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| 固態電池：“江湖”里時時有傳說 |
| 發布時間:2023-02-16 09:20:37| 瀏覽次數： |
日前，固態電池企業輝能科技宣布，完成了新一輪融資，金額為3.26億美元（約合人民幣20.85億元）。隨即，韓國動力電池供應商SK創新方面公開表示，計劃比競爭對手提前兩年或以更快的時間，在2025年前開始交付固態電池。
2019年諾貝爾化學獎得主之一的英國化學家斯坦利·威廷漢指出：“制造固態電池最困難的部分，是需要同時滿足高能量密度、快速充電、長循環壽命和寬溫度范圍工作的要求。”如今，固態電池的技術成熟度究竟如何？距離量產上車還要多久？
技術創新催“熱”固態電池
在業界的廣泛關注與大力推動下，固態電池開發趨熱。
“我們應用固態電解質膜和專用正極材料，制備出了能量密度高達350Wh/kg的固態電池樣品。”不久前，上市公司珠海冠宇的相關負責人表示。同期，美國固態電池開發商Solid Power公開了其高含量硅全固態電池技術的安全和性能數據，其小型軟包電池在室溫下可實現1000多次循環。
正積極尋求新突破的SK創新將對Solid Power投資3000萬美元（約合人民幣1.9億元），以換取技術使用權，聯合生產車規級固態電池，并希望借此為長續駛電動汽車提供能量密度更高、成本更低的動力電池。此外，Solid Power的固態電池研究也獲得了福特、寶馬的資金支持。Solid Power方面回應稱，將向SK創新提供自己研發的硫化物固態電解質、專利電池設計和生產工藝。
硫化物固態電解質有何奧妙？“鋰離子電池固態化，在大幅提高安全性的同時，可兼具高能量密度和高功率密度。Solid Power使用的硫化物固態電解質，具有較高的離子電導率、較好的機械延展性以及與電極良好的界面接觸等優點，是目前最有潛力和前景的新技術之一。”中國電池工業協會鋰電池應用專業委員會顧問蘇南峰在接受《中國汽車報》記者采訪時表示，近兩年來，固態電池技術開發速度加快，而Solid Power的全固態電池，就是建立在硫化物固態電解質基礎上的，這是近年來固態電池研究領域的關鍵技術之一。
據悉，在固態電池布局上，韓國現代汽車也不甘落后，宣布將與美國動力電池制造商Factorial Energy（以下簡稱“FE”）合作，共同開發車規級固態電池。目前，雙方已在“因子電解質系統技術”（FEST）研發中取得了突破性進展。
“因子電解質系統技術采用一種專有的固體電解質材料，替代了目前鋰電池的液體電解質，并可通過匹配高電壓、高能量密度的電極，實現安全可靠的電池性能。”四川新能源汽車動力電池產業聯盟專家宋浩駿告訴記者。通過試驗，FE的固態電池在25℃條件下，循環675次后容量仍可保持97.3％，理論上可使續駛里程提高20％～50％。其量產的便捷性則體現在，現有鋰電池生產線不必做很大改動。
“目前，業界正在開發的固態電池按電解質的類型主要可分為三種，即聚合物，硫化物與氧化物。其中，聚合物電解質屬于有機電解質，而后兩種屬于無機電解質。”廣東工業大學新能源材料研究中心研究員陳新彤向記者介紹道。
主要技術難題仍然待解
固態電池進入量產階段，才是真正開始投入應用的標志。現在，對于還要等多久時間的問題，人們都在翹首期待一個答案。
近日，蔚來汽車宣布將于年內量產ET7，而這款車也是該公司首款應用固態電池的產品。據悉，頂配版蔚來ET7將配裝150kWh固態電池，續駛里程達到1000公里。但資料也顯示，該款固態電池是90％固態＋10％液體電解質的半固態電池。
“半固態電池是一種過渡性技術，依據現有鋰電池制造條件完全可以量產。”山東電池工業協會顧問謝瑜忠在接受記者采訪時表示，在目前常見的NCM811電池基礎上，向負極材料中添加硅碳元素，就可以制造出半固態電池，技術上并不難實現。其實，今年蜂巢能源發布的果凍電池也是一種半固態電池，已具備量產條件。
而真正的固態電池要實現量產，還面臨不少挑戰。“固態電池具有諸多優點，但要量產還需攻克一系列難題。”
江蘇新能源汽車行業發展研究院研究員厲建平認為，固態電池具有安全、能量密度高、循環性能好、適應溫度廣、充電速度快等優點，但量產的難題在于：一是在固態電解質的選擇上，幾種技術路線各有千秋，如氧化物固態電池、薄膜固態電池難以制成大容量動力電池，聚合物固態電池無法在室溫下工作且難以兼容高電壓正極，硫化物固態電池則面臨電解質對空氣敏感、制造條件苛刻、原材料昂貴、規模化生產技術不成熟等問題；二是生產工藝不成熟，由于技術路線不確定，難以做到像現有三元鋰電池那樣成熟；三是還要解決固態電解質材料的鋰離子電導率偏低、固/固界面接觸性和穩定性差等問題；四是現階段制備工藝復雜，整體生產成本過高。
“其實，諾獎得主威廷漢所說的固態電池要滿足的技術要求，都是目前需要破解的技術難題。”浙江新能源技術應用研究院研究員陸安程告訴記者，目前各國選擇的技術路線并不相同。其中，日韓企業多采用硫化物固態電解質技術路線，而中國企業多以氧化物路線為主，歐美企業的選擇則呈多樣化，如寶馬與福特投資的Solid Power主要研發基于硫化物的全固體電池，而另一家美國電池企業Quantum Scape研發的固態電池走的是氧化物路線。
“從當前技術水平看，距離固態電池規模化量產預計還需要5～10年時間。”華東汽車新材料技術研究院研究員林澍文認為，雖然有的公司已開發出固態電池樣品，但距離量產和商業化還有不近的距離。
搶占技術制高點的競爭激烈
盡管還有技術瓶頸有待突破，但這仍然擋不住企業紛紛搶先對固態電池進行布局的步伐。
成立于2012年的Quantum Scape，獲得了大眾汽車、上汽集團、大陸集團等企業的投資。寶馬、福特、SK創新看好的Solid Power，計劃2022年試制固態電池產品，并計劃2024年開始量產。而豐田汽車在固態電池研發上也不落后，其推出的固態電池原型車已開始測試，有望2025年前后量產。
此外，大眾汽車公開表示，未來將著力發展固態電池技術，并預計2025年投入使用；本田今年開始全固態電池生產技術驗證，并力爭應用到量產車型上；寶馬集團發布規劃，稱計劃在2030年前實現量產；LG能源也正在開發全固態電池，預計2026年實現量產；現代汽車的固態電池量產則定在2030年。
在國內，也有多家電池企業開始發力。被一汽、蔚來等車企看好的輝能科技，預計在2024年量產固態電池；大眾汽車參股的國軒高科，正在推進固態電池及其固態電解質的研發；寧德時代主攻硫化物固態電池技術；萬向錢潮、贛鋒鋰業、天齊鋰業、中天科技等企業也在研發固態電池；贛鋒鋰業擬投資22億元建設高比能固態電池超薄鋰負極材料項目。
林澍文告訴記者，豐田的車規級固態電池擁有超過1000項專利，位居全球前列，而且大多是含金量較高的發明專利；國內多數電池企業與固態電池相關的專利大多只有個位數或兩位數，輝能科技相關專利據稱已到三位數，但大多是實用新型專利和外觀設計專利，與豐田相比依然存在一定差距。
2020年11月，國務院辦公廳印發的《新能源汽車產業發展規劃（2021～2035年）》明確要求，加快固態動力電池技術研發及產業化。據預測，到2030年，全球固態電池市場將超過60億美元（約合人民幣383億元），中國市場的占比將超過50％。
“在代表技術創新發展方向的固態電池方面，率先搶占技術制高點是關鍵。”厲建平認為，這也是率先量產及占據市場優勢地位的關鍵。 |
