界面新聞?dòng)浾?| 莊鍵
界面新聞編輯 | 張慧
在宣布已實(shí)現(xiàn)固態(tài)電池技術(shù)的重大突破后，作為全球最大汽車生產(chǎn)商的豐田，有望將固態(tài)電池的生產(chǎn)成本降低至現(xiàn)有液態(tài)電池的水平。
7月4日，《金融時(shí)報(bào)》援引豐田碳中和研發(fā)中心總裁Keiji Kaita的話稱。
豐田是全球固態(tài)電池技術(shù)研發(fā)的領(lǐng)跑者，擁有超過1000項(xiàng)相關(guān)專利。一個(gè)月前，該公司宣布了固態(tài)電池商業(yè)化的最新規(guī)劃。最早到2027年，豐田就將向市場投放搭載固態(tài)電池的電動(dòng)汽車，充電不到10分鐘即可行駛約1200公里。
日本車企日產(chǎn)和本田也已發(fā)布固態(tài)電池的規(guī)劃。日產(chǎn)計(jì)劃在2028年推出首款搭載固態(tài)電池的量產(chǎn)車型。本田則規(guī)劃在2024年啟用固態(tài)電池的實(shí)驗(yàn)生產(chǎn)線，所生產(chǎn)的電池將用于2020年代后半期推出的車型，該生產(chǎn)線的投資將達(dá)到430億日元（約合21億元人民幣）。
兼具長續(xù)航里程、高安全性、以及快速充電特點(diǎn)的電動(dòng)汽車，是行業(yè)所追求的目標(biāo)。相比液態(tài)電池，固態(tài)電池具有更高的安全性、可提供更長的續(xù)航里程以及快速充電能力。
因此，固態(tài)電池被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)的終極解決方案，本田甚至將這項(xiàng)技術(shù)稱為電動(dòng)汽車的“游戲規(guī)則改變者”。
固態(tài)電池和液態(tài)電池均為鋰電池的分支，主要差別在于電解質(zhì)的使用，兩者分別采用固態(tài)和液態(tài)電解質(zhì)材料。
液態(tài)電解質(zhì)的成分主要為有機(jī)溶劑，如果泄露到電池外部，會(huì)引發(fā)起火和爆炸的危險(xiǎn)，因此傳統(tǒng)動(dòng)力電池必須采用結(jié)實(shí)的外形且使用較大的容器，以防止電解質(zhì)外泄。
全固態(tài)電池則免除了此方面的限制，動(dòng)力電池的形態(tài)可以更為輕薄緊湊。在降低電池起火和爆炸風(fēng)險(xiǎn)的基礎(chǔ)上，全固態(tài)電池可以選擇更高容量的正負(fù)極材料，有望將動(dòng)力電池的能量密度提高至500 Wh/kg以上，較目前的水平接近翻番。
目前采用傳統(tǒng)液態(tài)電池的電動(dòng)汽車，續(xù)航里程通常在500公里左右，采用CTP等電池結(jié)構(gòu)創(chuàng)新的方式，部分電動(dòng)汽車的續(xù)航里程也號(hào)稱能超過1000公里。
與此同時(shí)，全固態(tài)電池在高溫環(huán)境下也能安全工作，不會(huì)在快充等高負(fù)荷充電方式下出現(xiàn)老化和容量衰減。
為提高充電速度，各家電池公司都在研發(fā)快充技術(shù)。今年5月，欣旺達(dá)(300207.SZ)宣布其研發(fā)的閃充電池，支持電動(dòng)汽車輕松續(xù)航1000公里，10分鐘可從20%充電至80%。6月10日，寧德時(shí)代(300750.SZ)首席科學(xué)家吳凱在世界動(dòng)力電池大會(huì)現(xiàn)場表示，寧德時(shí)代某客戶的一款車型的快充效果將達(dá)到充電不到10分鐘，續(xù)航超400公里。
在同樣的充電時(shí)間內(nèi)，欣旺達(dá)和寧德時(shí)代液態(tài)電池的續(xù)航里程都不及豐田規(guī)劃中的固態(tài)電池。
相較于日本等國外企業(yè)高調(diào)制定固態(tài)電池車型的量產(chǎn)時(shí)間表，中國企業(yè)將半固態(tài)電池作為實(shí)現(xiàn)固態(tài)電池商業(yè)化的切入點(diǎn)，目前公布進(jìn)展多集中在半固態(tài)電池上。
包括清陶能源、衛(wèi)藍(lán)新能源在內(nèi)的初創(chuàng)企業(yè)是其中代表，均已進(jìn)入量產(chǎn)裝車倒計(jì)時(shí)。
衛(wèi)藍(lán)新能源首席科學(xué)家、創(chuàng)始人李泓今年曾公開表示，中國鋰電池將實(shí)現(xiàn)從1.0到4.0的技術(shù)進(jìn)步，1.0即早期的混合固液產(chǎn)品，2.0接近于準(zhǔn)固態(tài)，3.0是全固態(tài)產(chǎn)品的開端，4.0將會(huì)是全面滿足各類應(yīng)用的全固態(tài)解決方案。
衛(wèi)藍(lán)新能源本月初向蔚來汽車交付了首批半固態(tài)電池電芯，其能量密度為360 Wh/kg。電池通常采用電芯-模組-電池包的裝配模式，電芯是組成電池包的最小單元。李泓此前曾透露，與蔚來汽車合作的半固態(tài)電池可實(shí)現(xiàn)單次充電1000公里的續(xù)航。
清陶能源在今年初披露，與上汽集團(tuán)合作研發(fā)的半固態(tài)電池年內(nèi)將應(yīng)用于上汽集團(tuán)自主品牌新款車型，續(xù)航里程在1000公里以上，并計(jì)劃在2025年實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)。
上汽集團(tuán)也在近期宣布，計(jì)劃向清陶能源追加不超過27億元的投資，持股比例將由目前的4.2%上升至15.29%，足以見得對(duì)其半固態(tài)電池技術(shù)的重視。
LG新能源同樣計(jì)劃在2026年實(shí)現(xiàn)半固態(tài)電池的商業(yè)化，這家韓國公司是全球第二大動(dòng)力電池生產(chǎn)商。但對(duì)于固態(tài)電池的前景，其主要競爭對(duì)手寧德時(shí)代卻不看好。
今年3月，寧德時(shí)代董事長曾毓群在業(yè)績發(fā)布會(huì)上表態(tài)稱，全固態(tài)、半固態(tài)電池仍有很多科學(xué)及技術(shù)的基礎(chǔ)問題尚未解決，該公司已深耕十多年，仍然認(rèn)為難以形成有技術(shù)可行性和市場競爭力的產(chǎn)品。
迄今為止，寧德時(shí)代并未公布過全固態(tài)或者半固態(tài)電池的量產(chǎn)時(shí)間表。但歐美車企和新興電池企業(yè)仍然熱衷于全固態(tài)電池的研發(fā)。從各家規(guī)劃看，豐田最為超前。
對(duì)于在動(dòng)力電池領(lǐng)域落后于亞洲企業(yè)的歐美同行而言，它們希望全固態(tài)電池技術(shù)成為了其彎道超車的可能路徑。目前，全球前十大動(dòng)力電池公司都來自于中日韓三國，其中中國占據(jù)了六家。
早在2021年，寶馬集團(tuán)就向美國固態(tài)電池公司Solid Power投資1.3億美元（約合9.4億元人民幣），用于全固態(tài)電池技術(shù)研發(fā)。根據(jù)當(dāng)時(shí)的規(guī)劃，寶馬集團(tuán)計(jì)劃在2025年前推出應(yīng)用全固態(tài)電池的原型車，并在2030年前將技術(shù)應(yīng)用于量產(chǎn)車。
今年2月，寶馬集團(tuán)與Solid Power深化了彼此的合作，前者將在其德國總部建立一條全固態(tài)電池的原型產(chǎn)品生產(chǎn)線。后者則明確在年內(nèi)交付用于測試的全尺寸汽車電芯，幫助寶馬集團(tuán)實(shí)現(xiàn)2025年推出全固態(tài)電池原型車的短期目標(biāo)。
另一家知名車企大眾集團(tuán)向另一家美國固態(tài)電池公司QuantumScape投資了數(shù)億美元。去年底，后者對(duì)外宣布，已向車企客戶提供了全固態(tài)電池的樣品，該產(chǎn)品已接近全尺寸汽車電芯，可用于量產(chǎn)汽車的測試。QuantumScape并未披露該客戶的名稱，不過外界普遍猜測其大概率為大眾集團(tuán)。
中國企業(yè)多選擇半固態(tài)電池，主要認(rèn)為這是當(dāng)前相對(duì)現(xiàn)實(shí)的路徑。盡管固態(tài)電池?fù)碛薪跬昝赖那熬?，但相關(guān)的技術(shù)研發(fā)并非坦途。
全固態(tài)電池最初被期待在2020年代前半期搭載于純電動(dòng)汽車，但開發(fā)速度遠(yuǎn)不及預(yù)期。豐田曾計(jì)劃在2025年前量產(chǎn)搭載全固態(tài)電池的混動(dòng)車型，不過這一規(guī)劃目前已不再提及。
固態(tài)電解質(zhì)的開發(fā)是難點(diǎn)之一。其主要技術(shù)方向包括氧化物、聚合物與硫化物三種，目前業(yè)界還未能尋覓到兼顧綜合電化學(xué)性能和生產(chǎn)成本的材料。
固態(tài)電池從實(shí)驗(yàn)室走向大規(guī)模量產(chǎn)的可行性，也是一項(xiàng)重大挑戰(zhàn)。因此，研發(fā)全固態(tài)電池技術(shù)，也被稱為像是一項(xiàng)在未開發(fā)的土地上尋找目的地的艱難挑戰(zhàn)。
QuantumScape首席執(zhí)行官Jagdeep Singh也曾表示，距離全固態(tài)電池技術(shù)的商業(yè)化仍有很長的路要走。根據(jù)QuantumScape的評(píng)估，在2025年前，該公司還不打算交付可供量產(chǎn)的全固態(tài)電池原型產(chǎn)品。
作為過渡產(chǎn)品的半固態(tài)電池由此應(yīng)運(yùn)而生。相比于使用固態(tài)電解質(zhì)的全固態(tài)電池，其仍然使用了一定比例的液態(tài)電解質(zhì)，被認(rèn)為是結(jié)合了液態(tài)電池易量產(chǎn)和固態(tài)電池安全性高的特點(diǎn)。
不過業(yè)內(nèi)對(duì)半固態(tài)電池的商業(yè)化前景態(tài)度不一，有觀點(diǎn)認(rèn)為，與傳統(tǒng)鋰電池相比，半固態(tài)電池在安全性等方面的提升有限。