又到了電動車「自燃季」？據不完全統計，僅4-5月全國各地已經被曝光的電動車自燃起火事件高達8起，這再次考驗了人們對電動車安全性的信任感。而對於電動車安全性的質疑，歸根結底是對動力電池的質疑。面對儲能較少、自燃風險、充電緩慢、回收困難這幾大硬傷，一款顛覆性的電池產品才是人們真正所需。
什麼是顛覆性？不是每年「擠牙膏」般地讓技術進步一點點，而是要讓電動車與燃油車之間的便利性差距縮小至零。那這種顛覆性是指日前關注度極高的蜂巢能源「無鈷」電池嗎？是以特斯拉為代表的「高鎳低鈷」三元鋰電池嗎？亦或是以比亞迪為代表的磷酸鐵鋰「刀片」電池？答案：都不是。今日我們就來揭秘動力電池江湖的隱藏「boss」。
進入到2020年，大家對動力電池的關注度甚至超出了電動車本身。寧德時代的CTP技術、比亞迪的刀片技術，以及半路殺出來一個攔路虎——蜂巢能源的「無鈷」電池（鎳錳酸鋰電池），都爭先搶後佔據著媒體頭版頭條。
「鎳錳酸鋰電池本質是由鎳取代尖晶石錳酸鋰中的部分錳，與錳酸鋰有同樣的晶體結構，早在20年前就有人研究。」一位業內研究人員對此表示。無論是蜂巢能源的鎳錳酸鋰電池，還是比亞迪的磷酸鐵鋰電池，它們雖在能量密度上有所提升，但在材料上沒有根本性改變，只是結構上有較大突破。這些技術進步是獲得行業內高度認可的，但作為一款產品，對於消費者而言還不足以讓人「驚豔」。
■固態電池才是你要的「驚豔」之選
根據「中國製造2025」規劃，至2020年鋰電池能量密度要達到300Wh/kg，2025年為400Wh/kg，2030年為500Wh/kg。目前來看，無論是市場上的哪種電池，依靠現有材料技術都難以實現電池單體能量密度高於350Wh/kg的目標。即使是特斯拉的21700三元鋰電池，能量密度也僅在300Wh/kg左右。
2019諾貝爾化學獎得主Goodenough老爺子曾表述，「你需要的是一步跨越，而不是一個增量。」在他眼裡，那個跨越就是「固態電池」。何為固態電池？一位清華大學研究生曾經用紅豆糕非常形象地回答了這個問題。
「我喜歡吃紅豆糕，一開始的時候只是覺得好吃，突然有一天，我意識到原來紅豆糕是將兩個固體完美粘合在一起。當時每天在做固態電池研究的我，心心念念想做這樣一個緊密接觸的界面，沒想到最好的例子卻擺在飯桌上。」他說。
在傳統鋰離子電池中，隔膜和電解液加起來佔據了電池中近40%的體積和25%的質量，而固態電解質代替電解液後，正負極之間的距離則縮小至幾個微米。電池的外在形態也從圓圓胖胖的樣子變得更加瘦扁，如同紅豆糕一樣。
條條大路通羅馬，但有的人生來就在羅馬。即使是半固態電池，能量密度也可達350Wh/kg以上，完全「吊打」目前的鋰離子電池。隨著液態電解質含量逐步下降，全固態電池的能量密度可達500Wh/kg以上。這意味著目前市面上600公裡的鋰離子電池包，如果換為全固態電池，續航將達到2000km以上，所謂的電動車裡程焦慮也將不復存在。
「固態電池將成為三元電池的顛覆者。」國家工信部培訓中心汽車專家張翔曾如此論斷，他認為固態電池將成為電動汽車取代傳統燃油汽車的利器。
全固態電池不僅在能量密度上做到出眾，還具有不可燃、無腐蝕、不揮發、不存在漏液問題等特性，安全性更有保證，即使在高溫情況下也不會著火。此外，在回收方面，全固態電池僅用「幹法」回收即可。也就是通過破碎法將電池內部的有效成分提取出來，這也解決了當下動力電池回收難、易產生廢液的問題。
■眾企業已悄然進入「軍備競賽」階段
說了那麼多固態電池的閃亮之處，想必你一定在想，這麼好的「神仙」產品，倒是快點量產啊！實際上，為完成未來動力電池產業發展規劃目標，固態電池已悄然進入「軍備競賽」階段，其中海外企業以豐田最為出眾。如果不是因為疫情，原本在2020年東京奧運會上，豐田將亮相旗下的固態電池電動汽車，但真正量產或許要等到2025年。
『豐田固態電池基於e-Palette概念平臺進行研發』
為什麼日本的固態電池可以在這個夏天「早熟」？在電動化浪潮開啟之初，各大汽車製造商紛紛推出純電動汽車，但豐田在這方面的表現並不積極，原因就是在等待自家固態電池的成熟。豐田官方發言人Kayo Doi表示，豐田希望能在二十一世紀20年代初期將全固態電池商業化，以此來彌補豐田與日產、特斯拉等電動車先導企業之間的差距。
這並不是一句空想。事實上，豐田早在2008年就舉全集團之力研究全固態電池。在取得成果方面，豐田在該領域專利數量佔據全球固態電池專利數量的13%，是全球擁有固態電池專利數量最多的企業。開句玩笑話，豐田免費開放了5680項汽車氫燃料燃料電池專利使用權，此後又免費開放了23740項混合動力車的相關技術專利，那麼「大方」的豐田怎麼不開放固態電池專利呢？這就很耐人尋味了。
另一個有意思的案例，戴森日前展示了其已經放棄的代號為「N526」的電動車。之前因造車成本太高，戴森果斷停止了造車項目。值得一提的是，雖然戴森放棄了製造電動車，但卻投入25億英鎊（約合210億元人民幣）用於固態電池及相關技術的研發。可見固態電池這一「金礦」還吸引了跨界玩家紛紛參與。
實際上，從汽車產業鏈到電子電器產業鏈，甚至許多固態電池初創企業，全都卯足勁希望能在固態電池領域搶佔先機贏得市場份額。
主流海外車企在固態電池領域研發布局一覽車企進展量產時間寶馬2018年9月與美國Solid Power公司在固態電池方面合作，新一代產品將在寶馬xEV上應用。2026年大眾2018年向美國Quantum Scape公司投資1億美元以合作開發固態電池，並在歐洲建廠生產。2025年通用2019年收到美國能源部撥款910萬美元，其中200萬美元明確用於研究固態電池。——福特2019年投資美國固態電池公司Solid Power。——賓利2020年賓利執行長表示，賓利純電動車型將考慮使用固態電池技術。2025年豐田在固態電池領域擁有大量專利，計劃2020年推出固態電池（非全固態）電動汽車，並於2022年量產2022年（非全固態）現代2018年投資固態電池材料企業Ionic Materials；2020年5月與三星合作研發電動車，或搭載固態電池。2025年雷諾-日產-三菱聯盟2018年投資固態電池材料企業Ionic Materials——資料來源：公開資料整理；制表：汽車之家行業組從國內整體形勢上看，部分企業也已進入固態電池（半固態電池）中試階段，2025年前可能實現固態電池量產，其中以蔚來、天際及愛馳為代表的中國造車新勢力品牌，在固態電池的布局上表現更為積極。
主流中國企業在固態電池領域研發布局一覽企業進展量產時間比亞迪2016年確定固態電池為未來發展基調，將在未來10年內推出。2026年蔚來汽車2019年8月，蔚來宣布將打造採用輝能科技MAB固態電池包的樣車。
——天際汽車2019年初展示了國內首臺固態電池電動車ME7；2021年固態電池能量密度達300Wh/kg以上。2021年（非全固態）哪吒汽車2019年與清陶科技合作，推進固態電池研發應用。——寧德時代2016年宣布在硫化物固態電池上的研發路徑，未來能量密度超300Wh/kg。2030年（全固態）國軒高科2017年著手研發固態電池，2019年推出半固態電池試生產線。——蜂巢能源2019年2月宣稱開發四元正極材料，在此基礎上研發固態電池。——輝能科技2013年實現消費電子領域固態電池商業化，2021年達到1GWh固態電池產能（非全固態電池）。2024年（全固態）萬向A1232018年與寶馬合作研發固態電池；2019年在英國建立固態電池研發中心；2020年為Karma電動汽車提供固態電池解決方案。2022年-2024年資料來源：公開資料整理；制表：汽車之家行業組■動力電池江湖將被顛覆
任何一個美好事物在誕生前，都要經歷一番血與火的淬鍊，通往固態電池之路同樣並非一帆風順。
關於實驗室研究和產業化的差異，中科院院士南策文有個經典的論述：「做研究追求1%的可能性、可行性，可以通過不斷試錯創新；產業界追求的是99%甚至100%的可靠性和一致性，各個方面都要考慮周到，要把1%變成99%甚至100%，中間需要一個轉化的橋梁和過程，需要逐漸完善，直至完全可控。」業內專家預測，在2025年前後，半固態電池可以實現大規模量產，2030年前後可實現全固態電池的商業化應用。
在固態電池還未真正量產之際，眼下主流的三元電池、磷酸鐵鋰電池，乃至新晉的鎳錳酸電池，都會在近5-10年內佔據主導地位，但固態電池一旦量產，整個動力電池江湖將會翻天覆地。
首先，一旦全固態電池量產，鋰離子電池所詬病的安全和續航問題將不再是障礙，這將真正拉開電動車替代燃油車的大幕。
其次，全固態電池的上遊正負極材料、固態電解質、設備和製造等環節業將會發生變化。這不但會給新玩家機會，也會重重的捶打原有的玩家。
最後，電池要達到商業化需要在規模和成本方面都能達到完美的平衡點，使用的材料不能是高成本且稀有的，並且要有實現大規模應用的可能。不過，根據輝能科技的估算，在量產規模達到20GWh之時，全固態電池組的成本將降至三元鋰電池的98%，並形成替代作用。
編輯有話說：
科技進步的力量是無窮的，當電池技術解決了電動車的續航不足、充電緩慢等硬傷，電動車便可自然而然取代燃油車。目前，離我們最近的新電池技術應該就是眼下最熱門的「無鈷」電池，但真正意義上的更深層次的技術革新，可能還要屬全固態電池。全固態電池將在接下來的幾年內撥開雲霧見月明，我們也更期待中國汽車品牌給我們帶來驚喜。
來源：汽車之家
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