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行業(yè)對于“固態(tài)電池”的想象由來已久。
早期一些觀點認為，電動汽車要想取代燃油車，需得達到接近后者的續(xù)航里程。而“加一塊電池提升續(xù)航”的方法，不僅會抬高電池系統(tǒng)成本，還會影響車輛內(nèi)部“得房率”的大小。
相比之下，固態(tài)電池由于擁有更高的能量密度，可以兼顧小體積與長續(xù)航的優(yōu)點。另外，固態(tài)電解質(zhì)通常不會因高溫或者機械振動而引燃，在安全性上更有保障。因而，其也被認為是下一代電池技術(shù)的制勝關(guān)鍵。
比如，豐田早于2008年便高調(diào)宣布進入固態(tài)電池領(lǐng)域，三星SDI也從2013年開始對外展示其固態(tài)電池的相關(guān)規(guī)劃。近年來，全球汽車產(chǎn)業(yè)加快電動化轉(zhuǎn)型，在里程焦慮的輿論攻勢下，固態(tài)電池更是受到了關(guān)注。全球各大車企爭相入局。
國內(nèi)包括上汽、廣汽、長安等車企均已明確固態(tài)電池的量產(chǎn)時間，國際車廠如豐田、日產(chǎn)、大眾等亦在積極推動固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)化。然而，“固態(tài)電池將止步于半固態(tài)”等言論不絕于耳，加上寧德時代等主要電池制造商均沒有披露更多業(yè)務(wù)進展，使得早前關(guān)于“2024年是固態(tài)電池量產(chǎn)元年”的預(yù)測充滿了懸念。
固態(tài)電池的量產(chǎn)元年，會如期而至嗎？
固態(tài)電池：量產(chǎn)面臨的X因素
區(qū)別于傳統(tǒng)鋰電池采用的“隔膜+電解液”，顧名思義，固態(tài)電池是用固態(tài)電解質(zhì)取代液態(tài)電解質(zhì)，而固態(tài)電解質(zhì)主要分為聚合物、硫化物和氧化物三種。
其中，硫化物固體電解質(zhì)具有較高的室溫離子電導(dǎo)率，而熱穩(wěn)定性差；氧化物固體電解質(zhì)的化學(xué)穩(wěn)定性好，循環(huán)壽命長，但電導(dǎo)率相對較低，某些高價陽離子會與金屬鋰發(fā)生反應(yīng)。
另外一個，是聚合物固體電解質(zhì)，其在高溫條件下工作性能好，且能兼容現(xiàn)有的液態(tài)電解質(zhì)生產(chǎn)工藝，也是目前固態(tài)電池發(fā)展最快的技術(shù)方向之一。但由于其電導(dǎo)率較低，電化學(xué)窗口窄，電解質(zhì)容易被電解。
目前來看，國內(nèi)大部分企業(yè)都選擇了金屬氧化物動力電池，也有部分機構(gòu)專注于硫化物全固態(tài)電池技術(shù)路線。但無論哪一種，界面接觸問題都是不可避免的。這也是現(xiàn)階段全固態(tài)電池的主要缺陷問題。
全固態(tài)電池里的“界面”挑戰(zhàn)，具體體現(xiàn)在正極-電解質(zhì)界面、負極-電解質(zhì)界面和電解質(zhì)晶粒之間的穩(wěn)定性問題。界面的穩(wěn)定性是決定電池電化學(xué)性能和安全性的關(guān)鍵因素。一直以來，這個問題都沒有一個解決方案。
除此之外，實現(xiàn)固態(tài)電池從實驗室到規(guī)模裝車的轉(zhuǎn)換，是整個行業(yè)面臨的一大課題。
走出實驗室并不是固態(tài)電池的重點，要真正實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，還得克服良率的挑戰(zhàn)。換言之，將液態(tài)電解質(zhì)換成固態(tài)電解質(zhì)，解決鋰離子不穩(wěn)定的挑戰(zhàn)，只是產(chǎn)業(yè)化的第一步。
輝能科技創(chuàng)始人兼CEO楊思枏曾在采訪中表示，要讓頭部車廠和資本大咖主動談合作，最重要的一點是，這顆電池不能只是實驗室里的研發(fā)原型，而要能克服量產(chǎn)和良率的挑戰(zhàn)。
實驗室開發(fā)出來能夠快速堆棧電芯的模塊，單片不良率低于一成，但堆棧成車用功率，不良率會隨之等比加乘放大。要知道，“良品率”既關(guān)系到電池的性能、穩(wěn)定性和一致性，同時它又是動力電池降本的有效手段之一。 比如鋰電行業(yè)，良率已經(jīng)能夠達到99.99%。
汽車畢竟不同于消費類電子，哪怕是九成的良率，都無法保證行車能夠足夠安全。進一步講，固態(tài)電池的能量密度遠超鋰離子電池，如果發(fā)生意外事故，后果可能災(zāi)難性。
所以盡管業(yè)內(nèi)對固態(tài)電池抱持期待，諸多廠商依然不敢把雞蛋放在同一個籃子里。譬如，寧德時代在固態(tài)電池領(lǐng)域擁有較早的布局，但也坦言面臨產(chǎn)業(yè)化難度大、成本高、低溫性能差等問題。近期，該公司也強調(diào)，凝聚態(tài)電池可比固態(tài)電池更快量產(chǎn)。
以日產(chǎn)為例，其2022年正式公布了全固態(tài)電池的試點生產(chǎn)設(shè)施。在“日產(chǎn)2030愿景”中，日產(chǎn)計劃到2024財年在日本橫濱建造固態(tài)電池試點工廠。2028年，日產(chǎn)計劃實現(xiàn)固態(tài)電池大規(guī)模量產(chǎn)，并將推出首款搭載獨創(chuàng)全固態(tài)電池的電動車型。
根據(jù)其釋放的內(nèi)容，日產(chǎn)固態(tài)電池將減少稀有金屬的使用量。到2028財年，全固態(tài)電池的成本將降至每千瓦時75美元(根據(jù)當(dāng)時匯率約合人民幣477元)，未來有望進一步降低至每千瓦時65美元(約合人民幣414元)。
對固態(tài)電池來說，還有一個有效的降本策略是通過回收原材料達到降低成本的目的。包括正極材料、固態(tài)電解質(zhì)、硅負極材料、導(dǎo)電碳材等都可以回收再利用。業(yè)內(nèi)主要廠商有回收正極材料，也有可以同時回收三種材料甚至更多的電池廠商。
2023年 8月17日，《歐盟電池和廢電池法規(guī)》落地生效，規(guī)范了電池從設(shè)計、生產(chǎn)、使用和回收的整個生命周期。新法規(guī)定，自2025年起，將逐步推行回收效率、材料回收及循環(huán)目標(biāo)。從業(yè)廠商不僅需要提供數(shù)字電池護照，還需要根據(jù)要求逐年提升電池回升比例。
可以這樣說，電池回收將成為相關(guān)企業(yè)進入該市場的硬性要求。當(dāng)然，要實現(xiàn)電動車和燃油車的成本平權(quán)，固態(tài)電池還得從技術(shù)角度出發(fā)，在提高能量密度的同時，簡化模塊設(shè)計，不斷優(yōu)化成本。
雖然無法確定固態(tài)電池何時能夠大范圍普及，但可以明確一點，苦固態(tài)電池久矣的現(xiàn)狀或許很快會有所改善。
10月，Solid Power向?qū)汃R交付了全固態(tài)動力電池A樣，上汽、廣汽、寶馬等車企也相繼宣布固態(tài)電池裝車時點。就連一再跳票的豐田，也表示對固態(tài)電池量產(chǎn)有信心。
豐田社長佐藤恒治表示，將啟動試點項目，應(yīng)對量產(chǎn)挑戰(zhàn)。不過，他也稱，固態(tài)電池只是眾多產(chǎn)業(yè)變革之一。僅僅因為擁有固態(tài)電池技術(shù)，并不會改變游戲規(guī)則。因為最終，決定電動車時代競爭的核心因素依然是產(chǎn)品。
過去，汽車更多是借鑒手機，到如今二者互相借鑒學(xué)習(xí)。今年年初，小米手機公布了固態(tài)電池的研發(fā)進展，顯示該技術(shù)能量密度可達1000Wh/L、低溫下放電性能提升20%。近期韓媒也報道，三星正在開發(fā)基于硫化物電解質(zhì)的固態(tài)電池，未來不排除會用在手機上。而汽車領(lǐng)域，亦是持續(xù)不斷釋出有關(guān)固態(tài)電池的新消息。
毫無疑問，固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)化不僅僅是汽車行業(yè)需要經(jīng)歷的變革。而這一次的技術(shù)革新，是否會由汽車產(chǎn)業(yè)引領(lǐng)，將是一個值得關(guān)注的問題。
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