固態(tài)電池不僅具有高安全、高能量密度，而且“高低溫”性能也很優(yōu)良，種種優(yōu)勢(shì)讓人們對(duì)其充滿(mǎn)憧憬，被視為下一代動(dòng)力電池，也是各國(guó)角逐的戰(zhàn)略制高點(diǎn)。不過(guò)，當(dāng)前其3種技術(shù)路線(xiàn)都存在相應(yīng)基礎(chǔ)缺點(diǎn)亟待解決，成本也是企業(yè)一道難以跨越的坎。
豐田汽車(chē)公司近日在技術(shù)說(shuō)明會(huì)上宣布，已經(jīng)找到很好的材料，能夠在2027年至2028年實(shí)現(xiàn)固態(tài)電池商業(yè)化，向市場(chǎng)投放配備全固態(tài)電池的純電動(dòng)汽車(chē)。不過(guò)，由于豐田汽車(chē)并沒(méi)有公布令人信服的技術(shù)細(xì)節(jié)，引發(fā)輿論質(zhì)疑。
固態(tài)電池不僅具有高安全、高能量密度，而且“高低溫”性能也很優(yōu)良，種種優(yōu)勢(shì)讓人們對(duì)其充滿(mǎn)憧憬，被視為下一代動(dòng)力電池，也是各國(guó)角逐的戰(zhàn)略制高點(diǎn)。30年前，美國(guó)橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室就號(hào)稱(chēng)造出了固態(tài)電池，遺憾的是至今未能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)。這兩年，伴隨著全球新能源汽車(chē)的火爆，屢有企業(yè)傳出固態(tài)電池量產(chǎn)進(jìn)展，但消息曝光后就又沒(méi)了下文。
按照材料體系劃分，目前固態(tài)電池可以分為3種技術(shù)路線(xiàn)。日、韓押寶硫化物體系，歐洲主要為聚合物路線(xiàn)，中國(guó)則以氧化物為主。其中，日、韓企業(yè)以豐田、三星SDI、日立等為代表，技術(shù)積累深厚，具有明顯的先發(fā)優(yōu)勢(shì)，且聯(lián)合研發(fā)趨勢(shì)明顯。不過(guò)，這3種技術(shù)路線(xiàn)都存在相應(yīng)基礎(chǔ)缺點(diǎn)亟待解決。
具體而言，硫化物電解質(zhì)空氣穩(wěn)定性差，當(dāng)其暴露于空氣中就會(huì)產(chǎn)生有毒氣體，同時(shí)伴隨著電解質(zhì)結(jié)構(gòu)的破壞和電化學(xué)性能的衰減，硫化物電解質(zhì)的合成、儲(chǔ)存、運(yùn)輸和后處理過(guò)程需要嚴(yán)重依賴(lài)惰性氣體或干燥室；聚合物電解質(zhì)在室溫條件下，離子電導(dǎo)率較低，使得聚合物固態(tài)電池充電需要在高溫環(huán)境下完成，極大地限制了其商業(yè)化；大多數(shù)氧化物電解質(zhì)具有較寬的電化學(xué)穩(wěn)定“窗口”和更好的氧化穩(wěn)定性，但為了保證剛性氧化物電解質(zhì)與陰極材料的界面良好接觸，往往需要高溫?zé)Y(jié)，否則會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的界面化學(xué)副反應(yīng)。此外，有些氧化物電解質(zhì)還存在鋰枝晶生長(zhǎng)問(wèn)題。
同時(shí)，成本也是企業(yè)一道難以跨越的坎。當(dāng)前半固態(tài)電池成本已遠(yuǎn)高于商用化的液態(tài)電池成本。根據(jù)產(chǎn)業(yè)調(diào)研和測(cè)算，以NCM811液態(tài)電芯和NCM811半固態(tài)電芯為例，半固態(tài)電芯成本相比液態(tài)電芯成本增加約80%。其中，固態(tài)電解質(zhì)成本是主要新增成本，也是半固態(tài)電池中的主要成本，占比約50%。由于電解質(zhì)材料變化、生產(chǎn)工藝改變、產(chǎn)品質(zhì)量控制經(jīng)驗(yàn)不足導(dǎo)致的工程驗(yàn)證周期長(zhǎng)等因素，都會(huì)使得全固態(tài)電池比半固態(tài)電池成本更高。
衡量一款動(dòng)力電池最終能否量產(chǎn)，主要有5項(xiàng)指標(biāo)，即能量密度、充放電倍率性能、成本、安全性和循環(huán)壽命。動(dòng)力電池的實(shí)驗(yàn)室研究成果一般在某個(gè)階段取得一個(gè)或幾個(gè)指標(biāo)上的重大突破，同時(shí)滿(mǎn)足5項(xiàng)指標(biāo)要求才有可能量產(chǎn)。換言之，就當(dāng)前各大企業(yè)研發(fā)進(jìn)展來(lái)說(shuō)，固態(tài)電池看似“風(fēng)口”將至，實(shí)則“道阻且長(zhǎng)”，量產(chǎn)難度還是相當(dāng)大的。
相比于結(jié)構(gòu)上的創(chuàng)新，電池材料上的改進(jìn)更緩慢，確實(shí)也更難。但是，難并不等于不要做，我們常說(shuō)，要做“難而正確的事”，這是有道理的。從技術(shù)變革來(lái)看，當(dāng)前在汽車(chē)電動(dòng)化發(fā)展過(guò)程中，動(dòng)力電池技術(shù)創(chuàng)新起到了主體推動(dòng)作用。中國(guó)新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)之所以能引領(lǐng)全球，就在于我們?cè)趧?dòng)力電池上實(shí)現(xiàn)了超越，誕生了像寧德時(shí)代這樣的全球動(dòng)力電池巨頭。
在“雙碳”目標(biāo)驅(qū)動(dòng)的產(chǎn)業(yè)變革中，動(dòng)力電池創(chuàng)新已成為強(qiáng)化新能源汽車(chē)競(jìng)爭(zhēng)水平、打造國(guó)家產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力和穩(wěn)固企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的關(guān)鍵。無(wú)論是新能源汽車(chē)先發(fā)國(guó)還是追趕國(guó)，或是動(dòng)力電池鏈條各企業(yè)主體，都紛紛瞄準(zhǔn)新技術(shù)并布局固態(tài)電池。這既是巨大的挑戰(zhàn)，也是難得的機(jī)遇。超大規(guī)模市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)、領(lǐng)先的全產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力和不斷躍升的創(chuàng)新力，使得我國(guó)更有條件拿下動(dòng)力電池這一戰(zhàn)略制高點(diǎn)。
