又到了電動(dòng)車“自燃季”？據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，僅4-5月全國(guó)各地已經(jīng)被曝光的電動(dòng)車自燃起火事件高達(dá)8起，這再次考驗(yàn)了人們對(duì)電動(dòng)車安全性的信任感。而對(duì)于電動(dòng)車安全性的質(zhì)疑，歸根結(jié)底是對(duì)動(dòng)力電池的質(zhì)疑。面對(duì)儲(chǔ)能較少、自燃風(fēng)險(xiǎn)、充電緩慢、回收困難這幾大硬傷，一款顛覆性的電池產(chǎn)品才是人們真正所需。

什么是顛覆性？不是每年“擠牙膏”般地讓技術(shù)進(jìn)步一點(diǎn)點(diǎn)，而是要讓電動(dòng)車與燃油車之間的便利性差距縮小至零。那這種顛覆性是指日前關(guān)注度極高的蜂巢能源“無(wú)鈷”電池嗎？是以特斯拉為代表的“高鎳低鈷”三元鋰電池嗎？亦或是以比亞迪為代表的磷酸鐵鋰“刀片”電池？答案：都不是。今日我們就來(lái)揭秘動(dòng)力電池江湖的隱藏“boss”。

進(jìn)入到2020年，大家對(duì)動(dòng)力電池的關(guān)注度甚至超出了電動(dòng)車本身。寧德時(shí)代的CTP技術(shù)、比亞迪的刀片技術(shù)，以及半路殺出來(lái)一個(gè)攔路虎——蜂巢能源的“無(wú)鈷”電池（鎳錳酸鋰電池），都爭(zhēng)先搶后占據(jù)著媒體頭版頭條。

“鎳錳酸鋰電池本質(zhì)是由鎳取代尖晶石錳酸鋰中的部分錳，與錳酸鋰有同樣的晶體結(jié)構(gòu)，早在20年前就有人研究?！币晃粯I(yè)內(nèi)研究人員對(duì)此表示。無(wú)論是蜂巢能源的鎳錳酸鋰電池，還是比亞迪的磷酸鐵鋰電池，它們雖在能量密度上有所提升，但在材料上沒有根本性改變，只是結(jié)構(gòu)上有較大突破。這些技術(shù)進(jìn)步是獲得行業(yè)內(nèi)高度認(rèn)可的，但作為一款產(chǎn)品，對(duì)于消費(fèi)者而言還不足以讓人“驚艷”。

■固態(tài)電池才是你要的“驚艷”之選

根據(jù)“中國(guó)制造2025”規(guī)劃，至2020年鋰電池能量密度要達(dá)到300Wh/kg，2025年為400Wh/kg，2030年為500Wh/kg。目前來(lái)看，無(wú)論是市場(chǎng)上的哪種電池，依靠現(xiàn)有材料技術(shù)都難以實(shí)現(xiàn)電池單體能量密度高于350Wh/kg的目標(biāo)。即使是特斯拉的21700三元鋰電池，能量密度也僅在300Wh/kg左右。

2019諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)得主Goodenough老爺子曾表述，“你需要的是一步跨越，而不是一個(gè)增量。”在他眼里，那個(gè)跨越就是“固態(tài)電池”。何為固態(tài)電池？一位清華大學(xué)研究生曾經(jīng)用紅豆糕非常形象地回答了這個(gè)問題。

“我喜歡吃紅豆糕，一開始的時(shí)候只是覺得好吃，突然有一天，我意識(shí)到原來(lái)紅豆糕是將兩個(gè)固體完美粘合在一起。當(dāng)時(shí)每天在做固態(tài)電池研究的我，心心念念想做這樣一個(gè)緊密接觸的界面，沒想到最好的例子卻擺在飯桌上?！彼f(shuō)。

在傳統(tǒng)鋰離子電池中，隔膜和電解液加起來(lái)占據(jù)了電池中近40%的體積和25%的質(zhì)量，而固態(tài)電解質(zhì)代替電解液后，正負(fù)極之間的距離則縮小至幾個(gè)微米。電池的外在形態(tài)也從圓圓胖胖的樣子變得更加瘦扁，如同紅豆糕一樣。

條條大路通羅馬，但有的人生來(lái)就在羅馬。即使是半固態(tài)電池，能量密度也可達(dá)350Wh/kg以上，完全“吊打”目前的鋰離子電池。隨著液態(tài)電解質(zhì)含量逐步下降，全固態(tài)電池的能量密度可達(dá)500Wh/kg以上。這意味著目前市面上600公里的鋰離子電池包，如果換為全固態(tài)電池，續(xù)航將達(dá)到2000km以上，所謂的電動(dòng)車?yán)锍探箲]也將不復(fù)存在。

“固態(tài)電池將成為三元電池的顛覆者?！眹?guó)家工信部培訓(xùn)中心汽車專家張翔曾如此論斷，他認(rèn)為固態(tài)電池將成為電動(dòng)汽車取代傳統(tǒng)燃油汽車的利器。

全固態(tài)電池不僅在能量密度上做到出眾，還具有不可燃、無(wú)腐蝕、不揮發(fā)、不存在漏液?jiǎn)栴}等特性，安全性更有保證，即使在高溫情況下也不會(huì)著火。此外，在回收方面，全固態(tài)電池僅用“干法”回收即可。也就是通過破碎法將電池內(nèi)部的有效成分提取出來(lái)，這也解決了當(dāng)下動(dòng)力電池回收難、易產(chǎn)生廢液的問題。

■眾企業(yè)已悄然進(jìn)入“軍備競(jìng)賽”階段

說(shuō)了那么多固態(tài)電池的閃亮之處，想必你一定在想，這么好的“神仙”產(chǎn)品，倒是快點(diǎn)量產(chǎn)啊！實(shí)際上，為完成未來(lái)動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃目標(biāo)，固態(tài)電池已悄然進(jìn)入“軍備競(jìng)賽”階段，其中海外企業(yè)以豐田最為出眾。如果不是因?yàn)橐咔?，原本?020年?yáng)|京奧運(yùn)會(huì)上，豐田將亮相旗下的固態(tài)電池電動(dòng)汽車，但真正量產(chǎn)或許要等到2025年。

『豐田固態(tài)電池基于e-Palette概念平臺(tái)進(jìn)行研發(fā)』

為什么日本的固態(tài)電池可以在這個(gè)夏天“早熟”？在電動(dòng)化浪潮開啟之初，各大汽車制造商紛紛推出純電動(dòng)汽車，但豐田在這方面的表現(xiàn)并不積極，原因就是在等待自家固態(tài)電池的成熟。豐田官方發(fā)言人Kayo Doi表示，豐田希望能在二十一世紀(jì)20年代初期將全固態(tài)電池商業(yè)化，以此來(lái)彌補(bǔ)豐田與日產(chǎn)、特斯拉等電動(dòng)車先導(dǎo)企業(yè)之間的差距。

這并不是一句空想。事實(shí)上，豐田早在2008年就舉全集團(tuán)之力研究全固態(tài)電池。在取得成果方面，豐田在該領(lǐng)域?qū)＠麛?shù)量占據(jù)全球固態(tài)電池專利數(shù)量的13%，是全球擁有固態(tài)電池專利數(shù)量最多的企業(yè)。開句玩笑話，豐田免費(fèi)開放了5680項(xiàng)汽車氫燃料燃料電池專利使用權(quán)，此后又免費(fèi)開放了23740項(xiàng)混合動(dòng)力車的相關(guān)技術(shù)專利，那么“大方”的豐田怎么不開放固態(tài)電池專利呢？這就很耐人尋味了。

另一個(gè)有意思的案例，戴森日前展示了其已經(jīng)放棄的代號(hào)為“N526”的電動(dòng)車。之前因造車成本太高，戴森果斷停止了造車項(xiàng)目。值得一提的是，雖然戴森放棄了制造電動(dòng)車，但卻投入25億英鎊（約合210億元人民幣）用于固態(tài)電池及相關(guān)技術(shù)的研發(fā)?？梢姽虘B(tài)電池這一“金礦”還吸引了跨界玩家紛紛參與。

實(shí)際上，從汽車產(chǎn)業(yè)鏈到電子電器產(chǎn)業(yè)鏈，甚至許多固態(tài)電池初創(chuàng)企業(yè)，全都卯足勁希望能在固態(tài)電池領(lǐng)域搶占先機(jī)贏得市場(chǎng)份額。

從國(guó)內(nèi)整體形勢(shì)上看，部分企業(yè)也已進(jìn)入固態(tài)電池（半固態(tài)電池）中試階段，2025年前可能實(shí)現(xiàn)固態(tài)電池量產(chǎn)，其中以蔚來(lái)、天際及愛馳為代表的中國(guó)造車新勢(shì)力品牌，在固態(tài)電池的布局上表現(xiàn)更為積極。

■動(dòng)力電池江湖將被顛覆

任何一個(gè)美好事物在誕生前，都要經(jīng)歷一番血與火的淬煉，通往固態(tài)電池之路同樣并非一帆風(fēng)順。

關(guān)于實(shí)驗(yàn)室研究和產(chǎn)業(yè)化的差異，中科院院士南策文有個(gè)經(jīng)典的論述：“做研究追求1%的可能性、可行性，可以通過不斷試錯(cuò)創(chuàng)新；產(chǎn)業(yè)界追求的是99%甚至100%的可靠性和一致性，各個(gè)方面都要考慮周到，要把1%變成99%甚至100%，中間需要一個(gè)轉(zhuǎn)化的橋梁和過程，需要逐漸完善，直至完全可控?！睒I(yè)內(nèi)專家預(yù)測(cè)，在2025年前后，半固態(tài)電池可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)，2030年前后可實(shí)現(xiàn)全固態(tài)電池的商業(yè)化應(yīng)用。

在固態(tài)電池還未真正量產(chǎn)之際，眼下主流的三元電池、磷酸鐵鋰電池，乃至新晉的鎳錳酸電池，都會(huì)在近5-10年內(nèi)占據(jù)主導(dǎo)地位，但固態(tài)電池一旦量產(chǎn)，整個(gè)動(dòng)力電池江湖將會(huì)翻天覆地。

首先，一旦全固態(tài)電池量產(chǎn)，鋰離子電池所詬病的安全和續(xù)航問題將不再是障礙，這將真正拉開電動(dòng)車替代燃油車的大幕。

其次，全固態(tài)電池的上游正負(fù)極材料、固態(tài)電解質(zhì)、設(shè)備和制造等環(huán)節(jié)業(yè)將會(huì)發(fā)生變化。這不但會(huì)給新玩家機(jī)會(huì)，也會(huì)重重的捶打原有的玩家。

最后，電池要達(dá)到商業(yè)化需要在規(guī)模和成本方面都能達(dá)到完美的平衡點(diǎn)，使用的材料不能是高成本且稀有的，并且要有實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用的可能。不過，根據(jù)輝能科技的估算，在量產(chǎn)規(guī)模達(dá)到20GWh之時(shí)，全固態(tài)電池組的成本將降至三元鋰電池的98%，并形成替代作用。

編輯有話說(shuō)：

科技進(jìn)步的力量是無(wú)窮的，當(dāng)電池技術(shù)解決了電動(dòng)車的續(xù)航不足、充電緩慢等硬傷，電動(dòng)車便可自然而然取代燃油車。目前，離我們最近的新電池技術(shù)應(yīng)該就是眼下最熱門的“無(wú)鈷”電池，但真正意義上的更深層次的技術(shù)革新，可能還要屬全固態(tài)電池。全固態(tài)電池將在接下來(lái)的幾年內(nèi)撥開云霧見月明，我們也更期待中國(guó)汽車品牌給我們帶來(lái)驚喜。

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