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)報道（文/周凱揚）為了進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2025年400Wh/kg和2030年500Wh/kg的能量密度目標，單靠鋰離子電池的突破似乎難以實現(xiàn)，反倒是這些廠商布局固態(tài)電池、公布相關(guān)專利的消息時有傳出。

固態(tài)電池，動力電池的下一個爆點？

著名韓國電池制造商SK Innovation近期向美國固態(tài)電池公司Solid Power投資了3000萬美元，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，與另一個美國固態(tài)電池開發(fā)商Factorial Energy達成戰(zhàn)略合作，為現(xiàn)代集團開發(fā)和提供汽車固態(tài)電池。來自中國臺灣的輝能科技也在近期完成了來自軟銀中國、春華資本等投資方的新一輪融資，這筆資金將用來加速固態(tài)電池生產(chǎn)設(shè)備的開發(fā)，也用于未來的產(chǎn)能擴張計劃。

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)下的動力電池神話嗎？還是說這又是一個多年后被拋棄的技術(shù)？。但既然他們有心燒錢投入研發(fā)，我們不妨來看下這些固態(tài)電池公司的技術(shù)與進展。

Solid Power

自從比亞迪做了刀片電池的針刺測試后，連固態(tài)電池廠商也紛紛跟進這套操作，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行測試。雖然沒有公布太多技術(shù)細節(jié)，不過Solid Power在今年10月份公布了一系列的測試數(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)電池針刺試驗中，充滿電的測試電池被刺穿，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)為這個高硅含量的固態(tài)電池帶來的安全性能。

Solid Power固態(tài)電池壽命測試結(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試記錄的650次循環(huán)下，每五個周期就能做到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月與蔚來汽車簽訂了戰(zhàn)略合作協(xié)議，共同推動固態(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?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)先采購權(quán)，支持Vinfast未來的固態(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)電池針刺對比試驗 / 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)了主動安全機制這一專有技術(shù)。電池、模塊和系統(tǒng)會主動停止，確保熱失控和熱擴散得到解決。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試對比試驗，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。

寧德時代

寧德時代也進行了多年的固態(tài)電池研發(fā)，但一直未曾透露過多消息。寧德時代曾在今年 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”。這也證明了寧德時代同樣計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。

不過寧德時代對于固態(tài)電池的商用沒有給出短期的目標，并表示寧德時代在固態(tài)電池研發(fā)方面深耕多年，在技術(shù)上處于第一梯隊，已經(jīng)可以做出固態(tài)電池原型樣品，但是距離實現(xiàn)固態(tài)電池商業(yè)化還有很遠的路要走。19年底，寧德時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“虛無的期望”，未來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，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電池的容量是過去小型電池的五倍。盡管體積增加了，卻也帶來了成本和性能上的優(yōu)勢，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)的兩家韓國企業(yè)，LG Chem預(yù)計固態(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)成熟度低帶來的量產(chǎn)問題才是最嚴峻的挑戰(zhàn)。