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近日，大眾集團宣布已向斯坦福大學研發固態電池的衍生企業QuantumScape追加投資2億美元，旨在加速推動固態電池技術的研發和商業化量產。此前不久，造車新勢力——合眾公司與清陶能源達成全面深度合作，共同推進固態電池的研發與應用。
今年以來，國內外企業在固態電池領域投資布局動作頻頻。但業內認為，固態電池還存在諸多待解難題，產業化進程任重道遠。
下一個競爭高地
繼2018年投資1億美元后，大眾集團再次發力。增資對象QuantumScape成立于2010年，是斯坦福大學的衍生公司，其試制的全固態電池安裝在車輛驅動系統上已完成了操作測試實驗。大眾集團預測，如果使用全固態電池，該公司的EV車型“e-golf”的續航里程可以從現有的300公里提升至750公里。
固態電池技術是企業的下一個競爭高地。全球多家車企、動力電池企業和科研院校都在致力于固態電池的科研攻關。寶馬集團早在2017年就牽手SoildPower開發固態電池；豐田是較早布局固態電池的車企，并有望在2022年推出搭載固態電池的車型；今年年初，戴姆勒宣布與加拿大魁北克水電公司合作開發固態電池技術，一旦固態電池達到了可量產狀態，將使用在戴姆勒電動汽車上。
中國科學院院士歐陽明高曾公開表示，日本自2017年起，投入了大量的研發經費，舉全國之力研發下一代固態電池。美國和歐洲也在全力開發。中國電池產業雖然在此領域取得暫時優勢，但國際競爭壓力巨大，需全力追趕固態電池等前沿技術。
國內方面，目前清陶能源、寧德時代、北京衛藍等企業走在了研發前列。造車新勢力——天際汽車在2019年初就推出了首款搭載固態電池的ME7樣車，并宣稱在2021年實現量產；日前，合眾公司與清陶能源達成全面深度合作，共同推進固態電池的研發與應用。
合眾公司首席研發官王可峰透露，合眾旗下第二款量產車——哪吒U將由此成為全球首款搭載固態電池的量產車。目前，雙方已經進行了近兩年的聯合研發和測試，計劃10月份申報工信部公告，年底前量產500臺。
隨時準備顛覆現有產品體系
企業之所以紛紛布局固態電池，看中的正是它有望解決困擾動力電池行業的兩大挑戰——安全隱患和能量密度偏低問題。
所謂的固態電池，顧名思義就是使用固體電解質的鋰電池。在工作原理上，全固態電池與傳統的鋰離子電池并無區別。
傳統鋰電池由正極、負極、隔膜和電解液組成，其中電解液中含有易燃的有機溶劑，發生內部短路時溫度驟升容易引起燃燒，甚至爆炸。而固體電解質材料具有不可燃、無腐蝕、不揮發的特性，不存在漏液問題，用固態電解質替代電解液，具有高安全性。此外，全固態電池使用金屬鋰做負極，電池能量密度有望達到300—400Wh/kg，甚至更高。業內普遍認為，全固態電池有望成為下一代動力電池的技術路線。
最近兩年，動力電池技術路線日益多元化。寧德時代推出了CTP技術、比亞迪發布了刀片電池、蜂巢能源也推出了首款無鈷電池。相關技術儲備是否會有所沖突？“刀片電池、CTP技術只是在結構上做了一些優化，跟固態電池的發展并不矛盾。”中國化學與物理電源行業協會秘書長劉彥龍告訴記者。
事實上，固態電池的研發已經上升到國家戰略層面。2019年12月，工信部發布的《新能源汽車產業發展規劃（2021-2035年）》（征求意見稿），對提高技術創新能力提出了要求，其中便包括了“加快全固態動力電池技術研發及產業化”。
華經產業研究院認為，固態電池等新的技術革命隨時準備顛覆現有的整個產品體系框架。隨著研發和工業技術的不斷發展，未來幾年，固態電池產品的市場會迎來蓬勃的發展機遇。
多項技術難題待突破
“現在所說的固態電池，是為了解決電動汽車的安全問題，增加了一部分固態電解質。多數是對現有鋰離子電池技術的改進，屬于半固態電池。”劉彥龍告訴記者，全固態鋰電池，是一種使用固體電極材料和固體電解質材料，不含有任何液體的鋰電池。“固態電池”和“全固態電池”一字之差，卻還有較長的路要走。
劉彥龍介紹，目前全固態電池在電解質導電性、金屬鋰的可塑性、界面相容性等方面還存在技術難題。比如，在與電極的接觸上，液態電解質可以最大限度地與之接觸，而固態電解質與電極之間很難做到完全貼合，電導率低于液態電解質；在頻繁充放電過程中，各種材料體積會膨脹和收縮，如何保證電極結構的穩定也還需要進一步研究。
考慮到全固態電池面臨的現實難題，以及行業對高安全、高能量密度動力電池的迫切期待，半固態電池成為當下的一個務實選擇。電池結構設計正逐漸由減少液體的使用，向無液體的全固態電池邁進。
劉彥龍坦言，理論上認為全固態電池是動力電池發展的一個方向，但目前還沒有做出一款全固態電池去檢驗其全生命周期的競爭力。“全固態鋰電池是否真的能解決鋰離子的本質安全性還有待更廣泛、更深入的研究和數據積累。”在他看來，只有安全性、能量密度、循環壽命、成本都接近甚至優于現有的鋰離子電池時，全固態電池才具備產業化的基礎。
在劉彥龍看來，全固態電池短時間內很難產業化，起碼要等到2030年左右。“全固態電池得先做出來，先應用于小電流的電子產品上，再逐步應用到大電流、大倍率的電動汽車上。”
今年以來，國內外企業在固態電池領域投資布局動作頻頻。但業內認為，固態電池還存在諸多待解難題，產業化進程任重道遠。
下一個競爭高地
繼2018年投資1億美元后，大眾集團再次發力。增資對象QuantumScape成立于2010年，是斯坦福大學的衍生公司，其試制的全固態電池安裝在車輛驅動系統上已完成了操作測試實驗。大眾集團預測，如果使用全固態電池，該公司的EV車型“e-golf”的續航里程可以從現有的300公里提升至750公里。
固態電池技術是企業的下一個競爭高地。全球多家車企、動力電池企業和科研院校都在致力于固態電池的科研攻關。寶馬集團早在2017年就牽手SoildPower開發固態電池；豐田是較早布局固態電池的車企，并有望在2022年推出搭載固態電池的車型；今年年初，戴姆勒宣布與加拿大魁北克水電公司合作開發固態電池技術，一旦固態電池達到了可量產狀態，將使用在戴姆勒電動汽車上。
中國科學院院士歐陽明高曾公開表示，日本自2017年起，投入了大量的研發經費，舉全國之力研發下一代固態電池。美國和歐洲也在全力開發。中國電池產業雖然在此領域取得暫時優勢，但國際競爭壓力巨大，需全力追趕固態電池等前沿技術。
國內方面，目前清陶能源、寧德時代、北京衛藍等企業走在了研發前列。造車新勢力——天際汽車在2019年初就推出了首款搭載固態電池的ME7樣車，并宣稱在2021年實現量產；日前，合眾公司與清陶能源達成全面深度合作，共同推進固態電池的研發與應用。
合眾公司首席研發官王可峰透露，合眾旗下第二款量產車——哪吒U將由此成為全球首款搭載固態電池的量產車。目前，雙方已經進行了近兩年的聯合研發和測試，計劃10月份申報工信部公告，年底前量產500臺。
隨時準備顛覆現有產品體系
企業之所以紛紛布局固態電池，看中的正是它有望解決困擾動力電池行業的兩大挑戰——安全隱患和能量密度偏低問題。
所謂的固態電池，顧名思義就是使用固體電解質的鋰電池。在工作原理上，全固態電池與傳統的鋰離子電池并無區別。
傳統鋰電池由正極、負極、隔膜和電解液組成，其中電解液中含有易燃的有機溶劑，發生內部短路時溫度驟升容易引起燃燒，甚至爆炸。而固體電解質材料具有不可燃、無腐蝕、不揮發的特性，不存在漏液問題，用固態電解質替代電解液，具有高安全性。此外，全固態電池使用金屬鋰做負極，電池能量密度有望達到300—400Wh/kg，甚至更高。業內普遍認為，全固態電池有望成為下一代動力電池的技術路線。
最近兩年，動力電池技術路線日益多元化。寧德時代推出了CTP技術、比亞迪發布了刀片電池、蜂巢能源也推出了首款無鈷電池。相關技術儲備是否會有所沖突？“刀片電池、CTP技術只是在結構上做了一些優化，跟固態電池的發展并不矛盾。”中國化學與物理電源行業協會秘書長劉彥龍告訴記者。
事實上，固態電池的研發已經上升到國家戰略層面。2019年12月，工信部發布的《新能源汽車產業發展規劃（2021-2035年）》（征求意見稿），對提高技術創新能力提出了要求，其中便包括了“加快全固態動力電池技術研發及產業化”。
華經產業研究院認為，固態電池等新的技術革命隨時準備顛覆現有的整個產品體系框架。隨著研發和工業技術的不斷發展，未來幾年，固態電池產品的市場會迎來蓬勃的發展機遇。
多項技術難題待突破
“現在所說的固態電池，是為了解決電動汽車的安全問題，增加了一部分固態電解質。多數是對現有鋰離子電池技術的改進，屬于半固態電池。”劉彥龍告訴記者，全固態鋰電池，是一種使用固體電極材料和固體電解質材料，不含有任何液體的鋰電池。“固態電池”和“全固態電池”一字之差，卻還有較長的路要走。
劉彥龍介紹，目前全固態電池在電解質導電性、金屬鋰的可塑性、界面相容性等方面還存在技術難題。比如，在與電極的接觸上，液態電解質可以最大限度地與之接觸，而固態電解質與電極之間很難做到完全貼合，電導率低于液態電解質；在頻繁充放電過程中，各種材料體積會膨脹和收縮，如何保證電極結構的穩定也還需要進一步研究。
考慮到全固態電池面臨的現實難題，以及行業對高安全、高能量密度動力電池的迫切期待，半固態電池成為當下的一個務實選擇。電池結構設計正逐漸由減少液體的使用，向無液體的全固態電池邁進。
劉彥龍坦言，理論上認為全固態電池是動力電池發展的一個方向，但目前還沒有做出一款全固態電池去檢驗其全生命周期的競爭力。“全固態鋰電池是否真的能解決鋰離子的本質安全性還有待更廣泛、更深入的研究和數據積累。”在他看來，只有安全性、能量密度、循環壽命、成本都接近甚至優于現有的鋰離子電池時，全固態電池才具備產業化的基礎。
在劉彥龍看來，全固態電池短時間內很難產業化，起碼要等到2030年左右。“全固態電池得先做出來，先應用于小電流的電子產品上，再逐步應用到大電流、大倍率的電動汽車上。”
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