文|電動(dòng)公會(huì) 李大鵬
比亞迪耗時(shí)六年研發(fā)的全固態(tài)電池，終于要落地了。
日前，我們從比亞迪內(nèi)部獲悉，比亞迪全固態(tài)鋰電池在重慶生產(chǎn)即將裝車(chē)試驗(yàn)，該項(xiàng)目由中國(guó)科學(xué)院院士、清華大學(xué)教授歐陽(yáng)明高牽頭，另有三位院士顧問(wèn)一同參與研發(fā)工作，屬于標(biāo)準(zhǔn)的國(guó)家級(jí)重點(diǎn)項(xiàng)目。
據(jù)了解，該固態(tài)電池在使用硅基材料作為固態(tài)電池負(fù)極時(shí)，能量密度預(yù)計(jì)能達(dá)到400Wh/kg。作為參考，比亞迪二代刀片電池的能量密度為180Wh/kg，也就是說(shuō)，比亞迪固態(tài)電池能量密度相比刀片電池提升了2倍之多。
比亞迪早在2016年以前就開(kāi)始投入固態(tài)鋰電池的研發(fā)工作，目前在國(guó)內(nèi)的相關(guān)專(zhuān)利數(shù)量眾多，位列國(guó)內(nèi)第一。目前其兩種技術(shù)路線(xiàn)氧化物固態(tài)鋰電池，以及硫化物固態(tài)鋰電池均已完成生產(chǎn)，可進(jìn)行裝車(chē)試驗(yàn)。
知情人透露，首發(fā)比亞迪固態(tài)電池的車(chē)型，或?qū)⑹瞧浒偃f(wàn)級(jí)高端品牌仰望的硬派SUV。除了比亞迪車(chē)型自用，比亞迪首批全固態(tài)電池還將外供其他企業(yè)，可能優(yōu)先供應(yīng)奔馳、寶馬、奧迪和紅旗等品牌。
事實(shí)上，除比亞迪外，近兩年各大企業(yè)都將目光投向了固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)，日產(chǎn)、寶馬、寧德時(shí)代、蔚來(lái)、上汽、廣汽等均表示在固態(tài)電池的研發(fā)中已取得了階段性進(jìn)展。
頭部企業(yè)的加入，讓固態(tài)電池站上了投資風(fēng)口。
今年以來(lái)，輝能科技、太藍(lán)新能源、衛(wèi)藍(lán)新能源、Solitor、高能時(shí)代、Factorial Energy、恩力動(dòng)力、SES等國(guó)內(nèi)外多家固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)接連獲得資本青睞。投資方包括華為、小米、寧德時(shí)代、欣旺達(dá)、梅賽德斯-奔馳、本田汽車(chē)、吉利控股、上汽集團(tuán)、通用汽車(chē)、現(xiàn)代汽車(chē)、起亞等，陣容相當(dāng)豪華。
可以看到，固態(tài)電池已經(jīng)成為各大汽車(chē)廠(chǎng)商爭(zhēng)奪未來(lái)純電動(dòng)車(chē)話(huà)語(yǔ)權(quán)的核心技術(shù)。
固態(tài)電池為什么受寵?
固態(tài)電池雖然正逐漸站上風(fēng)口，但由于其商業(yè)化在短期內(nèi)難以實(shí)現(xiàn)，導(dǎo)致各方對(duì)這一技術(shù)路線(xiàn)仍存較大爭(zhēng)議。
固態(tài)電池好在哪?
第一、固態(tài)電池使用固體電解質(zhì)替代了傳統(tǒng)鋰電池的電解液和隔膜。與傳統(tǒng)鋰電池相比，固態(tài)電池更安全、能量密度也更高、循環(huán)性能更強(qiáng)。
第二、固態(tài)電池技術(shù)被認(rèn)為將大幅縮減電動(dòng)汽車(chē)的成本，有研究機(jī)構(gòu)認(rèn)為，量產(chǎn)固態(tài)電池的成本僅為目前鋰離子電池的40%。
基于以上兩點(diǎn)優(yōu)勢(shì)，在下一代汽車(chē)動(dòng)力電池的自主研發(fā)技術(shù)中，讓固態(tài)電池成為了風(fēng)向標(biāo)。
盡管前景可期，但由于技術(shù)和工藝上的種種問(wèn)題，發(fā)展固態(tài)電池的道路并非一帆風(fēng)順。
首先，高效的電解質(zhì)材料體系缺乏。
作為固態(tài)電池的核心材料，目前在固體鋰離子導(dǎo)體的單一指標(biāo)上已有所突破，但綜合性能尚不能滿(mǎn)足大規(guī)模儲(chǔ)能需求?，F(xiàn)今固態(tài)電池采用的固態(tài)電解質(zhì)普遍存在性能短板，距離高性能鋰離子電池系統(tǒng)的要求仍有不小的差距。
其次，固態(tài)電解質(zhì)和電極的界面處理也是固態(tài)電池目前面臨的一大難題。
在固體電解質(zhì)中鋰離子傳輸阻抗很大，與電極接觸的剛性界面接觸面積小，在充放電過(guò)程中電解質(zhì)體積的變化容易破壞界面的穩(wěn)定。
此外，在固態(tài)鋰電池中，除了電解質(zhì)和電極之間的界面，電極內(nèi)部還存在復(fù)雜的多級(jí)界面，電化學(xué)以及形變等因素都會(huì)導(dǎo)致接觸失效影響電池性能。
第三，長(zhǎng)期使用時(shí)穩(wěn)定性不理想也是長(zhǎng)壽命儲(chǔ)能固態(tài)電池發(fā)展的瓶頸。
固態(tài)電池在服役過(guò)程中結(jié)構(gòu)與界面會(huì)隨時(shí)間發(fā)生退化，但退化對(duì)電池綜合性能的影響機(jī)制尚不明確，難以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)效應(yīng)用。而構(gòu)建高性能固態(tài)電池需要從兩方面入手，一是構(gòu)建高性能的固態(tài)電解質(zhì)，二是提高界面的相容性和穩(wěn)定性。
針對(duì)固態(tài)電池，我們要從最基礎(chǔ)的材料、界面、單體，一直到最終的系統(tǒng)模塊進(jìn)行研究，只有從根本上解決了關(guān)鍵材料和界面問(wèn)題，才能開(kāi)展系統(tǒng)的工藝研究，從而滿(mǎn)足單電池的性能要求。
何時(shí)能夠產(chǎn)業(yè)化?
盡管固態(tài)電池的技術(shù)優(yōu)勢(shì)很明顯，但在產(chǎn)業(yè)化方面，因?yàn)橐恍╆P(guān)鍵技術(shù)涉及到各個(gè)企業(yè)核心技術(shù)而無(wú)法獲取，導(dǎo)致基于工程化應(yīng)用方面的技術(shù)還需要進(jìn)一步探究。
過(guò)去幾年，全球汽車(chē)巨頭產(chǎn)業(yè)都在投資研發(fā)這一領(lǐng)域，眾多玩家加入導(dǎo)致這一市場(chǎng)的“僧多肉少”，做科研和做技術(shù)的企業(yè)就那么多，誰(shuí)能先拿下就是誰(shuí)的。
此前，歐陽(yáng)明高在接受媒體采訪(fǎng)時(shí)表示，雖然中國(guó)目前在汽車(chē)動(dòng)力電池供應(yīng)上處于絕對(duì)龍頭地位，但歐美和日韓企業(yè)已經(jīng)在下一代固態(tài)電池領(lǐng)域的研發(fā)上處于領(lǐng)先地位。
他認(rèn)為，如果從國(guó)家角度來(lái)講，目前固態(tài)電池技術(shù)最好的國(guó)家是日本。因?yàn)槿毡驹诠虘B(tài)電池的研發(fā)中制定了非常詳細(xì)的國(guó)家性計(jì)劃，每一步的分工都非常明確?！岸覈?guó)現(xiàn)在研發(fā)全固態(tài)電池還屬于各自為政階段，沒(méi)有一個(gè)完整的國(guó)家計(jì)劃來(lái)推動(dòng)，所以相比之下，日本應(yīng)該要超前我們 5 年?！?/p>
從2021年開(kāi)始，日系三大車(chē)企豐田、本田、日產(chǎn)汽車(chē)都陸續(xù)對(duì)外發(fā)布2030戰(zhàn)略。這些戰(zhàn)略在表達(dá)電動(dòng)化轉(zhuǎn)型的決心之外，無(wú)一例外地把固態(tài)電池的研發(fā)作為重點(diǎn)戰(zhàn)略之一，并給出了具體的時(shí)間節(jié)點(diǎn)。
三家日系車(chē)企中，豐田的固態(tài)電池進(jìn)展啟動(dòng)的時(shí)間點(diǎn)更靠前，最先試制。日產(chǎn)和本田則統(tǒng)一在2024年建設(shè)試產(chǎn)線(xiàn)，為量產(chǎn)做準(zhǔn)備。雖前期步調(diào)有些許差異，但三家均將批量生產(chǎn)時(shí)間設(shè)在2030年前。
最多五年的時(shí)間，三家車(chē)企都需要完成全固態(tài)電池的試產(chǎn)、量產(chǎn)到上車(chē)應(yīng)用，節(jié)奏十分緊湊。對(duì)比液態(tài)鋰電池的依賴(lài)外部供應(yīng)商模式，日系車(chē)企對(duì)固態(tài)電池自造的迫切可見(jiàn)一斑。
我們的路該怎么走?
按照上海大學(xué)新能源產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新研究中心研究員羅向群的觀點(diǎn)，企業(yè)可以分為三類(lèi)路線(xiàn)：
第一種是半固態(tài)電池路線(xiàn)者，其實(shí)多半是從全固態(tài)路線(xiàn)轉(zhuǎn)為半固態(tài)路線(xiàn)，并且在可見(jiàn)的將來(lái)基本上專(zhuān)注于半固態(tài)電池，比如衛(wèi)藍(lán)新能源、SES、浙江鋒鋰等。
目前看，半固態(tài)電池量產(chǎn)裝車(chē)的時(shí)間點(diǎn)已經(jīng)到來(lái)。今年3月，衛(wèi)藍(lán)新能源首席科學(xué)家、創(chuàng)始人李泓透露，衛(wèi)藍(lán)新能源開(kāi)發(fā)了混合固液電解質(zhì)動(dòng)力電池，并將在蔚來(lái)ET7車(chē)型上量產(chǎn)應(yīng)用，單次充電1000km，電池包電量達(dá)到150kWh，單體能量密度達(dá)到360Wh/kg。
半固態(tài)電池量產(chǎn)上車(chē)，是一個(gè)很重要的時(shí)間節(jié)點(diǎn)。不過(guò)，半固態(tài)電池量產(chǎn)初期，價(jià)格不會(huì)便宜，有多少消費(fèi)者愿意為此買(mǎi)單還是一個(gè)未知數(shù)。
第二種是直接選擇全固態(tài)電池路線(xiàn)，如比亞迪已公布的固態(tài)電池相關(guān)產(chǎn)品計(jì)劃。比亞迪未來(lái)的電池技術(shù)有三個(gè)方案：刀片、六棱或者2025全固態(tài)。
第三種是選擇“兩條腿走路”，例如國(guó)軒高科、蜂巢能源等。今年5月27日，國(guó)軒高科在其第十一屆科技大會(huì)上發(fā)布了一款半固態(tài)電池，該款電芯能量密度達(dá)到360Wh/kg，將在今年年底量產(chǎn)上車(chē)。
而無(wú)論哪種路線(xiàn)，現(xiàn)階段我國(guó)的固態(tài)電池領(lǐng)域最先要解決的問(wèn)題是，如何合理運(yùn)用資金拿下固態(tài)電解質(zhì)。
做材料這種事不可操之過(guò)急，需要靜下心來(lái)長(zhǎng)期積累，有了夯實(shí)基礎(chǔ)才能做到厚積薄發(fā)，中國(guó)全固態(tài)電池技術(shù)的落后，并不可怕，可怕的是不去做，況且技術(shù)研發(fā)不是一個(gè)恒定的值，在“你爭(zhēng)我趕”的過(guò)程中，我們有望顛覆。
事實(shí)上，目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)中，寧德時(shí)代、蔚來(lái)以及即將上車(chē)的比亞迪，均在固態(tài)電池的研發(fā)中已取突破性進(jìn)展。另外，在小米、華為、輝能科技、春華資本、丹豐資本等資本的幫助下，國(guó)內(nèi)固態(tài)電池領(lǐng)域的投資也取得了較好的成績(jī)。
只不過(guò)現(xiàn)在的時(shí)間節(jié)點(diǎn)，磷酸鐵鋰、三元鋰、半固態(tài)和固態(tài)電池處于一種混合存在的狀態(tài)，它們都有著此時(shí)此刻自己應(yīng)該扮演的角色。
雖然現(xiàn)在固態(tài)電池還未正式應(yīng)用在汽車(chē)上，但在消費(fèi)電子、無(wú)人機(jī)等終端設(shè)備之上，卻已經(jīng)得到了不少的應(yīng)用。根據(jù)歐陽(yáng)明高的預(yù)測(cè)，固態(tài)電池真正在汽車(chē)領(lǐng)域大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用，大概的時(shí)間是在2025~2030年之間。
未來(lái)誰(shuí)能率先殺出重圍，我們拭目以待。