，豐田已在開發(fā)更高規(guī)格的全固態(tài)電池，目標是與高性能鋰離子電池相比，續(xù)航里程提高50%。
此外，CEO佐藤社長計劃，在2027財年開始運營一座大型固體電解質(zhì)試點工廠，年產(chǎn)能將達到數(shù)百噸，并逐步推向市場。2030年之后，公司的全固態(tài)電池將達到大規(guī)模生產(chǎn)階段，以提供給數(shù)萬輛汽車。
豐田的固態(tài)電解質(zhì)工廠規(guī)劃圖
在今年7月，豐田表示，公司的全固態(tài)電池將在2027年實現(xiàn)裝車，希望通過10分鐘以內(nèi)的充電，實現(xiàn)現(xiàn)有純電動汽車1200公里以上的續(xù)航里程。
韓國的三星SDI和SK on集團也加入了這場全球競賽。三星SDI副總裁Michael Son近日在電話會議上指出：“全固態(tài)電池在材料和工藝方法上與傳統(tǒng)電池不同，這為電池制造商帶來了許多挑戰(zhàn)?！?
他透露，公司計劃在2027年前開始大規(guī)模生產(chǎn)全固態(tài)電池，并已經(jīng)與多家汽車制造商就生產(chǎn)問題進行了討論。SK集團的SK On也在進行突破性的全固態(tài)電池研究，該公司正開發(fā)兩種類型的全固態(tài)電池，其高能量密度和更快的充電時間將極大地提高電動汽車的續(xù)航能力。
結(jié)合此前美國初創(chuàng)企業(yè)Solid power宣布已經(jīng)向?qū)汃R汽車交付全固態(tài)電池A樣品、Quantum Scape 更新了其固態(tài)電池測試數(shù)據(jù)、Factorial Energy宣布其在波士頓郊區(qū)的采用聚合物電解質(zhì)的固態(tài)電池制造工廠正式運營，中、日、韓、美四國的全固態(tài)電池之爭儼然硝煙四起。
全固態(tài)電池，日本企業(yè)遙遙領先？
憑借其超過400Wh/Kg的高能量密度、不含液態(tài)電解質(zhì)從而耐高溫的安全性以及寬溫域工作窗口等特點，全固態(tài)電池被其支持者視為下一代動力電池的選擇。
值得注意的是，就在兩天前，《日經(jīng)中文網(wǎng)》在一篇文章中表示，“日本在全固態(tài)電池方面領先，根據(jù)Astamuse公司的數(shù)據(jù)，相關專利申請量（2011～2022年）世界第1，是中國的近2倍。除了豐田汽車，日產(chǎn)也計劃在2024年之前建立試制生產(chǎn)線，到2030年在日本國內(nèi)銷售搭載全固態(tài)電池的純電動汽車。
在核心的固態(tài)電解質(zhì)方面，日企也展開量產(chǎn)競爭。其中，日本大型石油批發(fā)商出光興產(chǎn)早在20—30年前就開始研究，硫化物類固態(tài)電解質(zhì)專利申請數(shù)居世界第2位，公司10月與豐田就全固態(tài)電池的量產(chǎn)開展合作。
7月，出光興產(chǎn)生產(chǎn)驗證用固態(tài)電解質(zhì)的第2工廠投入運行。到2027年，公司還將在千葉縣新建主要向豐田供貨的產(chǎn)能。出光興產(chǎn)擁有從煉油廠的副產(chǎn)物中獲得電解質(zhì)原料的訣竅，從原料到合成全面涉足電解質(zhì)業(yè)務，能夠降低成本。
而另外一家汽車玻璃材料生產(chǎn)商AGC正在將其玻璃方面的技術應用在固態(tài)電解質(zhì)生產(chǎn)中。在公司的橫濱技術中心，研究者正在研究在1000度以下的爐中熔解硫化鋰和五硫化二磷等最多10種原料混合。液體冷卻后，就會產(chǎn)生用于全固態(tài)電池的黃色硫化物類的固態(tài)電解質(zhì)。
新技術能把固態(tài)電解質(zhì)的生產(chǎn)時間縮短至原來的1/10，最早將于2027年實現(xiàn)商業(yè)化。
據(jù)AGC公司方面表示，AGC關于固態(tài)硫化物的研發(fā)還不到4年，但是9月以后“反響很大，世界各國的企業(yè)都來咨詢”。
與此同時，三井金屬也是先行者。該公司擁有控制微觀水平的粉體粒子、生產(chǎn)固態(tài)電解質(zhì)的技術。
日本科學技術振興機構(gòu)估算顯示，全固態(tài)電池的生產(chǎn)成本達到采用液態(tài)電解質(zhì)的鋰電池的4—25倍，電解質(zhì)在材料成本中占到76%。如何降低電解質(zhì)的量產(chǎn)成本，成為使用全固態(tài)電池的純電動汽車普及的關鍵。
硫化物固態(tài)電解質(zhì)
國內(nèi)專家：被“絕對安全”的思路綁架，警惕“軍備競賽”
針對全球范圍內(nèi)關于“下一代電池技術路線”的“激烈”爭奪，日本媒體對于本國企業(yè)技術的高調(diào)吹捧，國內(nèi)不乏不同的聲音。
日前中國科學院電工研究所儲能技術研究組組長陳永翀對澎湃新聞記者表示，這種情況，有些類似上世紀美國和蘇聯(lián)之間的“軍備競賽”。
“固態(tài)電池被‘絕對安全’的思路綁架了，更何況為了提升能量密度，又想引入不安全的金屬鋰作為負極，因此陷入了技術發(fā)展思路的悖論?！标愑懒堈f。
“按照目前的產(chǎn)業(yè)應用情況，液態(tài)電解質(zhì)應用于新能源汽車的安全性問題實際已經(jīng)基本解決了（70分）左右，當然我們希望安全水平能夠提升到85分至95分之間的水平，但這可以通過其他技術進步方式解決，而不一定要通過固態(tài)電解質(zhì)解決?！标愑懒堈f。
而此前7月，韓國知名咨詢機構(gòu)SNE research也給全固態(tài)電池技術潑了一盆冷水。其表示，到2030年，液態(tài)鋰離子電池在動力電池的市場仍將占據(jù)絕對優(yōu)勢，即使全固態(tài)電池成功批量生產(chǎn)，由于成本問題很難解決，市場滲透率也會非常低，達到4%左右。
最主要的原因在于，在技術層面，全固態(tài)電池具有界面電阻較高、離子電導率較低等問題，要解決這些問題并達到量產(chǎn)，需要解決的課題非常多。另外，由于電池主要材料是高價金屬，因此很難確保電池的成本競爭力，因此量產(chǎn)的可能性很低。
具體來看，目前鋰離子電池的電解液價格在全球的平均水平為9美元/kg，而全固態(tài)電池中最有前途的硫化物固體電解質(zhì)的主要原料Li2S為1500—2000美元/kg，是鋰離子電池電解液的200倍以上。
而在全球動力電池龍頭寧德時代方面，公司首席科學家吳凱也認為，如果是解決現(xiàn)有鋰離子電池的安全問題，“沿用現(xiàn)有液態(tài)鋰電池的材料體系，負極用石墨和硅，未來也能夠解決電池安全問題，那么把液態(tài)電解液換成固態(tài)電解液，如果能夠降成本，那就值得?！?
但吳凱也承認，到能量密度的層面，基于現(xiàn)有的石墨或硅的負極材料體系，無論電解質(zhì)是什么形態(tài)，電池的能量密度不會有本質(zhì)提高。因此能量密度探索的重點方向是金屬鋰負極，而相對于液態(tài)電解質(zhì)，固態(tài)電解質(zhì)更適合與金屬鋰結(jié)合。
據(jù)介紹，寧德時代已經(jīng)基于界面力學增強技術和雙向?qū)ňW(wǎng)絡技術構(gòu)建了長壽命全固態(tài)鋰金屬電池。其中，通過界面力學增強技術抑制了鋰金屬枝晶，使得鋰金屬臨界電流密度領先業(yè)內(nèi)；雙向?qū)ňW(wǎng)絡技術提升了固固界面穩(wěn)定性，全固態(tài)電池3C倍率循環(huán)能夠達到6000次。
不過，當近日澎湃新聞記者向吳凱詢問寧德時代的全固態(tài)電池何時裝車時，其始終沒有給予答復。而寧德時代公司官方也一直未公布其全固態(tài)電池的路線圖。
此外耐人尋味的是，當寧德時代今年上半年發(fā)布最高能量密度達到500Wh/kg凝聚態(tài)電池并宣布年內(nèi)量產(chǎn)時，也并未表示“凝聚態(tài)”僅僅是“全固態(tài)”的過渡技術。
有多位業(yè)內(nèi)人士向澎湃新聞記者表示，對于“全固態(tài)電池”技術，基于技術可行性和市場競爭力的考慮，寧王實際并不看好。
最后，陳永翀認為，固態(tài)電池是重要的研發(fā)方向，但不是動力電池的唯一終極方案?！叭魏侮P于終極方案的想法，都是理想主義，而理想主義產(chǎn)生的根源，來自我們智力見識的局限和安全感的或缺。”陳永翀說。
