固态电池随时准备颠覆现有产品体系 但仍有多项技术难题待突破

近日，大众集团宣布已向斯坦福大学研发固态电池的衍生公司QuantumScape追加投资2亿美元，旨在加速推动固态电池技术的研发和商业化量产。此前不久，造车新势力——合众公司与清陶能源达成全面深度合作，共同推进固态电池的研发与应用。

今年以来，国内外公司在固态电池领域投资布局动作频频。但业内认为，固态电池还存在诸多待解难题，产业化进程任重道远。

下一个竞争高地

继2018年投资1亿美元后，大众集团再次发力。增资对象QuantumScape成立于2010年，是斯坦福大学的衍生公司，其试制的全固态电池安装在车辆驱动系统上已完成了操作测试实验。大众集团预测，假如使用全固态电池，该公司的EV车型“e-golf”的续航里程可以从现有的300公里提升至750公里。

固态电池技术是公司的下一个竞争高地。全球多家车企、动力锂电池公司和科研院校都在致力于固态电池的科研攻关。宝马集团早在2017年就牵手SoildPower开发固态电池；丰田是较早布局固态电池的车企，并有望在2022年推出搭载固态电池的车型；今年年初，戴姆勒宣布与加拿大魁北克水电公司合作开发固态电池技术，一旦固态电池达到了可量产状态，将使用在戴姆勒电动汽车上。

我国科学院院士欧阳明高曾公开表示，日本自2017年起，投入了大量的研发经费，举全国之力研发下一代固态电池。美国和欧洲也在全力开发。我国电池产业虽然在此领域取得暂时优势，但国际竞争压力巨大，需全力追赶固态电池等前沿技术。

国内方面，目前清陶能源、宁德时代、北京卫蓝等公司走在了研发前列。造车新势力——天际汽车在2019年初就推出了首款搭载固态电池的ME7样车，并宣称在2021年实现量产；日前，合众公司与清陶能源达成全面深度合作，共同推进固态电池的研发与应用。

合众公司首席研发官王可峰透露，合众旗下第二款量产车——哪吒U将由此成为全球首款搭载固态电池的量产车。目前，双方已经进行了近两年的联合研发和测试，计划十月份申报工信部通告，年底前量产500台。

随时准备颠覆现有产品体系

公司之所以纷纷布局固态电池，看中的正是它有望解决困扰动力锂电池行业的两大挑战——安全隐患和能量密度偏低问题。

所谓的固态电池，顾名思义就是使用固体电解质的锂离子电池。在工作原理上，全固态电池与传统的锂离子电池并无差别。

传统锂离子电池由正极、负极、隔膜和电解液组成，其中电解液中含有易燃的有机溶剂，发生内部短路时温度骤升容易引起燃烧，甚至爆炸。而固体电解质材料具有不可燃、无腐蚀、不挥发的特性，不存在漏液问题，用固态电解质替代电解液，具有高安全性。此外，全固态电池使用金属锂做负极，电池能量密度有望达到300—400Wh/kg，甚至更高。业内普遍认为，全固态电池有望成为下一代动力锂电池的技术路线。

最近两年，动力锂电池技术路线日益多元化。宁德时代推出了CTP技术、比亚迪公布了刀片电池、蜂巢能源也推出了首款无钴电池。相关技术储备是否会有所冲突？“刀片电池、CTP技术只是在结构上做了一些优化，跟固态电池的发展并不矛盾。”我国化学与物理电源行业协会秘书长刘彦龙告诉记者。

事实上，固态电池的研发已经上升到国家战略层面。2019年十二月，工信部公布的《新能源汽车产业发展规划（2021-2035年）》（征求意见稿），对提高技术创新能力提出了要求，其中便包括了“加快全固态动力锂电池技术研发及产业化”。

华经产业研究院认为，固态电池等新的技术革命随时准备颠覆现有的整个产品体系框架。随着研发和工业技术的不断发展，未来几年，固态电池产品的市场会迎来蓬勃的发展机遇。

多项技术难题待突破

“现在所说的固态电池，是为了解决电动汽车的安全问题，新增了一部分固态电解质。多数是对现有锂离子电池技术的改进，属于半固态电池。”刘彦龙告诉记者，全固态锂离子电池，是一种使用固体电极材料和固体电解质材料，不含有任何液体的锂离子电池。“固态电池”和“全固态电池”一字之差，却还有较长的路要走。

刘彦龙介绍，目前全固态电池在电解质导电性、金属锂的可塑性、界面相容性等方面还存在技术难题。比如，在与电极的接触上，液态电解质可以最大限度地与之接触，而固态电解质与电极之间很难做到完全贴合，电导率低于液态电解质；在频繁充放电过程中，各种材料体积会膨胀和收缩，如何保证电极结构的稳定也还要进一步研究。

考虑到全固态电池面对的现实难题，以及行业对高安全、高能量密度动力锂电池的迫切期待，半固态电池成为当下的一个务实选择。电池结构设计正逐渐由减少液体的使用，向无液体的全固态电池迈进。

刘彦龙坦言，理论上认为全固态电池是动力锂电池发展的一个方向，但目前还没有做出一款全固态电池去检验其全生命周期的竞争力。“全固态锂离子电池是否真的能解决锂离子的本质安全性还有待更广泛、更深入的研究和数据积累。”在他看来，只有安全性、能量密度、循环寿命、成本都接近甚至优于现有的锂离子电池时，全固态电池才具备产业化的基础。

在刘彦龙看来，全固态电池短时间内很难产业化，起码要等到2030年左右。“全固态电池得先做出来，先应用于小电流的电子产品上，再逐步应用到大电流、大倍率的电动汽车上。”