目前，具有高能量密度以及高安全特性的固態(tài)電池正在全球范圍內受到關注。伴隨著新能源汽車的高速發(fā)展，提高車輛續(xù)航里程的呼聲日益響亮，想要汽車“跑”得遠，選用能量密度更高的固態(tài)電池成為一個可行的選擇。在此背景下，不同國家和地區(qū)的相關研究機構和公司紛紛進入“賽道”，開啟了一場發(fā)力布局和加速固態(tài)電池研發(fā)的“拉力賽”。

“想要達到2020年及以后的動力鋰電池能量密度發(fā)展要求，實現(xiàn)能量密度大于500Wh/kg的目標，現(xiàn)有的液體電解質電池體系恐怕無能為力。作為下一代面向500Wh/kg的電池技術路線，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)展要新的技術儲備，固態(tài)鋰離子電池則有望成為下一代車用動力鋰電池主導技術路線，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。”我國科學院物理研究所研究員陳立泉近日表示。

國內外市場同時發(fā)力

國內外不少大型車企現(xiàn)已開始發(fā)力固態(tài)電池的研發(fā)，以求奪得未來發(fā)展新能源汽車的技術話語權。“各大汽車產(chǎn)業(yè)強國在研發(fā)應用新一代高能量密度動力鋰電池方面都不甘落后。”日前公布的《我國新能源汽車動力鋰電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告(2018)》分析指出。

進軍固態(tài)電池領域，大眾汽車顯然早有計劃。其大規(guī)模電動汽車發(fā)展計劃“RoadmapE”預計投資500億歐元，將在我國、歐洲及北美開展動力鋰電池長期戰(zhàn)略合作項目，并在2025年之后實現(xiàn)固態(tài)電池裝車應用，實現(xiàn)1000公里的續(xù)航里程。同樣積極布局固態(tài)電池的還有寶馬汽車，其與美國電池技術公司SolidPower建立合作伙伴關系，共同開發(fā)電動汽車專用固態(tài)電池技術。

在亞洲，固態(tài)電池同樣是汽車公司以及電池公司布局的熱點。日本豐田給出的“答卷”是與松下聯(lián)合研發(fā)方形固態(tài)電池，同時計劃發(fā)展更高密度的新一代全固態(tài)電池。而韓國電池制造研發(fā)公司LGChem則選擇與三星SDI聯(lián)合研發(fā)高鎳NCM、NCA以及固態(tài)電池，并表示固態(tài)電池量產(chǎn)將在2025年左右。

面對競爭激烈的國際固態(tài)電池市場，我國以我國科學院物理研究所為代表的研究團隊，也正在積極推進固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)化工作。同樣發(fā)力的還有公司，贛鋒鋰業(yè)正與我國科學院寧波材料所進行合作，寧德時代、天津力神、中航鋰電及衛(wèi)藍新能源等公司也在進行固態(tài)電池的開發(fā)。

“可以看到，不管是車企還是電池公司都著眼于全固態(tài)電池的研發(fā)，這更像是一場高比能全固態(tài)電池的技術競賽，將極大促進高比能全固態(tài)鋰離子電池最終實現(xiàn)。”北京理工大學材料學院教授吳伯榮表示。

多道難題待解

據(jù)記者了解，固態(tài)鋰離子電池的關鍵是固態(tài)電解質材料，現(xiàn)有的無機固體電解質和高分子聚合物電解質材料，沒有任何一種既有高離子電導率和機械強度，又有良好的加工性能。“目前高分子聚合物電解質材料在室溫離子電導率低，而無機固體電解質則存在制備困難的問題，怎么辦呢?我們要選擇各自的優(yōu)點，規(guī)避缺點。”我國科學院院士南策文指出，想要“兩全其美”，就必須對固態(tài)電解質材料的研發(fā)提出更高的要求。

面對固態(tài)電池發(fā)展過程中的阻力，我國化學與物理電源行業(yè)協(xié)會秘書長劉彥龍同樣提出了自己的看法，“目前最基礎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。”過大的電阻不僅會帶來能量的浪費，還會導致電池溫度升高，對其安全性能造成不良影響。

除了技術上的不成熟，市場規(guī)則不完善同樣是固態(tài)電池成長的“煩惱”。我國汽車技術研究中心有限公司北京工作部副主任王成告訴記者，縱使近兩年的新能源汽車財政補貼標準關聯(lián)了動力鋰電池能量密度和車輛續(xù)駛里程，且2018年新版的補貼政策更加細化和完善，但是關于產(chǎn)品能量密度的指標要求迭代周期過短，導致部分公司一味追求能量密度和高補貼，忽視了產(chǎn)品綜合性能的優(yōu)化，導致公司的技術和產(chǎn)品難以形成積累。

“從整體的技術鏈來看，固態(tài)電池市場存在布局不均、鏈條不穩(wěn)的風險，難以打下持續(xù)發(fā)展提升的堅實基礎。”王成分析指出，目前仍需進一步引導公司在技術以及產(chǎn)品層面形成良性發(fā)展的健康體系，“研發(fā)機構和公司應重視積累的效率，在不斷的積累量變過程中，促成迭代質變。”

固態(tài)鋰離子電池成戰(zhàn)略重心

面對如火如荼的固態(tài)電池“競技場”，我國顯然搶到了參賽的入場券。國務院公布的《我國制造2025》規(guī)劃中明確提出了對單體動力鋰電池比能量的戰(zhàn)略布局，高比能、高安全、長壽命和低成本固態(tài)鋰離子電池，是我國實現(xiàn)新能源汽車“純電驅動”技術轉型戰(zhàn)略的關鍵和重要支撐。自20世紀70年代以來，國內各研究機構、高校，以及近年來隨國家政策而創(chuàng)建的優(yōu)勢電池材料公司，在固態(tài)電解質和固態(tài)電池研究方面已取得了系列研究成果。同時，贛鋒鋰業(yè)和寧德時代都將全固態(tài)鋰離子電池作為下一代高性能動力鋰電池的研發(fā)重點。

“總體看固態(tài)電池發(fā)展的路徑，電解質可能是從液態(tài)、半固態(tài)、固液混合、固態(tài)最后到全固態(tài)。負極會從石墨負極，到硅碳負極，最后有可能到金屬鋰負極，但是目前還存在技術不確定性。”我國科學院院士歐陽明高近日分析指出，“到2030年，希望在電解質方面取得突破，全固態(tài)電解質會產(chǎn)業(yè)化，電池單體比能量有望沖擊500Wh/kg。2030年，常規(guī)車型的續(xù)航里程應該可以達到500km以上。”

目前，國家自然科學基金委員會、科技部和工信部都已將固態(tài)電池的研發(fā)列為重點專項，隨著更多新型固態(tài)電解質材料的發(fā)展和全固態(tài)鋰離子電池反應機制研究的逐步深入，固態(tài)電解質性能有望得到持續(xù)改善。

“但光靠國家的支持是不夠的。”陳立泉指出，“希望鋰電產(chǎn)業(yè)界和投資促進局高度重視，使我國在這場激烈的國際競爭中獲勝，使動力鋰電池產(chǎn)業(yè)從‘跟跑’變?yōu)椤I跑’，促進新能源汽車大規(guī)模的推廣應用。”