文|電動公會 李大鵬
比亞迪耗時六年研發(fā)的全固態(tài)電池，終于要落地了。
日前，我們從比亞迪內(nèi)部獲悉，比亞迪全固態(tài)鋰電池在重慶生產(chǎn)即將裝車試驗，該項目由中國科學院院士、清華大學教授歐陽明高牽頭，另有三位院士顧問一同參與研發(fā)工作，屬于標準的國家級重點項目。
據(jù)了解，該固態(tài)電池在使用硅基材料作為固態(tài)電池負極時，能量密度預計能達到400Wh/kg。作為參考，比亞迪二代刀片電池的能量密度為180Wh/kg，也就是說，比亞迪固態(tài)電池能量密度相比刀片電池提升了2倍之多。
比亞迪早在2016年以前就開始投入固態(tài)鋰電池的研發(fā)工作，目前在國內(nèi)的相關專利數(shù)量眾多，位列國內(nèi)第一。目前其兩種技術路線氧化物固態(tài)鋰電池，以及硫化物固態(tài)鋰電池均已完成生產(chǎn)，可進行裝車試驗。
知情人透露，首發(fā)比亞迪固態(tài)電池的車型，或將是其百萬級高端品牌仰望的硬派SUV。除了比亞迪車型自用，比亞迪首批全固態(tài)電池還將外供其他企業(yè)，可能優(yōu)先供應奔馳、寶馬、奧迪和紅旗等品牌。
事實上，除比亞迪外，近兩年各大企業(yè)都將目光投向了固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)，日產(chǎn)、寶馬、寧德時代、蔚來、上汽、廣汽等均表示在固態(tài)電池的研發(fā)中已取得了階段性進展。
頭部企業(yè)的加入，讓固態(tài)電池站上了投資風口。
今年以來，輝能科技、太藍新能源、衛(wèi)藍新能源、Solitor、高能時代、Factorial Energy、恩力動力、SES等國內(nèi)外多家固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)接連獲得資本青睞。投資方包括華為、小米、寧德時代、欣旺達、梅賽德斯-奔馳、本田汽車、吉利控股、上汽集團、通用汽車、現(xiàn)代汽車、起亞等，陣容相當豪華。
可以看到，固態(tài)電池已經(jīng)成為各大汽車廠商爭奪未來純電動車話語權的核心技術。
固態(tài)電池為什么受寵?
固態(tài)電池雖然正逐漸站上風口，但由于其商業(yè)化在短期內(nèi)難以實現(xiàn)，導致各方對這一技術路線仍存較大爭議。
固態(tài)電池好在哪?
第一、固態(tài)電池使用固體電解質替代了傳統(tǒng)鋰電池的電解液和隔膜。與傳統(tǒng)鋰電池相比，固態(tài)電池更安全、能量密度也更高、循環(huán)性能更強。
第二、固態(tài)電池技術被認為將大幅縮減電動汽車的成本，有研究機構認為，量產(chǎn)固態(tài)電池的成本僅為目前鋰離子電池的40%。
基于以上兩點優(yōu)勢，在下一代汽車動力電池的自主研發(fā)技術中，讓固態(tài)電池成為了風向標。
盡管前景可期，但由于技術和工藝上的種種問題，發(fā)展固態(tài)電池的道路并非一帆風順。
首先，高效的電解質材料體系缺乏。
作為固態(tài)電池的核心材料，目前在固體鋰離子導體的單一指標上已有所突破，但綜合性能尚不能滿足大規(guī)模儲能需求?，F(xiàn)今固態(tài)電池采用的固態(tài)電解質普遍存在性能短板，距離高性能鋰離子電池系統(tǒng)的要求仍有不小的差距。
其次，固態(tài)電解質和電極的界面處理也是固態(tài)電池目前面臨的一大難題。
在固體電解質中鋰離子傳輸阻抗很大，與電極接觸的剛性界面接觸面積小，在充放電過程中電解質體積的變化容易破壞界面的穩(wěn)定。
此外，在固態(tài)鋰電池中，除了電解質和電極之間的界面，電極內(nèi)部還存在復雜的多級界面，電化學以及形變等因素都會導致接觸失效影響電池性能。
第三，長期使用時穩(wěn)定性不理想也是長壽命儲能固態(tài)電池發(fā)展的瓶頸。
固態(tài)電池在服役過程中結構與界面會隨時間發(fā)生退化，但退化對電池綜合性能的影響機制尚不明確，難以實現(xiàn)長效應用。而構建高性能固態(tài)電池需要從兩方面入手，一是構建高性能的固態(tài)電解質，二是提高界面的相容性和穩(wěn)定性。
針對固態(tài)電池，我們要從最基礎的材料、界面、單體，一直到最終的系統(tǒng)模塊進行研究，只有從根本上解決了關鍵材料和界面問題，才能開展系統(tǒng)的工藝研究，從而滿足單電池的性能要求。
何時能夠產(chǎn)業(yè)化?
盡管固態(tài)電池的技術優(yōu)勢很明顯，但在產(chǎn)業(yè)化方面，因為一些關鍵技術涉及到各個企業(yè)核心技術而無法獲取，導致基于工程化應用方面的技術還需要進一步探究。
過去幾年，全球汽車巨頭產(chǎn)業(yè)都在投資研發(fā)這一領域，眾多玩家加入導致這一市場的“僧多肉少”，做科研和做技術的企業(yè)就那么多，誰能先拿下就是誰的。
此前，歐陽明高在接受媒體采訪時表示，雖然中國目前在汽車動力電池供應上處于絕對龍頭地位，但歐美和日韓企業(yè)已經(jīng)在下一代固態(tài)電池領域的研發(fā)上處于領先地位。
他認為，如果從國家角度來講，目前固態(tài)電池技術最好的國家是日本。因為日本在固態(tài)電池的研發(fā)中制定了非常詳細的國家性計劃，每一步的分工都非常明確。“而我國現(xiàn)在研發(fā)全固態(tài)電池還屬于各自為政階段，沒有一個完整的國家計劃來推動，所以相比之下，日本應該要超前我們 5 年?！?/p>
從2021年開始，日系三大車企豐田、本田、日產(chǎn)汽車都陸續(xù)對外發(fā)布2030戰(zhàn)略。這些戰(zhàn)略在表達電動化轉型的決心之外，無一例外地把固態(tài)電池的研發(fā)作為重點戰(zhàn)略之一，并給出了具體的時間節(jié)點。
三家日系車企中，豐田的固態(tài)電池進展啟動的時間點更靠前，最先試制。日產(chǎn)和本田則統(tǒng)一在2024年建設試產(chǎn)線，為量產(chǎn)做準備。雖前期步調(diào)有些許差異，但三家均將批量生產(chǎn)時間設在2030年前。
最多五年的時間，三家車企都需要完成全固態(tài)電池的試產(chǎn)、量產(chǎn)到上車應用，節(jié)奏十分緊湊。對比液態(tài)鋰電池的依賴外部供應商模式，日系車企對固態(tài)電池自造的迫切可見一斑。
我們的路該怎么走?
按照上海大學新能源產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新研究中心研究員羅向群的觀點，企業(yè)可以分為三類路線：
第一種是半固態(tài)電池路線者，其實多半是從全固態(tài)路線轉為半固態(tài)路線，并且在可見的將來基本上專注于半固態(tài)電池，比如衛(wèi)藍新能源、SES、浙江鋒鋰等。
目前看，半固態(tài)電池量產(chǎn)裝車的時間點已經(jīng)到來。今年3月，衛(wèi)藍新能源首席科學家、創(chuàng)始人李泓透露，衛(wèi)藍新能源開發(fā)了混合固液電解質動力電池，并將在蔚來ET7車型上量產(chǎn)應用，單次充電1000km，電池包電量達到150kWh，單體能量密度達到360Wh/kg。
半固態(tài)電池量產(chǎn)上車，是一個很重要的時間節(jié)點。不過，半固態(tài)電池量產(chǎn)初期，價格不會便宜，有多少消費者愿意為此買單還是一個未知數(shù)。
第二種是直接選擇全固態(tài)電池路線，如比亞迪已公布的固態(tài)電池相關產(chǎn)品計劃。比亞迪未來的電池技術有三個方案：刀片、六棱或者2025全固態(tài)。
第三種是選擇“兩條腿走路”，例如國軒高科、蜂巢能源等。今年5月27日，國軒高科在其第十一屆科技大會上發(fā)布了一款半固態(tài)電池，該款電芯能量密度達到360Wh/kg，將在今年年底量產(chǎn)上車。
而無論哪種路線，現(xiàn)階段我國的固態(tài)電池領域最先要解決的問題是，如何合理運用資金拿下固態(tài)電解質。
做材料這種事不可操之過急，需要靜下心來長期積累，有了夯實基礎才能做到厚積薄發(fā)，中國全固態(tài)電池技術的落后，并不可怕，可怕的是不去做，況且技術研發(fā)不是一個恒定的值，在“你爭我趕”的過程中，我們有望顛覆。
事實上，目前國內(nèi)市場中，寧德時代、蔚來以及即將上車的比亞迪，均在固態(tài)電池的研發(fā)中已取突破性進展。另外，在小米、華為、輝能科技、春華資本、丹豐資本等資本的幫助下，國內(nèi)固態(tài)電池領域的投資也取得了較好的成績。
只不過現(xiàn)在的時間節(jié)點，磷酸鐵鋰、三元鋰、半固態(tài)和固態(tài)電池處于一種混合存在的狀態(tài)，它們都有著此時此刻自己應該扮演的角色。
雖然現(xiàn)在固態(tài)電池還未正式應用在汽車上，但在消費電子、無人機等終端設備之上，卻已經(jīng)得到了不少的應用。根據(jù)歐陽明高的預測，固態(tài)電池真正在汽車領域大規(guī)模商業(yè)化應用，大概的時間是在2025~2030年之間。
未來誰能率先殺出重圍，我們拭目以待。