“逼真骨感”的“黑色技术”固态电池

最近，大众汽车集团宣布，它已向斯坦福大学(StanfordUniversity)开发固态电池的衍生公司QuantumScape追加投资2亿美元，以加快固态电池技术的开发和商业化大规模生产。不久前，新的汽车制造力量——何忠公司与陶青能源达成全面深入的合作，共同推进固态电池的研发和应用。

今年以来，国内外企业在固态电池领域进行了频繁的投资。然而，业内人士认为，固态电池仍有许多问题有待解决，而仁中的产业化进程还有很长的路要走。

下一个竞争高地

在2018年投资1亿美元后，大众集团再次做出巨大努力。斯坦福大学的子公司QuantumScape成立于2010年，其试制的全固态电池安装在汽车驱动系统上，已经完成了运行测试实验。大众集团预测，如果使用全固态电池，其电动汽车模型“e-golf”的续航里程可以从现有的300公里增加到750公里。

固态电池技术是企业的下一个竞争高地。世界各地的许多汽车公司、动力电池公司和科研机构都致力于固态电池的研究。早在2017年，宝马集团就与固体动力公司携手开发固态电池；丰田是一家较早开发固态电池的汽车公司，预计将在2022年推出一款配备固态电池的车型；今年年初，戴姆勒宣布将与加拿大魁北克水电公司合作开发固态电池技术，一旦固态电池达到量产状态，该技术将用于戴姆勒电动汽车。

中国科学院院士高公开表示，日本自2017年以来投入了大量研发资金，并努力在全国范围内研发下一代固态电池。美国和欧洲也在全力发展。尽管中国电池行业在这一领域取得了暂时的优势，但国际竞争压力巨大，有必要全面赶上固态电池等尖端技术。

在国内，陶青能源、宁德时报和北京卫兰等公司处于研发的前沿。2019年初，新力——Skycar推出了首款配备固态电池的ME7原型机，并宣布将于2021年实现量产；近日，何忠公司与陶青能源达成全面深入的合作，共同推进固态电池的研发和应用。

何忠公司首席R&D官王克峰透露，何忠的第二辆量产车——纳西乌将成为世界上第一辆配备固态电池的量产车。目前，双方已进行了近两年的联合研发和测试，并计划于10月份向工业和信息化部申报，年底前量产500台。

随时准备颠覆现有产品体系

企业之所以纷纷推出固态电池，是希望解决困扰动力电池行业的两大难题，即——安全隐患和低能量密度。

所谓的固态电池，顾名思义，是一种使用固体电解质的锂电池。在工作原理上，全固态电池与传统的锂离子电池没有什么不同。

传统锂电池由正极、负极、隔膜和电解液组成，电解液中含有易燃的有机溶剂，内部短路时温度突然升高，容易引起燃烧甚至爆炸。然而，固体电解质材料不可燃、无腐蚀性、不挥发，并且没有泄漏问题。用固体电解质代替电解质安全性高。此外，全固态电池的能量密度预计将达到300-400瓦时/千克，甚至更高，因为锂金属被用作负极。业界普遍认为，全固态电池有望成为下一代电源的技术路线

华晶工业研究所认为，固态电池等新技术革命正准备颠覆现有的整个产品体系框架。随着R&D和工业技术的不断发展，未来几年固态电池产品市场将迎来蓬勃发展的机遇。

多项技术难题待突破

“现在提到的固态电池是为了解决电动汽车的安全问题，添加了一部分固体电解质。它们大多是对现有锂离子电池技术的改进，属于半固态电池。”刘焱龙告诉记者，全固态锂电池是一种使用固体电极材料和固体电解质材料的锂电池，不含任何液体。“固态电池”和“全固态电池”是有区别的，但仍有很长的路要走。

刘焱龙介绍说，全固态电池在电解液电导率、锂金属塑性和界面相容性方面还存在技术问题。例如，在与电极接触时，液体电解质可以最大程度地与其接触，但是难以完全配合在固体电解质和电极之间，并且电导率低于液体电解质的电导率；在频繁的充放电过程中，各种材料的体积会发生膨胀和收缩，因此如何保证电极结构的稳定性需要进一步研究。

考虑到全固态电池面临的实际问题和业界对高安全性和高能量密度动力电池的迫切期望，半固态电池已成为目前的一种现实选择。电池结构的设计正逐步从减少液体的使用转向无液体的全固态电池。

刘焱龙承认，理论上全固态电池是动力电池的发展方向，但没有全固态电池来检验其在整个生命周期中的竞争力。“全固态锂电池能否真正解决锂离子的本质安全问题，需要更广泛、更深入的研究和数据积累。”在他看来，只有当安全性、能量密度、循环寿命和成本接近甚至优于现有的锂离子电池时，全固态电池才能具备产业化的基础。

在刘焱龙看来，全固态电池很难在短时间内实现工业化，至少要到2030年左右。“必须首先制造全固态电池，首先应用于小电流的电子产品，然后逐步应用于大电流大倍率的电动汽车。