告別鋰電池至暗時刻 固態電池是最優解？

本站汽車綜合10月13日報道 鋰電池作爲當下我們生活中不可缺少的能量源，小到手機腕錶，大到汽車輪船，它都成爲了一個必需且必要的存在。可是，自1970年代它被開始正式商業化運用後，這幾十年來技術人員在它身上下的功夫往往都集中在了提高能量密度方面，但針對於其“火爆”的脾氣似乎卻沒有很好的辦法去解決。就在技術人員紛紛尋求解決方法來破解困局時，一款全新電池技術的誕生成爲了解開這道難題的答案，那就是固態電池。

衆所周知，純電動車作爲一個完美達到0排放的車型，其發展的市場逐漸佔據上風，成爲整個新能源汽車市場的中流砥柱。而隨着技術發展的不斷躍遷，其工況續航也從最早的不足500km，上升到了如今的超800km，可以說呈現出了逐年遞增的狀態。而這背後，自然與動力電池技術的發展有很大關係。

固態電池問世，解決鋰電池弊端的最優解？

我們目前在市面上所見到的汽車動力電池都被稱之爲液態鋰電池，這是因爲這類電池在運作的過程中，其鋰離子都會分佈在電解液中，負責電池的充放電過程。而由於電池有正負極之分，所以會在電解液中插入一塊隔膜，給鋰離子電池分成正負兩個室。

但所謂“成也蕭何敗也蕭何”，隔膜雖然能分出正負兩極，但是在充放電過程中，隨着電流的不斷加大，電解液中會慢慢形成一根根鋰枝晶，這些鋰枝晶在不斷生長的過程中，會逐漸刺穿隔膜，造成短路的現象，從而引發熱失控直至爆炸。

那麼，該如何避免這個問題呢？技術人員發現，如果將液態的電解液轉變爲固態形式，這樣就能很好地去解決鋰枝晶生長造成熱失控風險的問題，並且還能有效地提高電池的能量密度，這也就是我們所說的固態電池了。

作爲固態電池，顧名思義，就是電解質採用固態材料的電池，與傳統液態電池相比，固態電池的優勢在於安全性高，因爲固態電池電解質不易泄漏或燃燒，且不會產生氣體，不易產生爆炸或火災，並且它可以採用高電壓和高比能量的電極材料，實現高能量密度的存儲，但最主要的是，固態電池的電解質不易受到環境影響，可以實現長期穩定的電化學性能。

目前，按照電解質材料的選擇，固態電池可以分爲聚合物、氧化物、硫化物三種電解質體系。其中，聚合物電解質屬於有機電解質，氧化物與硫化物屬於無機陶瓷電解質；按照正負極材料的不同，固態電池還可以分爲固態鋰離子電池（沿用當前鋰離子電池材料體系，如石墨+硅碳負極、三元正極等）和固態鋰金屬電池（以金屬鋰爲負極）。

各國開展布局，自主企業崛起奮進

或許正因爲固態電池特有的高安全高能量密度的特性，因此各國政府都紛紛出臺政策來加以扶持推廣，比如2021年美國就發佈了《國家鋰電發展藍圖2021-2030》，並宣佈撥款2.1億美元支持相關技術研究。而歐洲則推出了《電池2030規劃》及《2030電池創新路線圖》，並批准了歐洲固態電池投資專項計劃，由歐盟多國共同出資32億歐元用於發展固態電池。

來到國內，從2020年起，我國首次將固態電池列入行業重點發展對象並提出加快研發和產業化進程，並在2023年進一步提出加強固態電池標準體系研究，規劃到2030年，我國固態電池行業出貨量將達251.1GWh，屆時市場空間可達200億元。因此在這波紅利下，可以說有不少電池行業新勢力崛起，其中最突出的莫過於衛藍新能源、太藍新能源和清陶能源等。

首先看衛藍新能源，其成立於2016年，是由中國工程院院士陳立泉、中科院物理所研究員李泓、原北汽新能源總工俞會根共同發起創辦。目前在與蔚來汽車合作，將基於ET7車型，推出續航1000公里的半固態電池，能量密度達到了360Wh/kg，電池容量150度電。

而成立於2018年的太藍新能源，創始人曾在美國、日本頂尖實驗室從事固態電池研發。公司核心研發團隊從2011年開始便專注於固態電池關鍵技術開發，率先實現半固態鋰電池的量產化。並且憑藉兩大核心技術——固態電解質的材料和工藝創新，解決了氧化物路線所面臨的鋰離子電導率低、電極與電解質之間的固-固界面接觸性差等問題，實現了產品性能的綜合提升。不僅如此，處於上升期的太藍新能源其已投入使用和正在建設的產能總計達到12.2GWh，並且其半固態動力電池樣品已受到多家主機廠認可，可以說太藍新能源的實力獲得了時間的檢驗。

最後再看清陶能源，其由清華大學南策文院士團隊創辦，在產品方面，清陶能源已覆蓋便攜、特種環境、動力電池、輕量化電池等多個領域。目前公司第一代半固態電池，液體含量在5%-15%，能量密度爲368Wh/kg，成本可以與液態鋰電池相當；第二代產品液體含量降至5%以下，能量密度達到400-500Wh/kg，動力電池產品預計在2024年量產。

當然除了上述企業外，國內對於固態電池領域的企業還包括高能時代、恩力動力、馬車動力等等，這裡就不一一贅述了。不過綜合來看，基於固態電池本身的技術優勢，毫無疑問地講到2030年前將會成爲行業發展的重要關鍵時期。因此對於企業在研發水平、生產成本、產業化落地方面，都有了較高的考驗。

突破固態電池壁壘 頭部企業奮起發力

我們知道一款性能優秀的動力電池產品，如何將其最終地商業化運用纔是能夠證明該技術是否優秀的重中之重。而固態電池從實驗室技術層面走到批量生產交付所遇到的制約目前體現在三個方面。首先，全固態電池從實驗室技術層面走到批量生產交付，企業首先要掌握全固態電解質材料的研發生產能力以及導入工藝等關鍵技術；其次，因爲全固態電解質與正負極電極之間的 "固-固接觸"比較差，界面阻抗比較高，解決界面阻抗問題也是生產全固態電池的一個必要條件；最後關鍵的是所選的技術路線和材料體系是否能規模化量產，在產品性能和生產成本控制中尋找平衡，都是決定電池廠商能夠順利實現商業化的重要影響因素。

比如從研發技術層面來看，現階段的固態電池技術所面臨的最大挑戰，就是如何解決界面阻抗較高的問題。這是因爲固態電解質與電極材料之間是以固態狀態存在聯繫的，因此電極與電解質之間的有效接觸較弱，離子在固體物質中傳輸動力學低，也就會造成界面阻抗過大。

半固態電池是液態鋰電池向全固態電池過渡的階段，半固態電池實現量產後能夠爲全固態電池產業鏈佈局打下基礎。

不過伴隨着技術的不斷迭代，國內頭部電池企業紛紛佈局，在面對固態電池商業化所面臨的發展壁壘方面，已有了不小的突破。比如太藍新能源，一方面通過材料、工藝的創新降低成本，另一方面，則通過半固態、準固態和全固態電池“三步走”的戰略，以實現半固態電池快速產業化的目標。目前，太藍新能源已經量產第一代半固態電池產品和傳統液態電池相比，液態電解質含量實現減半；獨有的固態電解質和極片一體化複合技術 從材料本質上遏制危險源頭問題，有助電芯實現本質安全。

另外關於商業化方面，目前太藍新能源重慶工廠80%以上的生產工藝沿用現有液態鋰電池生產技術，因此成熟的產線和技術路線都能夠幫助其更好地達成產品落地和產業化。根據透露，目前太藍新能源北京研發基地已開始全固態電池試產線的準備工作，預計很快實現全固態電池的小批量交付。

最後在產能方面，太藍新能源現投入使用和正在建設的產能爲5.2GWh，總儲備產能達12.2GWh，分別爲重慶兩江新區的製造基地一期0.2GWh（小型半固態動力電池生產製造基地一期），製造基地二期2GWh（車規級半固態動力電池生產製造基地二期），以及在建的安徽淮南工廠一期3GWh，同時還有7GWh二期的規劃產能。其中，重慶二期工廠預計明年年中投產，屆時可批量出貨至汽車主機廠。

所以可以肯定的是，固態電池的發展對於我國乃至全球的鋰電池產業有着至關重要的作用，它可以看作一個分水嶺，將傳統對於鋰電池商業產品所帶來的弊端消磨殆盡，讓清潔能源真正地成爲我們生活的一部分，無論是汽車產業，還是生活家電，從長遠看，固態電池將會提升我們整體物質生活質量的關鍵，而我們也相信這個產業技術也將不斷進步，並走向真正的大規模商業化發展，我們拭目以待。