日前，固態(tài)電池企業(yè)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(yīng)商SK創(chuàng)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(tài)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(tài)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(huán)壽命和寬溫度范圍工作的要求。”如今，固態(tài)電池的技術(shù)成熟度究竟如何?距離量產(chǎn)上車還要多久?

技術(shù)創(chuàng)新催“熱”固態(tài)電池

在業(yè)界的廣泛關(guān)注與大力推動下，固態(tài)電池開發(fā)趨熱。

“我們應(yīng)用固態(tài)電解質(zhì)膜和專用正極材料，制備出了能量密度高達350Wh/kg的固態(tài)電池樣品。”不久前，上市公司珠海冠宇的相關(guān)負責人表示。同期，美國固態(tài)電池開發(fā)商Solid Power公開了其高含量硅全固態(tài)電池技術(shù)的安全和性能數(shù)據(jù)，其小型軟包電池在室溫下可實現(xiàn)1000多次循環(huán)。

正積極尋求新突破的SK創(chuàng)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(shù)使用權(quán)，聯(lián)合生產(chǎn)車規(guī)級固態(tài)電池，并希望借此為長續(xù)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(tài)電池研究也獲得了福特、寶馬的資金支持。Solid Power方面回應(yīng)稱，將向SK創(chuàng)新提供自己研發(fā)的硫化物固態(tài)電解質(zhì)、專利電池設(shè)計和生產(chǎn)工藝。

硫化物固態(tài)電解質(zhì)有何奧妙?“鋰離子電池固態(tài)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(tài)電解質(zhì)，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(yōu)點，是目前最有潛力和前景的新技術(shù)之一。”中國電池工業(yè)協(xié)會鋰電池應(yīng)用專業(yè)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(tài)電池技術(shù)開發(fā)速度加快，而Solid Power的全固態(tài)電池，就是建立在硫化物固態(tài)電解質(zhì)基礎(chǔ)上的，這是近年來固態(tài)電池研究領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)之一。

據(jù)悉，在固態(tài)電池布局上，韓國現(xiàn)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(fā)車規(guī)級固態(tài)電池。目前，雙方已在“因子電解質(zhì)系統(tǒng)技術(shù)”(FEST)研發(fā)中取得了突破性進展。

“因子電解質(zhì)系統(tǒng)技術(shù)采用一種專有的固體電解質(zhì)材料，替代了目前鋰電池的液體電解質(zhì)，并可通過匹配高電壓、高能量密度的電極，實現(xiàn)安全可靠的電池性能。”四川新能源汽車動力電池產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟專家宋浩駿告訴記者。通過試驗，F(xiàn)E的固態(tài)電池在25℃條件下，循環(huán)675次后容量仍可保持97.3%，理論上可使續(xù)駛里程提高20%～50%。其量產(chǎn)的便捷性則體現(xiàn)在，現(xiàn)有鋰電池生產(chǎn)線不必做很大改動。

“目前，業(yè)界正在開發(fā)的固態(tài)電池按電解質(zhì)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(zhì)屬于有機電解質(zhì)，而后兩種屬于無機電解質(zhì)。”廣東工業(yè)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(shù)難題仍然待解

固態(tài)電池進入量產(chǎn)階段，才是真正開始投入應(yīng)用的標志。現(xiàn)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(nèi)量產(chǎn)ET7，而這款車也是該公司首款應(yīng)用固態(tài)電池的產(chǎn)品。據(jù)悉，頂配版蔚來ET7將配裝150kWh固態(tài)電池，續(xù)駛里程達到1000公里。但資料也顯示，該款固態(tài)電池是90%固態(tài)+10%液體電解質(zhì)的半固態(tài)電池。

“半固態(tài)電池是一種過渡性技術(shù)，依據(jù)現(xiàn)有鋰電池制造條件完全可以量產(chǎn)。”山東電池工業(yè)協(xié)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(chǔ)上，向負極材料中添加硅碳元素，就可以制造出半固態(tài)電池，技術(shù)上并不難實現(xiàn)。其實，今年蜂巢能源發(fā)布的果凍電池也是一種半固態(tài)電池，已具備量產(chǎn)條件。

而真正的固態(tài)電池要實現(xiàn)量產(chǎn)，還面臨不少挑戰(zhàn)。“固態(tài)電池具有諸多優(yōu)點，但要量產(chǎn)還需攻克一系列難題。”

江蘇新能源汽車行業(yè)發(fā)展研究院研究員厲建平認為，固態(tài)電池具有安全、能量密度高、循環(huán)性能好、適應(yīng)溫度廣、充電速度快等優(yōu)點，但量產(chǎn)的難題在于：一是在固態(tài)電解質(zhì)的選擇上，幾種技術(shù)路線各有千秋，如氧化物固態(tài)電池、薄膜固態(tài)電池難以制成大容量動力電池，聚合物固態(tài)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(tài)電池則面臨電解質(zhì)對空氣敏感、制造條件苛刻、原材料昂貴、規(guī)模化生產(chǎn)技術(shù)不成熟等問題;二是生產(chǎn)工藝不成熟，由于技術(shù)路線不確定，難以做到像現(xiàn)有三元鋰電池那樣成熟;三是還要解決固態(tài)電解質(zhì)材料的鋰離子電導率偏低、固/固界面接觸性和穩(wěn)定性差等問題;四是現(xiàn)階段制備工藝復雜，整體生產(chǎn)成本過高。

“其實，諾獎得主威廷漢所說的固態(tài)電池要滿足的技術(shù)要求，都是目前需要破解的技術(shù)難題。”浙江新能源技術(shù)應(yīng)用研究院研究員陸安程告訴記者，目前各國選擇的技術(shù)路線并不相同。其中，日韓企業(yè)多采用硫化物固態(tài)電解質(zhì)技術(shù)路線，而中國企業(yè)多以氧化物路線為主，歐美企業(yè)的選擇則呈多樣化，如寶馬與福特投資的Solid Power主要研發(fā)基于硫化物的全固體電池，而另一家美國電池企業(yè)Quantum Scape研發(fā)的固態(tài)電池走的是氧化物路線。

“從當前技術(shù)水平看，距離固態(tài)電池規(guī)?；慨a(chǎn)預計還需要5～10年時間。”華東汽車新材料技術(shù)研究院研究員林澍文認為，雖然有的公司已開發(fā)出固態(tài)電池樣品，但距離量產(chǎn)和商業(yè)化還有不近的距離。

搶占技術(shù)制高點的競爭激烈

盡管還有技術(shù)瓶頸有待突破，但這仍然擋不住企業(yè)紛紛搶先對固態(tài)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(yè)的投資。寶馬、福特、SK創(chuàng)新看好的Solid Power，計劃2022年試制固態(tài)電池產(chǎn)品，并計劃2024年開始量產(chǎn)。而豐田汽車在固態(tài)電池研發(fā)上也不落后，其推出的固態(tài)電池原型車已開始測試，有望2025年前后量產(chǎn)。

此外，大眾汽車公開表示，未來將著力發(fā)展固態(tài)電池技術(shù)，并預計2025年投入使用;本田今年開始全固態(tài)電池生產(chǎn)技術(shù)驗證，并力爭應(yīng)用到量產(chǎn)車型上;寶馬集團發(fā)布規(guī)劃，稱計劃在2030年前實現(xiàn)量產(chǎn);LG能源也正在開發(fā)全固態(tài)電池，預計2026年實現(xiàn)量產(chǎn);現(xiàn)代汽車的固態(tài)電池量產(chǎn)則定在2030年。

在國內(nèi)，也有多家電池企業(yè)開始發(fā)力。被一汽、蔚來等車企看好的輝能科技，預計在2024年量產(chǎn)固態(tài)電池;大眾汽車參股的國軒高科，正在推進固態(tài)電池及其固態(tài)電解質(zhì)的研發(fā);寧德時代主攻硫化物固態(tài)電池技術(shù);萬向錢潮、贛鋒鋰業(yè)、天齊鋰業(yè)、中天科技等企業(yè)也在研發(fā)固態(tài)電池;贛鋒鋰業(yè)擬投資22億元建設(shè)高比能固態(tài)電池超薄鋰負極材料項目。

林澍文告訴記者，豐田的車規(guī)級固態(tài)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(fā)明專利;國內(nèi)多數(shù)電池企業(yè)與固態(tài)電池相關(guān)的專利大多只有個位數(shù)或兩位數(shù)，輝能科技相關(guān)專利據(jù)稱已到三位數(shù)，但大多是實用新型專利和外觀設(shè)計專利，與豐田相比依然存在一定差距。

2020年11月，國務(wù)院辦公廳印發(fā)的《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2021～2035年)》明確要求，加快固態(tài)動力電池技術(shù)研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化。據(jù)預測，到2030年，全球固態(tài)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(shù)創(chuàng)新發(fā)展方向的固態(tài)電池方面，率先搶占技術(shù)制高點是關(guān)鍵。”厲建平認為，這也是率先量產(chǎn)及占據(jù)市場優(yōu)勢地位的關(guān)鍵。(記者 趙建國)