外媒近(jin)日爆(bao)料，豐田將在今(jin)年推出一(yi)款全新的(de)固態電(dian)池，續航里(li)程500公里(li)，可(ke)在10分鐘內(nei)從空電(dian)充至滿電(dian)，充電(dian)速度接近(jin)傳(chuan)統燃油(you)車加油(you)，并且安全隱患(huan)極小。

       在固態電池因為年初的蔚來NIO Day而重新成為熱點話題之際，豐田的這個消息，再一次引起人們的強烈關注。因為，蔚來(lai)NIO Day發布的續航超1000公里的所謂“固(gu)(gu)態(tai)電(dian)池(chi)”在被權威專家打臉之后(hou)，后(hou)來(lai)被證實是半固(gu)(gu)態(tai)電(dian)池(chi)，此時(shi)豐田被曝今年也要推出固(gu)(gu)態(tai)電(dian)池(chi)，難免(mian)被人用放大鏡辨真(zhen)偽。按(an)照豐田(tian)的(de)計劃，搭載這(zhe)款固態電(dian)池的(de)原(yuan)型車2022年(nian)(nian)才會推出(chu)，量(liang)產(chan)時間要(yao)到2025年(nian)(nian)前后，這(zhe)比專家所提出(chu)的(de)量(liang)產(chan)時間節(jie)點——2030年(nian)(nian)，早了整整5年(nian)(nian)，是(shi)扯淡，還是(shi)大(da)實話？

       這又回歸到(dao)本源問題:到(dao)底是什么阻礙了被稱為下(xia)一(yi)代動力電池解決方案(an)的固態電池的發展？固態電池要(yao)到(dao)什么時候才能真正(zheng)實現商業化應用？

       豐(feng)田的固態電池終(zhong)于要來了

       對于汽車行業來說，固態電池并非新鮮事物，而是一個長期在攻克的下一代動力電池技術研發方向。日(ri)本最大(da)公(gong)立(li)研(yan)究(jiu)組織(zhi)——新能(neng)源產業技術綜(zong)合(he)開發(fa)機(ji)構(NEDO)，在2008年發(fa)布的(de)電(dian)(dian)池(chi)研(yan)發(fa)路線圖(tu)中就明(ming)確指出(chu)，要將固態電(dian)(dian)池(chi)作為未來新一代電(dian)(dian)池(chi)的(de)發(fa)展方(fang)向。工信部等四部委2017年(nian)2月聯合發(fa)布的(de)《促進汽車動力電(dian)(dian)池(chi)產業(ye)發(fa)展行動方案》，首次(ci)提出(chu)要重(zhong)點推動固態電(dian)(dian)池(chi)等新(xin)體系動力電(dian)(dian)池(chi)的(de)應用，力爭使(shi)單體電(dian)(dian)池(chi)能量(liang)密(mi)度(du)在2020年(nian)和2025年(nian)分別達(da)到400Wh/kg以上及500Wh/kg。

       從2012年開始，豐田、三菱、寶馬、大眾、現代、松下、三星、戴森等企業陸續開始研發固態電池，也發布過相關進展，但是，還沒有哪一家企業能夠推出真正意義上的固態電池。在2019年，固態(tai)電(dian)池將替代鋰電(dian)池成為下(xia)一代動力(li)電(dian)池解決方案的相關話(hua)題曾經成為行業熱(re)點，但在魔幻的2020年，因為發生了太(tai)多匪夷(yi)所思(si)的事情(qing)，固態(tai)電(dian)池的話(hua)題一度冷(leng)了下(xia)去。直到(dao)(dao)2021年開年不(bu)久(jiu)，蔚(yu)來在NIO Day上推(tui)出了150千(qian)瓦時的(de)固態電(dian)池包，并聲稱搭載(zai)該電(dian)池的(de)首款車型續(xu)航里程可達(da)到(dao)(dao)1000km，預(yu)計(ji)2022年第一(yi)季度(du)開始交付，固態電(dian)池又重新進入大眾視野(ye)。

       豐(feng)田(tian)、寶馬(ma)、大眾等傳統(tong)車(che)企巨頭以及松下、三(san)星等有著豐(feng)富技術儲備(bei)的動力電(dian)池(chi)制造(zao)商(shang)都未(wei)能(neng)交出答卷的固態電(dian)池(chi)，反而被蔚來這個只(zhi)有數(shu)年造(zao)車(che)史(shi)的新企業先(xian)做出來了(le)？

       很快就有專家站出來指責蔚來撒謊。國聯(lian)汽車動力電池(chi)研究院(yuan)董事長(chang)熊柏(bo)青說，“全固(gu)態電池(chi)現(xian)(xian)在距商業化還很(hen)遠，現(xian)(xian)在甚至做個演示都還很(hen)困難。10年內完全攻克全固(gu)態難度挺大，反正至少(shao)這5年都沒戲。”

       蔚來創始人李斌(bin)也很實誠，很快就公開回應(ying)稱他們采用(yong)的并非全固態電池(chi)(chi)，電池(chi)(chi)內部還是(shi)(shi)帶有部分液體的。也就是(shi)(shi)說(shuo)，蔚來所(suo)謂的“固態電池(chi)(chi)”，其(qi)實是(shi)(shi)半固態電池(chi)(chi)。

       時隔不到一個月，有媒體曝出豐田將在今年內推出一款全新的固態電池，這又是個噱頭嗎？從目(mu)前公開(kai)的信息(xi)來看，應該不是噱頭。因為豐田的這款固(gu)態電(dian)池(chi)，不像(xiang)蔚來張開(kai)就是續(xu)航1000公里，而是只有(you)500公里續(xu)航，但充(chong)電(dian)速度(du)很(hen)快，可在10分鐘內將電(dian)量從空電(dian)充(chong)至滿電(dian)，而且具有(you)極小的安全(quan)隱患。除了續(xu)航不夠“駭人”，充(chong)電(dian)時間(jian)和安全(quan)性都是固(gu)態電(dian)池(chi)該有(you)的樣子。事實上，豐田的固態電池并不(bu)像蔚來(lai)那樣突然出現，而是早有預告。日(ri)本車(che)(che)企對固態電(dian)(dian)池(chi)的(de)技(ji)術規劃(hua)及應用進度是(shi)最快的(de)，而豐田又是(shi)日(ri)本車(che)(che)企中的(de)急先鋒，早(zao)就已(yi)經對外展(zhan)示了處于試制(zhi)階段(duan)的(de)固態電(dian)(dian)池(chi)樣(yang)品(pin)，原(yuan)計劃(hua)是(shi)在2020年(nian)東京奧運會期(qi)間向公(gong)眾展(zhan)示搭載硫化物(wu)固態電(dian)(dian)池(chi)的(de)電(dian)(dian)動車(che)(che)。但因為疫情原因，東京奧運會推遲一年舉行，豐田也就推遲到2021年推出固態電池，這個邏輯合情合理。

       固(gu)態電池商業化為何如此(ci)困難？

       如上所(suo)述，固態電池是新一代動力(li)電池的(de)發展方向，許多企業(ye)早已(yi)展開(kai)對固態電池的(de)研究(jiu)，為什么專家們對固態電池的(de)量(liang)產應用時間(jian)抱著這么悲觀的(de)態度(du)——“5年內都沒戲，10年內完全攻克的(de)難度(du)也(ye)很(hen)大”？

       固態電池(chi)的技術(shu)難度(du)到底難在哪里？

       首先，我們(men)要認識一下什么是固態電池(chi)(chi)，以(yi)及了解(jie)清楚固態電池(chi)(chi)為(wei)什么被認為(wei)是下一代動(dong)力(li)電池(chi)(chi)解(jie)決方(fang)案。

       目前，新能源汽車所使用的動力電池主要分為磷酸鐵鋰和三元鋰兩大類，但這兩者都屬于液態電池，采用的是液態電解質。最近幾年新能源汽車進入高速增長期，尤其是在電動車標桿特斯拉的推動下，新能源汽車在2020年得到了爆發式增長，電動車所搭載的磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池的缺點都已完全暴露。三元(yuan)鋰電(dian)池雖然能量密度(du)比較(jiao)高(gao)，輸出功率較(jiao)大，續(xu)航里(li)程長(chang)，但安(an)全(quan)性(xing)(xing)差，三元(yuan)材料會在200℃時發(fa)生分解(jie)，在高(gao)溫作用下極易發(fa)生燃燒或爆炸(zha)的現象。過去幾年里(li)，國內就發(fa)生許(xu)多起電(dian)動(dong)車(che)自燃爆炸(zha)事故，引發(fa)許(xu)多消費者對電(dian)動(dong)車(che)安(an)全(quan)性(xing)(xing)的擔憂。磷酸鐵鋰雖然安全性高，壽命(ming)長，但(dan)能量密度(du)遠遠比(bi)不上三元鋰電(dian)池(chi)，無法(fa)滿(man)足消(xiao)費者對續(xu)航里程要求(qiu)越(yue)來越(yue)高的(de)需求(qiu)。與此同時(shi)，由于這(zhe)兩種電池都(dou)采用液態電解質，都(dou)需要很長的充電時(shi)間，遠遠無法比(bi)擬燃油(you)車。

       固態電池，顧名思義是一種使用固體電極和固體電解質的電池。這種電池體積小，能量密度高，而且因為固態電解質不可燃、不漏液，即使在高溫情況下也不會著火，非常安全。固態(tai)電(dian)池的技術路線(xian)有(you)三條，包括聚合(he)物電(dian)解(jie)質、氧化物電(dian)解(jie)質以(yi)及硫化物電(dian)解(jie)質，代表(biao)性企業分別是法國公司博洛雷(lei)(大型工業集團)、英國公司Ilika(全(quan)球(qiu)為數不多的從事(shi)固態(tai)電(dian)池設計(ji)和制造(zao)的獨(du)立專業公司之(zhi)一)、豐田。這三條線路各有(you)優(you)缺點，在電(dian)(dian)導率(lv)、能(neng)量(liang)(liang)密度(du)(du)、成本(ben)(ben)價格和(he)安(an)(an)全性(xing)能(neng)上的表現(xian)，各有(you)千秋。其中，硫化物(wu)的電(dian)(dian)導率(lv)和(he)能(neng)量(liang)(liang)密度(du)(du)最(zui)強，但(dan)成本(ben)(ben)最(zui)高、安(an)(an)全性(xing)最(zui)差;聚(ju)合物(wu)的成本(ben)(ben)最(zui)低，但(dan)電(dian)(dian)導率(lv)和(he)能(neng)量(liang)(liang)密度(du)(du)最(zui)低;氧化物(wu)的安(an)(an)全性(xing)最(zui)高，但(dan)電(dian)(dian)導率(lv)、能(neng)量(liang)(liang)密度(du)(du)、成本(ben)(ben)表現(xian)都一般。

       固態電池的三種技術路線及優缺點

       聚合物全固態

       容易加工，可以制備大容量電芯、機械性較軟，各項性能和目前使用的電解液(本質是有機溶劑)有類似之處。工藝和現有的鋰電池比較接近，是最容易利用現有設備通過改造實現量產的固態電池。(1)離子電導率最低，必須加熱到60或85℃以上，離子電導率才會提升，車需要經常保持在充電和高溫狀態;(2)容易短路(聚合物較為柔軟，鋰枝晶容易穿透固態電解質造成短路);(3)能量密度有局限，由于聚合物是有機物，電化學穩定性不好，跟三元兼容性不好，導致能量密度無法提升。

       氧(yang)化物全固(gu)態(tai)

       導電率高于聚合物，氧化物的離子電導率可達到10-4～10-5 S/cm，通過摻雜能夠達到10-3 S/cm的級別，但不如液態電解液。典型的代表有鋰鑭鋯氧、LAGP、LATP這些氧化物材料。
(1)氧化物的機械性能堅硬，如果用其制作電解質片，較容易脆裂; (2)與正極活性材料的固-固接觸也不是太好，導致從面接觸變成點接觸，界面損耗過大。

       硫化(hua)物全固態

       硫化物接觸性好，所以整體的離子電導率性能非常好，是人類所發明的所有固態電池材料中唯一能超過液態電解液離子電導率水平的材料，也是全固態電池未來最可能的技術路線。產品成本價格非常高(gao)，空氣穩定性(xing)(xing)較差。硫(liu)化物(wu)化學(xue)活性(xing)(xing)很(hen)強，與(yu)空氣、有(you)機溶(rong)劑、正負(fu)極活性(xing)(xing)材料反應都很(hen)強(尤其是與(yu)水接(jie)觸(chu)后直接(jie)產生H2S，H2S有(you)毒有(you)臭味)，因此界面穩定性(xing)(xing)很(hen)差，導致(zhi)生產、運(yun)輸、加工等環節都十分困難，限制了它的廣泛應用。總體來(lai)說，無論(lun)是哪一(yi)條技術線路，都(dou)存在技術瓶頸和成本高昂的問題。技術(shu)方面，目前的固態電解質(zhi)電阻太大，尚未找到既能兼顧高(gao)倍(bei)率又能快充(chong)的物(wu)質(zhi)做電解質(zhi)，導(dao)電率、內阻界面阻抗及相容性也存在問題，這導(dao)致固態電池短時間(jian)內無(wu)法應(ying)用于市場。成本(ben)方面，由于(yu)性能良好(hao)的(de)材料非常昂貴，這導致(zhi)固態(tai)(tai)電(dian)(dian)池(chi)的(de)成本(ben)遠高于(yu)三(san)元鋰電(dian)(dian)池(chi)，家(jia)電(dian)(dian)巨頭戴(dai)森(sen)就因為固態(tai)(tai)電(dian)(dian)池(chi)成本(ben)太(tai)高而決定及時止損不(bu)再造車。

       什(shen)么時候才能真正實現(xian)量產(chan)？

       正是因為受技術和成本所掣肘，固態電池的大規模商業化落地非常困難，業界對實現這一目標時間節點的預測，如同全面實現L5級全自動駕駛應用一樣悲觀。那(nei)么，固態電(dian)池還要多久(jiu)才(cai)能(neng)搭載(zai)在量產車身(shen)上？從車企(qi)和動(dong)力電(dian)池商的研發進(jin)展來看，一(yi)些先頭部(bu)隊可能(neng)在2021/2022年進(jin)入(ru)(ru)試制或(huo)投入(ru)(ru)市場階段，2025年左右實現量產。

       2020年年底，美國電池技術公司SolidPower、研發固態電池的初創公司QuantumScape以及豐田汽車紛紛宣布在固態電池領域取得新突破。與寶馬、福特合(he)作的SolidPower宣布已經生產和(he)交付其第一代2Ah全(quan)固態電(dian)池，能量密度達(da)320Wh/kg，準備2021年投放市場，2026年應(ying)用于汽車領域。大(da)(da)眾汽車所控股的(de)QuantumScape所研發的(de)固(gu)態(tai)電(dian)(dian)池(chi)(chi)，能(neng)提(ti)供380至500wh/kg的(de)能(neng)量(liang)(當前(qian)特斯拉(la)電(dian)(dian)池(chi)(chi)能(neng)量(liang)大(da)(da)約是260wh/kg)，計劃2025年建(jian)立固(gu)態(tai)電(dian)(dian)池(chi)(chi)量(liang)產(chan)生產(chan)線。而豐田搭(da)載固(gu)態電池的原型車將在2022年才會(hui)推出，量產時間則要等(deng)到2025年前后。

       另外，現代汽(qi)車(che)投資的美(mei)國初(chu)創(chuang)企業Ionic Materials，計劃在2025年實現應(ying)用固(gu)態(tai)電(dian)池電(dian)動車(che)的量(liang)產。國內的長城汽(qi)車(che)計劃在2025年量(liang)產能量(liang)密度達350～500Wh/kg的固(gu)態(tai)電(dian)池，北(bei)汽(qi)集團2025年前上市的新(xin)車(che)有(you)望搭載400Wh/kg的固(gu)態(tai)電(dian)池。

       從這些企業的布局來看，2025年是一個重要節點，固態電池要到這一年前后才開始逐步進入商業化階段。但2025年只是(shi)剛剛開始量產，也就是(shi)說(shuo)，這(zhe)是(shi)個試水市(shi)場的初級(ji)階段(duan)，真正實現(xian)成熟的商業化應用還需(xu)更長時(shi)間。在1月份的(de)(de)中(zhong)國電(dian)動車百人會論(lun)壇(tan)上(shang)公開(kai)懟“1000km續航(hang)”的(de)(de)中(zhong)國科學院院士(shi)、中(zhong)國電(dian)動汽車百人會副理事長歐(ou)陽(yang)明高認為，以目(mu)前的(de)(de)技(ji)術(shu)進展(zhan)，全固(gu)態電(dian)池還需(xu)要十年以上(shang)的(de)(de)時間才(cai)能夠在技(ji)術(shu)和制造工藝(yi)上(shang)達到量產(chan)的(de)(de)條(tiao)件。“當然，這是在沒(mei)有意料之外的(de)(de)巨大科學突破的(de)(de)情況下。”在他看來，全固態(tai)電池預計要(yao)到2030年才有條件(jian)實現(xian)量產。雖(sui)然也有(you)部分專家樂觀認(ren)(ren)為2025年(nian)能夠實現量產，比如(ru)合肥國軒(xuan)高(gao)科工程研究(jiu)總(zong)院(yuan)常務(wu)副院(yuan)長徐興認(ren)(ren)為“固(gu)態(tai)(tai)電(dian)池(chi)真正(zheng)的(de)大規(gui)(gui)模應用(yong)預計要到2025年(nian)”，但是否(fou)屬(shu)于真正(zheng)的(de)全(quan)固(gu)態(tai)(tai)電(dian)池(chi)(也可(ke)能是蔚來那樣的(de)半固(gu)態(tai)(tai)電(dian)池(chi)或準固(gu)態(tai)(tai)電(dian)池(chi))，應用(yong)規(gui)(gui)模具體有(you)多大，都(dou)要打個大問(wen)號。

       眼(yan)下(xia)可(ke)以確定的是(shi)，豐(feng)田即將(jiang)推出的固(gu)態電池(chi)雖然(ran)推動行業(ye)技術向前邁進了一(yi)小(xiao)步，但距(ju)離(li)終(zhong)極(ji)目(mu)標(biao)——大規劃商業(ye)化應用，還(huan)有很長(chang)的路要走。