固態(tài)電池，鋰離子電池的終結(jié)者還是陪跑者？

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/周凱揚(yáng)）為了進(jìn)一步提升性能和安全性，電池廠商和汽車OEM都全力投入鋰離子電池的開發(fā)中。但面對(duì)2025年400Wh/kg和2030年500Wh/kg的能量密度目標(biāo)，單靠鋰離子電池的突破似乎難以實(shí)現(xiàn)，反倒是這些廠商布局固態(tài)電池、公布相關(guān)專利的消息時(shí)有傳出。

固態(tài)電池，動(dòng)力電池的下一個(gè)爆點(diǎn)？

著名韓國(guó)電池制造商SK Innovation近期向美國(guó)固態(tài)電池公司Solid Power投資了3000萬(wàn)美元，由后者授權(quán)專利科技，雙方合作開發(fā)車規(guī)固態(tài)電池?，F(xiàn)代和起亞不久前宣布，與另一個(gè)美國(guó)固態(tài)電池開發(fā)商Factorial Energy達(dá)成戰(zhàn)略合作，為現(xiàn)代集團(tuán)開發(fā)和提供汽車固態(tài)電池。來(lái)自中國(guó)臺(tái)灣的輝能科技也在近期完成了來(lái)自軟銀中國(guó)、春華資本等投資方的新一輪融資，這筆資金將用來(lái)加速固態(tài)電池生產(chǎn)設(shè)備的開發(fā)，也用于未來(lái)的產(chǎn)能擴(kuò)張計(jì)劃。

既然這么多大廠都已經(jīng)開始出手了，那么固態(tài)電池真的可以終結(jié)鋰離子電池創(chuàng)下的動(dòng)力電池神話嗎？還是說(shuō)這又是一個(gè)多年后被拋棄的技術(shù)？。但既然他們有心燒錢投入研發(fā)，我們不妨來(lái)看下這些固態(tài)電池公司的技術(shù)與進(jìn)展。

Solid Power

自從比亞迪做了刀片電池的針刺測(cè)試后，連固態(tài)電池廠商也紛紛跟進(jìn)這套操作，證明其高安全性。作為福特和寶馬投資的固態(tài)電池廠商，Solid Power將在2022年提供電池供福特和寶馬兩家車廠進(jìn)行測(cè)試。雖然沒有公布太多技術(shù)細(xì)節(jié)，不過(guò)Solid Power在今年10月份公布了一系列的測(cè)試數(shù)據(jù)，讓我們一窺其固態(tài)電池的現(xiàn)階段性能表現(xiàn)。


Solid Power固態(tài)電池 / Solid Power

在Solid Power固態(tài)電池針刺試驗(yàn)中，充滿電的測(cè)試電池被刺穿，沒有起火或爆炸的現(xiàn)象，僅僅只是溫度略微升高而已，且記錄的最高溫度只有27℃，這正是硫化物固態(tài)電解質(zhì)為這個(gè)高硅含量的固態(tài)電池帶來(lái)的安全性能。

Solid Power固態(tài)電池壽命測(cè)試結(jié)果 / Solid Power

在45℃的1000次循環(huán)下，Solid Power固態(tài)電池仍有82%的容量。而在能量密度測(cè)試中，該電池可以做到350Wh/kg的堆疊能量比，且在750次循環(huán)下仍有80%的容量?？斐錅y(cè)試記錄的650次循環(huán)下，每五個(gè)周期就能做到2C的快充速率。

輝能科技

涉足電池開發(fā)15年的輝能科技以鋰陶瓷固態(tài)電池聞名，該公司于2019年8月與蔚來(lái)汽車簽訂了戰(zhàn)略合作協(xié)議，共同推動(dòng)固態(tài)電池的開發(fā)MAB封裝的固態(tài)電池。今年三月，輝能科技又和越南本土汽車品牌Vinfast在當(dāng)?shù)毓餐闪⒘撕腺Y公司，該公司將擁有輝能固態(tài)電池的優(yōu)先采購(gòu)權(quán)，支持Vinfast未來(lái)的固態(tài)電池汽車量產(chǎn)。

輝能科技為固態(tài)電池開發(fā)了多項(xiàng)專利技術(shù)，比如替代了可燃液體聚合物電解質(zhì)的氧化物電解質(zhì)。這種固態(tài)材料可以有效避免或延遲熱失控效應(yīng)，其極高的穩(wěn)定性也確保了陽(yáng)極與陰極材料被高效地利用，從而提高能量密度降低生產(chǎn)成本。

鋰離子電池與輝能固態(tài)電池針刺對(duì)比試驗(yàn) / 輝能科技

在安全方面，除了氧化物固態(tài)電解質(zhì)固有的安全性之外，輝能科技還開發(fā)了主動(dòng)安全機(jī)制這一專有技術(shù)。電池、模塊和系統(tǒng)會(huì)主動(dòng)停止，確保熱失控和熱擴(kuò)散得到解決。輝能還在今年二月發(fā)布了與軟包電池、圓柱電池、方形電池等傳統(tǒng)鋰離子電池的針刺測(cè)試對(duì)比試驗(yàn)，其中鋰離子電池均出現(xiàn)了起火爆炸的現(xiàn)象，但固態(tài)電池并沒有出現(xiàn)任何異狀。

在這幾大核心技術(shù)的幫助下，輝能的固態(tài)電池做到了優(yōu)異的性能表現(xiàn)。根據(jù)輝能的固態(tài)電池性能發(fā)展規(guī)劃，如今的產(chǎn)品在安全性和快充上已經(jīng)確定了，在電池包能量密度、循環(huán)周期和低溫表現(xiàn)上仍有優(yōu)化的空間。目前輝能給出的能量密度為440-485Wh/L，支持5C快充，可以在12分鐘內(nèi)充至80%，循環(huán)壽命則是在1000次以上。

寧德時(shí)代

寧德時(shí)代也進(jìn)行了多年的固態(tài)電池研發(fā)，但一直未曾透露過(guò)多消息。寧德時(shí)代曾在今年 1 月公開了兩份關(guān)于固態(tài)電池的專利，分別為“一種固態(tài)電解質(zhì)的制備方法”以及“一種硫化物固態(tài)電解質(zhì)片及其制備方法”。這也證明了寧德時(shí)代同樣計(jì)劃使用硫化物作為固態(tài)電池材料，與此前透露的開發(fā)方向一致。

不過(guò)寧德時(shí)代對(duì)于固態(tài)電池的商用沒有給出短期的目標(biāo)，并表示寧德時(shí)代在固態(tài)電池研發(fā)方面深耕多年，在技術(shù)上處于第一梯隊(duì)，已經(jīng)可以做出固態(tài)電池原型樣品，但是距離實(shí)現(xiàn)固態(tài)電池商業(yè)化還有很遠(yuǎn)的路要走。19年底，寧德時(shí)代更是聲稱具體的固態(tài)電池商業(yè)化產(chǎn)品要到2030年后才能交付。

量產(chǎn)的難題

大廠追捧的固態(tài)電池似乎前景一片光明，但質(zhì)疑的人也不少。特斯拉前電池工程師Gene Berdichevsky稱固態(tài)電池是一個(gè)“虛無(wú)的期望”，未來(lái)依然寄托在鋰離子電池上，而特斯拉聯(lián)合創(chuàng)始人和原CEO Martin Eberhard卻對(duì)固態(tài)電池十分看好。那么現(xiàn)在的特斯拉為何沒有在固態(tài)電池上行動(dòng)，反而是繼續(xù)推行4680電池呢？

松下在不久前展示了為特斯拉打造的4680電池，這款直徑46毫米高度80毫米的電池比現(xiàn)用的1865和2170電池都要大。依照特斯拉和松下給出的數(shù)據(jù)，4680電池的容量是過(guò)去小型電池的五倍。盡管體積增加了，卻也帶來(lái)了成本和性能上的優(yōu)勢(shì)，4680電池可以將里程數(shù)再提高16%。

以4680鋰離子電池為例，松下稱明年三月可以開始試產(chǎn)，這才是特斯拉想要的確定性。不僅是以上專研固態(tài)的幾家公司，全球排名靠前的電池廠家同樣將固態(tài)電池視為2025年后的產(chǎn)物。比如同樣投入固態(tài)電池研發(fā)的兩家韓國(guó)企業(yè)，LG Chem預(yù)計(jì)固態(tài)電池將在2027年至2030年具備商業(yè)化規(guī)模，三星SDI也宣稱其固態(tài)電池要在2027年才能開始量產(chǎn)。因此要想特斯拉等大廠全面擁抱固態(tài)電池，技術(shù)成熟度低帶來(lái)的量產(chǎn)問題才是最嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。