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)勢讓人們對其充滿憧憬，被視為下一代動力電池，也是各國角逐的戰(zhàn)略制高點。不過，當(dāng)前其3種技術(shù)路線都存在相應(yīng)基礎(chǔ)缺點亟待解決，成本也是企業(yè)一道難以跨越的坎。
豐田汽車公司近日在技術(shù)說明會上宣布，已經(jīng)找到很好的材料，能夠在2027年至2028年實現(xiàn)固態(tài)電池商業(yè)化，向市場投放配備全固態(tài)電池的純電動汽車。不過，由于豐田汽車并沒有公布令人信服的技術(shù)細節(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)勢讓人們對其充滿憧憬，被視為下一代動力電池，也是各國角逐的戰(zhàn)略制高點。30年前，美國橡樹嶺國家實驗室就號稱造出了固態(tài)電池，遺憾的是至今未能實現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)。這兩年，伴隨著全球新能源汽車的火爆，屢有企業(yè)傳出固態(tài)電池量產(chǎn)進展，但消息曝光后就又沒了下文。
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。日、韓押寶硫化物體系，歐洲主要為聚合物路線，中國則以氧化物為主。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，且聯(lián)合研發(fā)趨勢明顯。不過，這3種技術(shù)路線都存在相應(yīng)基礎(chǔ)缺點亟待解決。
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產(chǎn)生有毒氣體，同時伴隨著電解質(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、儲存、運輸和后處理過程需要嚴重依賴惰性氣體或干燥室；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)，否則會導(dǎo)致嚴重的界面化學(xué)副反應(yīng)。此外，有些氧化物電解質(zhì)還存在鋰枝晶生長問題。
同時，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)驗不足導(dǎo)致的工程驗證周期長等因素，都會使得全固態(tài)電池比半固態(tài)電池成本更高。
衡量一款動力電池最終能否量產(chǎn)，主要有5項指標，即能量密度、充放電倍率性能、成本、安全性和循環(huán)壽命。動力電池的實驗室研究成果一般在某個階段取得一個或幾個指標上的重大突破，同時滿足5項指標要求才有可能量產(chǎn)。換言之，就當(dāng)前各大企業(yè)研發(fā)進展來說，固態(tài)電池看似“風(fēng)口”將至，實則“道阻且長”，量產(chǎn)難度還是相當(dāng)大的。
相比于結(jié)構(gòu)上的創(chuàng)新，電池材料上的改進更緩慢，確實也更難。但是，難并不等于不要做，我們常說，要做“難而正確的事”，這是有道理的。從技術(shù)變革來看，當(dāng)前在汽車電動化發(fā)展過程中，動力電池技術(shù)創(chuàng)新起到了主體推動作用。中國新能源汽車產(chǎn)業(yè)之所以能引領(lǐng)全球，就在于我們在動力電池上實現(xiàn)了超越，誕生了像寧德時代這樣的全球動力電池巨頭。
在“雙碳”目標驅(qū)動的產(chǎn)業(yè)變革中，動力電池創(chuàng)新已成為強化新能源汽車競爭水平、打造國家產(chǎn)業(yè)競爭力和穩(wěn)固企業(yè)競爭優(yōu)勢的關(guān)鍵。無論是新能源汽車先發(fā)國還是追趕國，或是動力電池鏈條各企業(yè)主體，都紛紛瞄準新技術(shù)并布局固態(tài)電池。這既是巨大的挑戰(zhàn)，也是難得的機遇。超大規(guī)模市場優(yōu)勢、領(lǐng)先的全產(chǎn)業(yè)競爭力和不斷躍升的創(chuàng)新力，使得我國更有條件拿下動力電池這一戰(zhàn)略制高點。
