當前，汽車行業(yè)對于綠色、環(huán)保、低碳的訴求持續(xù)走強，新能源汽車已經(jīng)成為了汽車減碳的突破口。受限于能量密度、工作溫度、阻燃特性等相關(guān)因素的制約，電池已經(jīng)成為了阻礙新能源車發(fā)展的巨大瓶頸。
無論是第一代的錳酸鋰、第二代的磷酸鐵鋰還是目前的第三代三元鋰電池，都很難同時兼顧小體積、長續(xù)航、高安全性這三方面的特性，滿足新能源車的發(fā)展需求。在這樣的背景下，固態(tài)電池應(yīng)運而生，成為了汽車企業(yè)爭相追捧的“寵兒”。
賽道——國內(nèi) vs 海外
近期，全球各大車企關(guān)于固態(tài)電池方面的相關(guān)投資層出不窮。寶馬深化與美國固態(tài)電池公司SolidPower的合作，計劃于2030年前用于量產(chǎn)車。大眾集團也正與美國固態(tài)電池公司量子科技(QuantumScape)密切合作，計劃2025年量產(chǎn)固態(tài)電池。戴姆勒與加拿大魁北克水電公司合作開發(fā)固態(tài)電池，并在德國開始建設(shè)歐洲最大規(guī)模動力電池工廠。
國內(nèi)企業(yè)對于固態(tài)電池的前景也非常樂觀，11月28日，蔚來半固態(tài)電池供應(yīng)商衛(wèi)藍新能源將獲得來自小米集團、華為等戰(zhàn)略機構(gòu)的投資，該項目估值50億人民幣，獲得投資額約5億元。對此，賽迪智庫安全產(chǎn)業(yè)研究所安全科技與服務(wù)研究室主任劉文婷表示，固態(tài)電池突破傳統(tǒng)鋰電池的技術(shù)短板，有望解決目前困擾動力電池行業(yè)的兩大“挑戰(zhàn)”——安全隱患和能量密度低，成為電動汽車電源的有力競爭者。
目前，日本豐田、美國Sakti3、法國Bolloré為全球固態(tài)電池研發(fā)三巨頭，分別代表了硫化物、氧化物和聚合物三大固態(tài)電解質(zhì)的技術(shù)開發(fā)方向。
日本是固態(tài)電池研發(fā)最早且技術(shù)最為成熟的國家，以豐田公司為代表。豐田已推出能量密度為400Wh/L的全固態(tài)鋰離子電池，約為現(xiàn)有鋰離子電池的3倍，并計劃將全固態(tài)電池用于RAV4車型。
在美國，Sakti3公司已研發(fā)出能量密度達到1000Wh的固態(tài)電池，若實現(xiàn)商業(yè)化量產(chǎn)后，成本只有當前鋰電池的20%。
在法國，Bolloré公司研發(fā)的固態(tài)電池已經(jīng)批量應(yīng)用于共享電動汽車“Autolib”和小型電動巴士“Bluelus”，總體應(yīng)用超過3000輛，這是全球首次用于電動汽車的商業(yè)化全固態(tài)電池。
在我國，中科院在固態(tài)電池上的布局相對較早。中科院青島能源所已自主研發(fā)6Ah大容量三元固態(tài)鋰電池，并用于深潛器進行馬里亞納海溝探測;中科院化學(xué)研究所成功開發(fā)出新型雙功能聚合物電解質(zhì)，可用于室溫固態(tài)金屬鋰電池;寧德時代正加速硫化物全固態(tài)鋰金屬電池的研發(fā);贛鋒鋰業(yè)已投資建設(shè)億瓦時級第一代固態(tài)鋰電池研發(fā)中試生產(chǎn)線。
前景——坦途 vs 荊棘
世界各國均加大了對于固態(tài)電池領(lǐng)域的研發(fā)力度，積極投身技術(shù)研發(fā)。固態(tài)電池本身在技術(shù)方面又有什么樣的優(yōu)勢，將來又將有怎樣的前景呢?固態(tài)電池使用固體電極材料和固體電解質(zhì)材料，是不含有任何液體的鋰電池，與傳統(tǒng)電池構(gòu)成的差異主要在于電解質(zhì)固態(tài)化。
賽迪智庫安全產(chǎn)業(yè)研究所研究員李泯泯認為，從技術(shù)角度看，固體電解質(zhì)層可以替代當前鋰電池中的易燃液體溶液，從而更密集地存儲能量。同時，電解質(zhì)還可以兼作電池的隔膜，減少火災(zāi)危險和所需原材料的數(shù)量。因此，固態(tài)電池相比傳統(tǒng)電池具備兩方面的重要優(yōu)勢，且對于新能源汽車而言更加適用。
一是安全性高，由于固態(tài)電池的電解質(zhì)固態(tài)化，不含易燃易爆、易揮發(fā)等成分，可徹底消除電池因漏液引發(fā)的電池冒煙、起火等，以及在充放電過程中生成鋰枝晶造成的安全隱患，被稱為最安全電池體系。二是能量密度高，目前，市場上應(yīng)用的磷酸鐵鋰電池單體能量密度約為120-140Wh，三元電池單體能量密度約為130-220Wh，而固態(tài)電池可提供的能量密度約為300-400Wh，遠遠超出傳統(tǒng)的電池。
引導(dǎo)——主動vs消極
鑒于固態(tài)電池在技術(shù)方面的優(yōu)勢，世界各國都在積極探索固態(tài)電池的研發(fā)，但受到成本制約因素，短時間內(nèi)只適用于部分場景。以目前發(fā)展態(tài)勢來看，固態(tài)電池實現(xiàn)商業(yè)化只會早于預(yù)期，我國還需加快腳步，搶占全球市場先機。
對此，行業(yè)專家認為，我國應(yīng)從加強政策引導(dǎo)、強化技術(shù)研發(fā)、推進產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用和注重標準體系建設(shè)四方面加強對固態(tài)電池行業(yè)的統(tǒng)籌引導(dǎo)，推動相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。首先，應(yīng)當將固態(tài)鋰電池納入國家重點領(lǐng)域、關(guān)鍵行業(yè)的研發(fā)體系中，通過國家重點研發(fā)計劃、產(chǎn)學(xué)研合作項目、顛覆性創(chuàng)新類項目，布局固態(tài)鋰電池相關(guān)基礎(chǔ)研究、關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，以及產(chǎn)業(yè)化培育項目。
在這個基礎(chǔ)上，建立國家級固態(tài)鋰電池創(chuàng)新中心，匯聚海內(nèi)外高層次人才和研發(fā)力量，提升我國固態(tài)鋰電池基礎(chǔ)研發(fā)在世界范圍內(nèi)的影響力。利用我國現(xiàn)有生產(chǎn)應(yīng)用示范平臺，組織開展在電動汽車、智能電網(wǎng)、電子產(chǎn)品等領(lǐng)域的應(yīng)用示范，加快固態(tài)鋰電池科技成果的產(chǎn)業(yè)化和市場化。
除此之外，還應(yīng)當從設(shè)計、生產(chǎn)制造、安全評估、性能測試、關(guān)鍵裝備配置等環(huán)節(jié)入手，開展固態(tài)鋰電池領(lǐng)域相關(guān)標準修訂制工作，同時注重數(shù)據(jù)庫及共享體系建設(shè)，成立關(guān)聯(lián)、公開、透明的標準共享平臺，推進標準國際化，爭取在全球固態(tài)鋰電池產(chǎn)業(yè)中掌握主動權(quán)。
