近日，大眾集團發(fā)布第二季度財報時，大眾集團首席執(zhí)行官赫伯特·迪斯表示，大眾計劃自主生產(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)電池工廠可能會建在德國。
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。按照國家《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖》，到2025年，純電動汽車動力電池的能量密度目標為400Wh／kg，2030年目標為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)瓶頸使其很難達到上述目標。
“想要達到2020年及以后的動力電池能量密度發(fā)展要求，實現(xiàn)能量密度大于500Wh／kg的目標，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)中長期發(fā)展需要新的技術(shù)儲備，固態(tài)鋰電池則有望成為下一代車用動力電池主導(dǎo)技術(shù)路線，它不只是未來二次電池的重要發(fā)展方向，也是當前的重要任務(wù)。”中國科學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)勢呢？首先在能量密度方面，目前三元等鋰電池所使用的有機電解質(zhì)電化學窗口有限，難以兼容金屬鋰負極和新研發(fā)的高電勢正極材料，但是固態(tài)電解質(zhì)比有機電解液普遍具有更寬的電化學窗口，有利于進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，也不需要再額外增加冷卻管、電子控件等，在節(jié)約成本的同時還減輕自身重量。在使用固態(tài)電解質(zhì)后，石墨負極可用金屬鋰替代，使整個電池重量明顯減輕。
從各國在固態(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年該電池實驗原型能量密度達到400Wh／kg。截止到2017年2月，豐田固態(tài)電池相關(guān)專利數(shù)量達到30件，遠遠高于其它企業(yè)。據(jù)豐田高管透露，豐田將在2020年實現(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)中試線項目，其樣品已經(jīng)通過中汽研汽車檢驗中心的檢測，并且該項目在國內(nèi)無成功實踐先例，屬于國際領(lǐng)先的技術(shù)突破，預(yù)計在2019年實現(xiàn)量產(chǎn)。
相比于三元電池，固態(tài)電池擁有這么多的優(yōu)勢，為何遲遲無法實現(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。現(xiàn)有的無機固體電解質(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)率和機械強度，又有良好的加工性能。
面對固態(tài)電池發(fā)展過程中的阻力，中國化學與物理電源行業(yè)協(xié)會秘書長劉彥龍?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。”
電池中國網(wǎng)看來，動力電池的技術(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)。在動力電池產(chǎn)業(yè)競爭如此激烈的今天，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，中國企業(yè)能否在下一場“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
