美國、歐洲以及日本之所以大力發展固態電池的原因之一,都提到了我國在新能源汽車和動力電池市場上的領先地位。因此,為了搶奪下一代動力電池技術的主導權,各國都在投入巨資研發固態電池。未來,我國要繼續在新能源汽車以及動力電池領域“領跑”,也應大力發展固態電池,爭取早日實現突破。

半固態電池

近日,美國能源部宣布,其2019財年的獎勵金將撥給從事“先進技術研究”的車企,包括通用汽車和福特都得到了大筆獎金。據悉,美國能源部將向通用汽車撥款910萬美元,其中200萬美元明確表示與固態電池的研發有關。作為下一代動力電池技術的理想解決方案,固態電池技術比當前主流的鋰離子電池技術更加先進,不僅封裝尺寸更小、能量密度更高,而且具有更高的可靠性和不易過熱性,更不用說裝配固態電池的電動汽車充電可能只需要幾分鐘,而不是幾個小時。

高能量密度與安全也能“兩全其美”

自今年以來,包括中國、美國、歐洲等全球市場已經發生了多起新能源汽車自燃起火事故,涉及特斯拉、蔚來等電動汽車品牌。為何新能源汽車如此“火大”?8月18日,中國新能源汽車國家大數據聯盟發布《新能源汽車國家監管平臺大數據安全監管成果報告》。數據顯示,自今年5月以來,在發生起火事故的新能源汽車(已查明著火時的車輛狀態)中,86%的事故車輛使用三元鋰離子電池、7%的事故車輛使用磷酸鐵鋰電池、7%的事故車輛電池類型不確定。

三元鋰離子電池已經成為當今絕大多數汽車品牌的電動汽車產品所配裝的動力電池的主流類型。業內專家指出,傳統鋰離子電池采用的是有機液體電解液,在過度充電、內部短路等異常的情況下,電池容易發熱,造成電解液氣脹、自燃甚至爆炸,存在嚴重的安全隱患。當前,為了消除消費者的“里程焦慮”以及獲取一些國家針對長續駛里程新能源車型的更高補貼,現在很多企業都在采用能量密度更高的鋰離子電池,以提高電動車型的續駛里程。但伴隨著鋰離子電池密度的不斷提高,安全隱患也變得愈發突出。

那么,究竟有沒有一種電池能保證高能量密度的同時,又能保障具有高安全性能呢?固態電池應運而生。固態鋰電池負極可采用金屬鋰,電池能量密度有望達到300~400Wh/kg甚至更高,可匹配高電壓電極材料,進一步提升質量能量密度,在支持電動汽車長距離行駛方面更有優勢。與目前市面上的液態鋰離子電池相比,固態電池使用固態電解質,不可燃、無腐蝕、不揮發、不存在漏液問題。

正是由于固態電池的諸多優勢,全球各國車企都在大力研發固態電池技術,希望能在下一代動力電池技術的競賽中取得先機,但它們首先要解決一系列技術難題,例如尋找高效的固態電解質材料。此外,固態電解質和電極的界面處理也是固態電池目前面臨的一大難題。當前,包括浙江鋒鋰新能源科技有限公司在內的多家中國企業正在進行固態電池的產業化探索。

美國能源部撥款車企促研發

美國能源部撥給通用汽車的這200萬美元,可謂“及時雨”。具體而言,其中100萬美元將用于“對固態電池中界面現象的基本了解”;另外100萬美元將用于研究“用硫化物玻璃電解質加熱全固態電池”。根據2014年的一項研究,硫化物玻璃電解質在室溫下電池測試循環中的表現非常好,可能是固態電池實現大規模量產的關鍵性材料。

美國能源部表示,關于固態電池的研發將在美國密歇根州沃倫進行,即通用汽車的沃倫技術中心。7月30日,通用汽車(中國)在上海舉行的科技日活動上展示了中國前瞻技術科研中心(以下簡稱“前瞻中心”)成立十周年以來的創新成果,通用汽車中國科學研究院院長杜江凌介紹道,今后前瞻中心的電池實驗室將進一步加強固態電池的研發。

實際上,不只是通用汽車,其老對手福特也在研發固態電池。今年4月,美國固態電池初創公司Solid Power宣布完成B輪融資,該輪融資由福特、三星等聯合投資。Solid Power是一家位于美國科羅拉多州的初創公司,是由美國科羅拉多大學波德分校的電池研發項目所分立出來的。同時,福特宣布與Solid Power正式達成合作,雙方宣布著手研發下一代電動汽車全固態電池。福特汽車首席技術官肯·華盛頓表示:“與Solid Power的合作使我們能夠在一項重要的新興技術方面進一步合作,這項技術可以真正改變智能電動汽車的設計和集成?!?/p>

歐洲謀求動力電池領域翻盤

作為歐洲最大的應用科學研究機構,德國弗勞恩霍夫應用研究促進協會已經啟動了一個關于固態電池的戰略性國際合作計劃。今年年初,德國弗勞恩霍夫硅酸鹽研究所和瑞士聯邦材料測試和研究實驗室合作推出了一項名為IE48的項目,為量產電動汽車固態電池奠定基礎。

該項目以兩家研究機構的研發實力作為基礎,總部位于瑞士迪本多夫的瑞士聯邦材料測試和研究實驗室為該項新電池技術提供化學和物理基礎,而總部位于德國維爾茨堡的弗勞恩霍夫硅酸鹽研究所則提供有關工藝開發和電池生產方面的專有技術。雙方之間的合作,旨在解決固態電池工業生產中最重要的技術瓶頸。

弗勞恩霍夫應用研究促進協會在一份聲明中表示:“固態電池無需易燃液體電解質,因而可提供顯著的運行穩定性。此外,其在尺寸和重量上也具有優勢,因而也不需要太復雜的安全電池外殼?!备诙骰舴驊醚芯看龠M協會表示,如果雙方的研究能取得突破性進展,那么對于歐洲來說將是一場戰略性勝利。在固態電池領域取得飛躍式進步,將給歐洲帶來反超的機會,并將亞洲廠商在動力電池方面占據的主導優勢重新帶回歐洲。

去年6月,大眾集團宣布與美國電池初創公司QuantumScape合作,雙方致力于讓QuantumScape正在研發的固態電池在2025年前實現量產。QuantumScape是美國斯坦福大學前研究人員于2010年成立的風險投資公司,其在固態電池領域的專利累計達到約200項。作為合作的一部分,大眾集團出資1億美金給QuantumScape,并派遣技術人員參與QuantumScape的研發工作。

大眾方面認為,如果采用固態電池,旗下電動車型大眾e-Golf的續駛里程可以從現在的300公里提高到約750公里。大眾之所以投資QuantumScape,主要是為了獲得相關技術專利,以便在下一代動力電池的競爭中取得一席之地。除了大眾之外,寶馬也正在與前面所提到的Solid Power一起合作,共同研發新一代固態電池。

日本“抱團”研發似拔得頭籌

由于意識到了固態電池的巨大潛力,日本很早就開始對此進行研發,因此目前在這一領域較為領先。

值得注意的是,在固態電池的研發方面,日本人又采取了一貫的“抱團取暖”方式。去年6月,日本新能源產業技術綜合開發機構宣布,該國部分企業及學術機構將在未來5年內聯合研發下一代汽車電動車固態鋰電池,力爭早日應用于新能源汽車產業。松下、豐田、本田、日產等23家汽車、電池和材料企業,以及京都大學、日本理化學研究所等15家學術機構共同參與研究,計劃到2022年全面掌握全固態電池相關技術。

近日,豐田在東京舉行的戰略溝通會上宣布,將提前5年實現“2030計劃”,即到2025年,豐田混合動力、插電式混合動力、純電動車、燃料電池車的年銷量將達到550萬輛;其中純電動車和燃料電池車超過100萬輛,純電動車型超過10款,覆蓋多個細分市場。

此外,豐田汽車董事、副社長寺師茂樹在戰略溝通會上還表示,計劃在明年東京奧運會期間向公眾展示旗下固態電池電動汽車,比原計劃提前2年。豐田方面也表示,希望利用東京奧運會的契機讓固態電池大規模商用推廣。

為了實現在動力電池領域雄心勃勃的目標,豐田計劃于三個合作伙伴斯巴魯、鈴木和馬自達分享其電池技術。今年年初,豐田與松下宣布,將共同設立開發、生產電動汽車(EV)等車載電池的新公司,該公司致力于開發、量產固態電池。

看來,日本人似乎在固態電池的全球角力中先人一籌,但鑒于該技術的復雜性,一切尚未塵埃落定。

編后:美國、歐洲以及日本之所以大力發展固態電池的原因之一,都提到了我國在新能源汽車和動力電池市場上的領先地位。因此,為了搶奪下一代動力電池技術的主導權,各國都在投入巨資研發固態電池。未來,我國要繼續在新能源汽車以及動力電池領域“領跑”,也應大力發展固態電池,爭取早日實現突破。

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