固態(tài)電池大戰(zhàn)在即 誰(shuí)將笑到最后

近日，大眾集團(tuán)發(fā)布第二季度財(cái)報(bào)時(shí)，大眾集團(tuán)首席執(zhí)行官赫伯特·迪斯表示，大眾計(jì)劃自主生產(chǎn)固態(tài)電池，可能從2024年或2025年開始批量生產(chǎn)。迪斯稱，長(zhǎng)期來看大眾一定不能只依賴于幾家亞洲制造，若條件合適固態(tài)電池工廠可能會(huì)建在德國(guó)。

顧名思義，固態(tài)電池含有固態(tài)電極和固態(tài)電解質(zhì)，不同于現(xiàn)有液態(tài)形式的電池。按照國(guó)家《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖》，到2025年，純電動(dòng)汽車動(dòng)力電池的能量密度目標(biāo)為400Wh／kg，2030年目標(biāo)為500Wh／kg。就目前廣泛采用的三元電池來說，現(xiàn)階段存在的技術(shù)瓶頸使其很難達(dá)到上述目標(biāo)。

“想要達(dá)到2020年及以后的動(dòng)力電池能量密度發(fā)展要求，實(shí)現(xiàn)能量密度大于500Wh／kg的目標(biāo)，現(xiàn)有的液體電解質(zhì)電池體系恐怕無能為力。作為下一代面向500Wh／kg的電池技術(shù)路線，固態(tài)電池體系的研發(fā)已成為剛需。新能源汽車產(chǎn)業(yè)中長(zhǎng)期發(fā)展需要新的技術(shù)儲(chǔ)備，固態(tài)鋰電池則有望成為下一代車用動(dòng)力電池主導(dǎo)技術(shù)路線，它不只是未來二次電池的重要發(fā)展方向，也是當(dāng)前的重要任務(wù)?！敝袊?guó)科學(xué)院物理研究所研究員陳立泉近日表示。

那問題來了，固態(tài)電池和三元電池相比，究竟有何優(yōu)勢(shì)呢？首先在能量密度方面，目前三元等鋰電池所使用的有機(jī)電解質(zhì)電化學(xué)窗口有限，難以兼容金屬鋰負(fù)極和新研發(fā)的高電勢(shì)正極材料，但是固態(tài)電解質(zhì)比有機(jī)電解液普遍具有更寬的電化學(xué)窗口，有利于進(jìn)一步提升電池的能量密度。其次是體積方面，由于電解液被固態(tài)電解質(zhì)取代，因此在相同的能量密度下，固態(tài)電池的體積會(huì)更小。同樣的電量，固態(tài)電池體積將變得更小。在能量密度保持不變的情況下，帶電量相同的固態(tài)電池和液態(tài)電解質(zhì)電池相比，固態(tài)電池的質(zhì)量和體積將更小。不僅如此，固態(tài)電池中由于沒有電解液，封存變得更加容易，在汽車等大型設(shè)備上使用時(shí)，也不需要再額外增加冷卻管、電子控件等，在節(jié)約成本的同時(shí)還減輕自身重量。在使用固態(tài)電解質(zhì)后，石墨負(fù)極可用金屬鋰替代，使整個(gè)電池重量明顯減輕。

從各國(guó)在固態(tài)電池方面的布局來看，豐田技術(shù)較為領(lǐng)先，其2010年就推出硫化物固態(tài)電池，2014年該電池實(shí)驗(yàn)原型能量密度達(dá)到400Wh／kg。截止到2017年2月，豐田固態(tài)電池相關(guān)專利數(shù)量達(dá)到30件，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其它企業(yè)。據(jù)豐田高管透露，豐田將在2020年實(shí)現(xiàn)硫化物固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)化。此外，三星也取得了一定成果，利用硫化物類固體電解質(zhì)試制出2000mAh、175Wh／kg的壓層型全固態(tài)二次電池。

國(guó)內(nèi)企業(yè)CATL在硫化物固態(tài)電池方面也比較成熟，目前正加速開發(fā)EV用硫化物全固態(tài)鋰金屬電池。另外，值得注意的贛鋒鋰業(yè)在近期完成了第一代固態(tài)電池研發(fā)中試線項(xiàng)目，其樣品已經(jīng)通過中汽研汽車檢驗(yàn)中心的檢測(cè)，并且該項(xiàng)目在國(guó)內(nèi)無成功實(shí)踐先例，屬于國(guó)際領(lǐng)先的技術(shù)突破，預(yù)計(jì)在2019年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。

相比于三元電池，固態(tài)電池?fù)碛羞@么多的優(yōu)勢(shì)，為何遲遲無法實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)？固態(tài)電池的關(guān)鍵是固態(tài)電解質(zhì)材料，導(dǎo)致現(xiàn)階段固態(tài)電池難以發(fā)展的最主要原因也正是電解質(zhì)材料未能獲得突破?，F(xiàn)有的無機(jī)固體電解質(zhì)和高分子聚合物電解質(zhì)材料，還沒有任何一種既有高離子電導(dǎo)率和機(jī)械強(qiáng)度，又有良好的加工性能。

面對(duì)固態(tài)電池發(fā)展過程中的阻力，中國(guó)化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)秘書長(zhǎng)劉彥龍?zhí)岢隽俗约旱目捶ǎ骸澳壳白罨A(chǔ)的問題仍然沒有在科研層面得到解決，即固體與固體之間的接觸界面高電阻問題。”

電池中國(guó)網(wǎng)看來，動(dòng)力電池的技術(shù)難題一直都是制約新能源汽車發(fā)展的瓶頸所在，固態(tài)電池難以突破的瓶頸也是在技術(shù)。在動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)如此激烈的今天，真正能笑到最后的往往是那些掌握核心技術(shù)的企業(yè)。固態(tài)電池是未來重要的技術(shù)發(fā)展方向，已經(jīng)是業(yè)內(nèi)的共識(shí)，中國(guó)企業(yè)能否在下一場(chǎng)“硬仗”中取得勝利，還有待業(yè)界同仁的共同努力。

作者： 馮紅雷