截止目前，里程焦慮已成為困擾新能源汽車規(guī)模推廣的首要痛點所在，未來車企對于動力電池能量密度的要求只會越來越高。

可以說，在這樣的行業(yè)背景下，誰能最先掌握更高能量密度的電池技術(shù)，誰有擁有了贏得市場的重要“籌碼”，這也成為豐田一直致力于固態(tài)電池技術(shù)研發(fā)的重要原因。

近日有報道稱，日本豐田汽車公司向外界透露了其全固態(tài)電池框架。

豐田已將全固態(tài)電池的能量密度提高至400Wh/L，相比2010年左右生產(chǎn)的鋰離子電池能量密度翻番，最快將于2020年實現(xiàn)商業(yè)化。

而豐田目前需要做的是，將基于硫化物的全固態(tài)電池性能提升到遠(yuǎn)高于主流的鋰離子電池。

豐田在固態(tài)電池領(lǐng)域再“搞事”

這已經(jīng)不是豐田首次披露其固態(tài)電池商業(yè)化路線。

去年7月，豐田對外宣稱正致力于新型電動汽車固態(tài)動力電池的研發(fā)，將大幅增加續(xù)航里程，并可實現(xiàn)快速充電。

據(jù)悉，該款搭載固態(tài)電池的電動車基于全新的生產(chǎn)平臺打造，最快將于2022年上市。現(xiàn)在看來，豐田有望將這個目標(biāo)提前實現(xiàn)。

此前固態(tài)電池由于技術(shù)不夠成熟，商業(yè)化之路更是困難重重，因此僅有為數(shù)不多的幾家企業(yè)涉足其中。

現(xiàn)如今，在高能量密度趨勢的推動下，越來越多國內(nèi)外企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)的重心開始集中到全固態(tài)鋰電池上，這其中就包括大眾、寶馬、大陸集團(tuán)、寧德時代、比亞迪等知名的車企及電池企業(yè)。

國內(nèi)外固態(tài)電池布局加速

2018 年 4 月，日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省與日本新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機(jī)構(gòu)（NEDO）宣布啟動高效電池“全固態(tài)電池”核心技術(shù)的開發(fā)。

該項目預(yù)計總投資 100 億日元，包括豐田、本田、日產(chǎn)、松下等 23 家汽車、電池、材料企業(yè)以及京都大學(xué)、日本理化學(xué)研究所等 15 家學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)共同參與研究。

日本新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機(jī)構(gòu)項目經(jīng)理細(xì)川敬表示，全固態(tài)電池在成本、密度和熱穩(wěn)定性方面都較目前的鋰離子電池有巨大優(yōu)勢，未來將主應(yīng)用于長續(xù)航的電動汽車，將是汽車工業(yè)的新希望。

“全固態(tài)電池的專利有1/2來自日本，其中豐田以30件全固態(tài)電池專利申請件數(shù)位居世界之首”。

展出的固態(tài)電池樣品

除此之外，日本在固態(tài)電解質(zhì)材料開發(fā)等方面領(lǐng)先世界。有媒體表示，日本之所以熱衷于對固態(tài)電池技術(shù)的研究，是希望重新占據(jù)市場主導(dǎo)地位。

據(jù)了解，此前日本企業(yè)在車用電池領(lǐng)域占絕對優(yōu)勢，2013年占據(jù)全球70%市場份額，2016年減至41%，直到2017年被2013年僅占比3%的中國反超。

除日本企業(yè)外，國際巨頭也開始關(guān)注并進(jìn)入固態(tài)電池領(lǐng)域。

今年8月初，大眾集團(tuán)CEO迪斯表示，其合作伙伴QuantumScape正在研發(fā)能讓電動汽車更便宜、續(xù)駛里程更長的電池技術(shù)，雙方計劃未來幾年合作生產(chǎn)固態(tài)電池。截止目前，QuantumScape試制的固態(tài)電池已在電動汽車上完成測試。

大眾集團(tuán)方面表示，如果使用新開發(fā)的固態(tài)電池，公司e-Golf的續(xù)駛里程可以從現(xiàn)在的300公里增加至約750公里。“固態(tài)電池商業(yè)化應(yīng)用將成為電動汽車的關(guān)鍵轉(zhuǎn)折點。”大眾集團(tuán)研發(fā)負(fù)責(zé)人海因里希提到，大眾集團(tuán)希望能夠加快固態(tài)電池商業(yè)化速度，從而對大眾集團(tuán)電動車計劃提供助力。

寶馬對固態(tài)電池同樣充滿了興趣。前不久，寶馬宣布與電池技術(shù)公司Solid Power建立起新的合作伙伴關(guān)系，雙方將聯(lián)手開發(fā)電動汽車專用的固態(tài)電池技術(shù)，并且包括后續(xù)的商業(yè)化進(jìn)程；

大陸集團(tuán)CEO根哈特也對外透露，他們正考慮加大對創(chuàng)新型電池的投資，并強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新型電池即為固態(tài)電池。

而對中國電池企業(yè)來說，按照《中國制造2025》確定的目標(biāo)，2020年鋰電池能量密度到300Wh/kg，2025年要達(dá)到400Wh/kg，2030年要達(dá)到500Wh/kg。

在此前工信部等四部委印發(fā)的《促進(jìn)汽車動力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動方案》明確提出，要加大投入研發(fā)新的動力鋰電池體系，其中含固態(tài)電池。

固態(tài)電池有望替代傳統(tǒng)鋰電池

據(jù)了解，目前國內(nèi)從事固態(tài)電池研究的機(jī)構(gòu)和企業(yè)就有中科院化學(xué)所、中科院青島能源所、中科院寧波材料所、寧德時代新能源、上海空間電源研究所、中航鋰電、珈偉股份、橫店東磁、臺灣輝能等，并在某種程度上取得不小的突破，甚至已完成實驗室驗證并有小部分企業(yè)實現(xiàn)小規(guī)模產(chǎn)業(yè)化。

以寧德時代為例，其以硫化物電解質(zhì)為主要研發(fā)方向，采用正極包覆解決正極材料與固態(tài)電解質(zhì)的界面反應(yīng)問題，采用熱壓的方式增強(qiáng)電解質(zhì)和電極材料之間的接觸，降低了界面電阻，通過對硫化物進(jìn)行改性，增強(qiáng)熱穩(wěn)定性。目前，其容量為300 Wh/kg的鋰金屬固態(tài)電池 300 次循環(huán)后剩余 82%。

而在國內(nèi)其他涉足固態(tài)電池的上市企業(yè)中，國軒高科在投資關(guān)系平臺表示，公司已在研發(fā)固態(tài)電池及固態(tài)電解質(zhì)；

橫店東磁在接受調(diào)研時表示，將組織研發(fā)固態(tài)電池，旗下三元動力電池去年8月份試生產(chǎn)；

贛鋒鋰業(yè)表示，目前公司的固態(tài)鋰電池處于試驗階段，但已經(jīng)通過多項第三方安全測試。

商業(yè)化道路到底有多難？

固態(tài)電池具有能量密度高、循環(huán)壽命長、安全性高等技術(shù)優(yōu)勢，有望成為下代電池競爭的重點。

北大先行科技產(chǎn)業(yè)有限公司總裁高原認(rèn)為，短期或中期內(nèi)固態(tài)電池可能會實現(xiàn)技術(shù)上的突破，固態(tài)電池會用鋰金屬作為負(fù)極，除能夠提高能量密度，還能夠解決當(dāng)前動力電池產(chǎn)業(yè)面臨的許多問題。

固態(tài)電池是指電池結(jié)構(gòu)中不含液體，所有材料都以固態(tài)形式存在的儲能器件，由“正極材料+負(fù)極材料”和固態(tài)電解質(zhì)組成。

相比傳統(tǒng)鋰離子電池，固態(tài)電池具有安全性高、能量密度高、循壞壽命長、工作溫度范圍寬、薄膜柔性化、方便回收、可快速充電、多功能封裝、生產(chǎn)效率高等優(yōu)勢。

能量密度目標(biāo)僅固態(tài)電池勝任

不管怎樣來看，固態(tài)電池都是未來動力電池行業(yè)發(fā)展趨勢。

中國工程院院士陳立泉明確表示：“能量密度要達(dá)成目標(biāo)，必須從現(xiàn)在開始考慮全固態(tài)電池。”更有專家指出，“當(dāng)前磷酸鐵鋰、三元等鋰離子電池在放電過程中，絕對的安全性難以通過電池自身解決，金屬鋰固態(tài)電池才是終極目標(biāo)”。

諸多光環(huán)加身，那么固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程究竟如何？

此前中科院青島能源所就透露其開發(fā)的大容量固態(tài)聚合物鋰電池已成功用于深海科考。

近日有消息稱，由珈偉龍能固態(tài)儲能科技如皋有限公司生產(chǎn)的類固態(tài)軟包三元材料動力鋰離子蓄電池通過國家機(jī)動車質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心強(qiáng)制性檢驗。

珈偉龍能總經(jīng)理黃碧英介紹，該電池采用納米技術(shù)，儲能很強(qiáng)大，在快速充電、高安全性、壽命時間等方面都有著獨特的優(yōu)勢，完成一次充電僅需5分40秒，能實現(xiàn)2萬次的充放電循環(huán)壽命。

然而不難發(fā)現(xiàn)，珈偉龍能此次獲得強(qiáng)制認(rèn)證的是類固態(tài)電池，與真正意義上的全固態(tài)電池有差異。

搭載固態(tài)電池的跑車EMotion

對于固態(tài)電池的技術(shù)進(jìn)展，上海空間電源研究所湯衛(wèi)平博士表示，雖然目前有不少企業(yè)宣稱自己已經(jīng)做出全固態(tài)電池，但大多不是真正意義上的全固態(tài)電池，“噱頭”的嫌疑非常大，真正的技術(shù)成熟應(yīng)該要等到2020年之后。

也有業(yè)內(nèi)人士提到，目前豐田做的不是全固態(tài)鋰金屬電池，而是固態(tài)鋰離子電池，負(fù)極采用石墨，難度小很多。

“全固態(tài)鋰電池，這幾個詞每一個字都不能少、不能變。所謂‘全固態(tài)鋰電池’是一種在工作溫度區(qū)間內(nèi)所使用的電極和電解質(zhì)材料均呈固態(tài)，不含任何液態(tài)組份鋰電池，所以全稱是‘全固態(tài)電解質(zhì)鋰電池’。”中科院院士歐陽明高強(qiáng)調(diào)，全固態(tài)鋰電池是指以金屬鋰為負(fù)極的全固態(tài)金屬鋰電池。

歐陽明高同時提到，當(dāng)前固態(tài)電池的技術(shù)尚未成熟，主要表現(xiàn)在三個方面：

首先，固態(tài)電解質(zhì)材料的離子電導(dǎo)率偏低。現(xiàn)在常用的有三種固態(tài)電解質(zhì)，分別是聚合物、氧化物、硫化物。聚合物電解質(zhì)問題是需要預(yù)熱；氧化物電解質(zhì)電導(dǎo)率比液態(tài)低太多；只有硫化物電解質(zhì)電導(dǎo)率能跟液態(tài)匹敵。

 其次，固/固界面接觸性和穩(wěn)定性差。液體跟固體結(jié)合可以很容易的滲透進(jìn)去。但是固體和固體接觸性和穩(wěn)定性就不是太好了，這是它很大的一個問題。

硫化物電解質(zhì)雖然鋰離子導(dǎo)電率已經(jīng)提高，但是仍然有界面接觸性和穩(wěn)定性問題。因此，解決固/固界面接觸性差也是固態(tài)電池研究的課題。

第三個問題是金屬鋰的可充性問題。在固態(tài)電解質(zhì)中，鋰表面同樣存在粉化和枝晶生長問題。其循環(huán)性，甚至安全性等還需要研究。

在歐陽明高看來，特別是固態(tài)界面接觸性/穩(wěn)定性和金屬鋰可充性問題，導(dǎo)致真正意義上的全固態(tài)金屬鋰電池技術(shù)直到現(xiàn)在仍然是不成熟的，技術(shù)存在不確定性。

商業(yè)化路漫漫

業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，目前全固態(tài)電池技術(shù)尚未成，而能規(guī)模生產(chǎn)或者有希望突破的，有性能優(yōu)勢和產(chǎn)業(yè)化前景的，主要是固態(tài)鋰離子電池。

固態(tài)鋰離子電池不全都是固態(tài)電解質(zhì)，而是采用液態(tài)跟固態(tài)混合的，要看混合的比是多大。或者說其電解質(zhì)是固態(tài)的，但是在電芯中有少量的液態(tài)電解質(zhì)存在。

寧波杉杉副總裁孫曉東表示，“當(dāng)前所說的固態(tài)電池是在現(xiàn)有的材料體系下，把隔膜和電解液換成固態(tài)介質(zhì)。但這只是提高了安全性，對能量密度、成本不會有太大的改善。而這種方式的挑戰(zhàn)非常大，因為固態(tài)電池的導(dǎo)電率、成本等因素需要有長時間磨合，而且這不是真正的本質(zhì)的固態(tài)電池”。

富士康新能源車技術(shù)顧問劉楷表示，總體來看固態(tài)電池發(fā)展的路徑，電解質(zhì)可能是從液態(tài)、半固態(tài)、固液混合到固態(tài)，最后才能發(fā)展到全固態(tài)。

至于負(fù)極，會是從石墨負(fù)極，到硅碳負(fù)極，我們現(xiàn)在正在從石墨負(fù)極向硅碳負(fù)極轉(zhuǎn)型，最后到金屬鋰負(fù)極。未來，固態(tài)電池有望經(jīng)歷半固態(tài)到準(zhǔn)固態(tài)，再到全固態(tài)三個階段。

不僅僅是技術(shù)問題，成本高昂也是固態(tài)電池發(fā)展的“攔路虎”。

據(jù)悉，當(dāng)前液態(tài)鋰電池的成本不足200美元/千瓦時，而固態(tài)電池的價格可能是液態(tài)電池的數(shù)十倍。

因此固態(tài)電池要實現(xiàn)商業(yè)化推廣，必須在電池成本上狠下功夫，這需要時間。由此可見，固態(tài)電池的商業(yè)化之路并不是那么順暢。

盡管商業(yè)化路漫漫，但全固態(tài)鋰電池作為替代傳統(tǒng)鋰電的未來電池技術(shù)方向，吸引了眾多國內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)進(jìn)行研發(fā)。

面對其巨大的商業(yè)價值空間，還會有更多類似大眾、寶馬、豐田那樣的優(yōu)秀汽車制造商及電池企業(yè)投入其中，隨著研發(fā)技術(shù)推動和深入，固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化步伐將逐步加快。

 

 

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