固态电池，新能源汽车行业下一高地？
■本报记者 刘旭颖
在新能源汽车赛道，固态电池正成为新宠。今年1月9日，蔚来高调发布了能量密度达360Wh/kg的150kWh固态电池包以及搭载该电池包续航将超1000km的蔚来ET7轿车；3月15日，大众集团在其PowerDay上，表示未来将着力发展固态电池技术，并预计2025年投入使用；紧随其后，宝马集团在4月同样发布规划称，计划在2025年前推出搭载固态电池的原型车，并在2030年前实现量产。不仅如此，宁德时代、松下、LG化学等动力电池巨头也纷纷布局固态电池。
优势明显
赛迪智库安全产业研究所研究员李泯泯说，丰田、宝马、大众、三星等巨头企业都投入了大量资金用于固态电池研究，丰田更是计划在2021年东京奥运会上推出其搭载固态电池的纯电动示范车。“当前，固态电池技术研发已经被推上了潮头浪尖，目前全球已有53家企业在布局研发固态电池，预计到2025年开始小批量进入市场，将成为电动汽车取代燃油汽车的制胜利器。”
根据国务院办公厅2020年印发的《新能源汽车产业发展规划（2021-2035年）》，国家计划到2025年把新能源汽车的销量推高到占据新车总销量的20%左右，并在“新能源汽车核心技术攻关工程”专栏中明确要求“加快固态动力电池技术研发及产业化”。
固态电池是什么，为何巨头们纷纷将目光聚焦于此？李泯泯解释道，目前新能源汽车上最广泛使用的三元锂电池是液态电池，一般由正极、隔膜、负极，再灌入电解液制造而成。而固态电池，顾名思义就是其结构中不含液体，材料都以固态形式存在。数据原型表明，与相同重量和体积的锂离子电池相比，固态电池可以存储多达80%的能量。具有较高能量密度的锂金属可以代替石墨，从而有助于减少电池的重量和体积。
实际上，液态电解质锂电池的研发已经触达天花板，经十多年的发展，锂电池能量密度水平已从初始时的100Wh/kg提升到了250Wh/kg左右，即便是特斯拉目前用的全球能量密度最高的动力电池，能量密度也不过300Wh/kg。而能量密度是普通锂电池十几倍、充电速度也是锂电池几十倍的固态电池显然成为了新能源汽车电池发展的突破口。
固态电池的优势还不止于此。李泯泯分析认为，固态电池还能够有效解决新能源汽车的环保和安全问题。一是固态电池大幅减少原材料的使用，其中铜和铝的使用将大比例下降，石墨和钴可以完全从原材料中剔除。二是固态电池更轻巧，可以像砌砖一样堆叠在墙上，这使其更容易应用到不同的汽车设计中。三是固态电池的里程数可大幅增加，由于其可在10分钟左右充满电，并具有更高的能量密度，因此与锂电池相比，可以提供两倍或更多的行程。此外，回收固态电池是一个更简单、更安全的过程。
面临挑战
不过，电解质从“液态”转向“固态”充满挑战。李泯泯坦言，首先，在固态电解质选择、电芯设计上需要不断解决循环过程中固相界面接触及体积膨胀问题，这其中，氧化物材料、聚合物材料、硫化物材料等不同材料的固态电池都各自面临着不同的缺陷和短板。其次，固态电池批量制造尚存在阻碍。最后，固态电池在抢占市场占有率方面存在劣势，目前固态电池还处于试验阶段，远远达不到商用要求。
尽管如此，日本、美国、韩国等国相关巨头和新兴企业都早已入手布局固态电池领域。如日本丰田在2019年年初宣布与松下合作将固态电池从试制向产业转化，本田、三菱、日产等企业也加速布局相关行业；美国新兴固态电池企业QuantumScape宣称已经攻克固态电池技术障碍并已经生产出产品；韩国三星利用其强大的财团背景对全球范围内固态电池技术相关项目或公司进行了较大规模的投资、参股或技术跟踪……
李泯泯坦言，纵观全球固态电池的发展格局，我国科研机构和相关企业拥有赶上并超越世界一流技术水平的绝佳机会，但还需要大力改进工作方式和加大工作力度。相比而言，目前我国基础研究机构与企业的合作不够密切，产、学、研链条没能打通。
对于如何提升固态电池研发，李泯泯认为，国家还需从政策层面进行引导，一方面，分类下达重点研发计划、地方政府重点科技项目、产学研合作项目等，针对电动汽车、智能电网、国家安全等领域应用需求，针对不同类型的正负极材料、不同性能的固态锂电池，布局有关基础研究、关键技术攻关，以及产业化培育项目。另一方面，在关键原材料、电芯制造、装备制造、电源管理、电池模块、系统应用、诊断测试等产业链各个环节进行布局。此外，国家还应尽快建设高水平的国家级研发诊断测试平台，提升我国固态锂电池的技术保障能力。
“可以预见，未来的4~5年内车用固态电池技术将迎来突破性进展和快速发展期，新能源汽车动力大变局即将到来。”李泯泯说。
作者：刘旭颖
来源：国际商报