2027年實(shí)現(xiàn)商業(yè)化？固態(tài)電池今年有哪些進(jìn)展

電子發(fā)燒友報道（文/梁浩斌）在電動汽車行業(yè)的需求推動下，相比傳統(tǒng)液態(tài)電解質(zhì)電池更安全、能量密度更高的固態(tài)電池成為了未來電池技術(shù)發(fā)展的重要方向。不過由于材料和制造成本、使用壽命等問題，發(fā)展多年的固態(tài)電池目前仍未能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的量產(chǎn)。

但業(yè)界相關(guān)研究機(jī)構(gòu)以及企業(yè)都在加大力度投入到固態(tài)電池的研發(fā)中，在最近，也有企業(yè)以及研究團(tuán)隊(duì)公布了其在固態(tài)電池領(lǐng)域的最新進(jìn)展。

豐田：續(xù)航1500km，2027-2028實(shí)現(xiàn)商業(yè)化

早在2008年開始投入固態(tài)電池研發(fā)的豐田汽車，在今年6月的豐田2023技術(shù)研討會上透露，計(jì)劃在2027年投放一款配備全固態(tài)電池車型。豐田表示，他們發(fā)現(xiàn)了一項(xiàng)技術(shù)突破，解決了固態(tài)電池長久以來存在耐久性不足的問題，并將通過HEV混合動力汽車引進(jìn)全固態(tài)電池，計(jì)劃在2027-2028年實(shí)現(xiàn)商業(yè)化落地。

雖然豐田沒有詳細(xì)說明技術(shù)細(xì)節(jié)，不過根據(jù)發(fā)布會的信息，豐田正在推進(jìn)續(xù)航里程可以達(dá)到1500km的全固態(tài)電池，同時電池SoC從10%-80%的充電時間僅需10分鐘。

不過值得注意的是，對于固態(tài)電池的量產(chǎn)，豐田已經(jīng)多次跳票。在過去十多年里，豐田多次宣傳其固態(tài)電池技術(shù)，包括2017年豐田就曾表示將在2020東京奧運(yùn)會上展示他們的固態(tài)電池技術(shù)應(yīng)用，然而東京奧運(yùn)會因?yàn)橐咔槎七t到2021年舉辦，但豐田依然未能拿出他們的固態(tài)電池。

后來豐田將固態(tài)電池的量產(chǎn)計(jì)劃調(diào)至2025年，但今年再次將時間延后，作為固態(tài)電池領(lǐng)域擁有專利數(shù)量最多的企業(yè)，多次推遲量產(chǎn)時間似乎說明固態(tài)電池目前還存在很多問題。

衛(wèi)藍(lán)新能源：蔚來150kWh半固態(tài)電池包7月上線

蔚來在5月的發(fā)布會上表示，其150kWh電池包將會在今年7月上線。這款電池包早在2021年初在NIO DAY上伴隨ET7同時發(fā)布，但也因?yàn)榧夹g(shù)問題多次跳票。

這款電池包的特別之處在于，它采用了半固態(tài)的電解液、硅碳復(fù)合負(fù)極材料、超高鎳正極材料，模組單體能量密度高達(dá)360Wh/kg。所以蔚來在全系列電池包體積尺寸完全相同的情況下，可以做到高達(dá)150kWh的容量，是最低規(guī)格電池包容量的兩倍。


半固態(tài)電池實(shí)際上是將傳統(tǒng)電池中的液態(tài)電解質(zhì)，換成一種類似凝膠態(tài)的固液混合物，這種路線被認(rèn)為是固態(tài)電池路線上的一個過渡方案。

同時這種半固態(tài)電池由于制造流程與傳統(tǒng)電池相似，所以相對來說制造成本會比純固態(tài)電池更低。蔚來150kWh電池包的電池模組供應(yīng)商衛(wèi)藍(lán)新能源曾表示，其制造工藝流程和裝備與目前鋰電池的90%以上通用。

不過，其中一些關(guān)鍵的工藝環(huán)節(jié)，包括所用到的“原位固化固液電解質(zhì)”需要特殊的制造工藝，在量產(chǎn)以及良率上還有很多技術(shù)難點(diǎn)，所以受限于產(chǎn)能和良率，目前半固態(tài)電池價格也相當(dāng)高。

蔚來聯(lián)合創(chuàng)始人秦力洪曾透露，150kWh電池包的成本與一輛蔚來ET5相當(dāng)（30萬元左右）。而隨著7月份150kWh電池包的上線，半固態(tài)電池也正式進(jìn)入商業(yè)化階段。

實(shí)驗(yàn)室進(jìn)展

現(xiàn)階段固態(tài)電池大多還存在于實(shí)驗(yàn)室中，不過為了未來量產(chǎn)的應(yīng)用，近期也有很多關(guān)于固態(tài)電池的新進(jìn)展。

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)馬騁教授團(tuán)隊(duì)近日在國際著名學(xué)術(shù)期刊《自然·通訊》上發(fā)表了固態(tài)電池的最新成果，開發(fā)出一種新型固態(tài)電解質(zhì)氧氯化鋯鋰。由于材料制備成本相比業(yè)界主流的硫化物、氯化物固態(tài)電解質(zhì)更便宜，所以這種新型固態(tài)電解質(zhì)材料有望能夠?yàn)楣虘B(tài)電池的量產(chǎn)大幅降低成本。

據(jù)了解，為了滿足實(shí)際應(yīng)用的需求，全固態(tài)鋰電池的固態(tài)電解質(zhì)至少需要同時具備三個條件：高離子電導(dǎo)率（室溫下超過1毫西門子每厘米），良好的可變形性（250至350兆帕下實(shí)現(xiàn)90%以上致密），以及足夠低廉的成本（低于50美元每公斤）。而氧氯化鋯鋰的成本通過合成方式的優(yōu)化，最低成本可以降至7美元每公斤。

同時氧氯化鋯鋰在室溫離子電導(dǎo)率、可變形性方面也相比硫化物、氯化物固態(tài)電解質(zhì)更好。另外，在測試中，由氧氯化鋯鋰和高鎳三元正極組成的全固態(tài)鋰電池在12分鐘快速充電的條件下，該電池仍然成功地在室溫穩(wěn)定循環(huán)2000圈以上。

國外方面，日本東京工業(yè)大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)近日也發(fā)表論文聲稱提高了全固態(tài)電池的快速充電性能和容量。其中影響快速充電性能的指標(biāo)與目前相比最高可提升 3.8 倍，正極容量按單位電極面積計(jì)算提高 1.8 倍，均達(dá)到世界最高水平。

美國橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室也在6月宣布，他們開發(fā)出一種新的加工工藝，改善固態(tài)電池的制造缺陷，提升離子電導(dǎo)率，能夠進(jìn)一步提升固態(tài)電池的量產(chǎn)實(shí)用性。

小結(jié)：

在電動汽車的需求下，固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)受到了更多關(guān)于以及資金投入，不過要實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，最重要的反而不是性能、 能量密度等因素，成本能否比現(xiàn)有的磷酸鐵鋰、三元鋰電甚至鈉電池等更低，這會是未來固態(tài)電池實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化需要攻克的方向。