□ 胡立彪

近日，寶馬公司和福特公司宣布向美國(guó)新創(chuàng)企業(yè)Solid Power擴(kuò)大出資。Solid Power主要研發(fā)全固態(tài)電池，這次B輪融資獲得1.3億美元。按計(jì)劃，寶馬和福特將在2022年向Solid Power采購(gòu)試驗(yàn)車(chē)的固態(tài)電池。

顯然，兩家老牌傳統(tǒng)車(chē)企看好固態(tài)電池作為電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力的未來(lái)前景。事實(shí)上，關(guān)于固態(tài)電池性能優(yōu)于傳統(tǒng)鋰離子電池這一點(diǎn)，業(yè)內(nèi)早就達(dá)成共識(shí)。經(jīng)過(guò)多年市場(chǎng)推進(jìn)，鋰離子電池的整體性能雖得到極大提升，但其作為電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力源替代燃油的優(yōu)勢(shì)尚未建立起來(lái)，其根本原因在于，從原理上和技術(shù)上講，鋰離子電池的存儲(chǔ)能力已經(jīng)接近極限，車(chē)企及電池企業(yè)能做的，只是創(chuàng)造更好的周邊條件來(lái)彌補(bǔ)缺陷，如加快基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、強(qiáng)化快充能力等，若不能取得諾貝爾獎(jiǎng)級(jí)的突破，其“替代”使命將很難完成。而固態(tài)電池的出現(xiàn)，則從另一個(gè)方向上，讓人們看到實(shí)現(xiàn)突破的希望。

之所以稱(chēng)“固態(tài)電池”，是因?yàn)槠鋬?nèi)部的電解質(zhì)為固體材料而非傳統(tǒng)鋰離子電池的液體材料。使用固體材料最顯著的一個(gè)優(yōu)勢(shì)，是安全性大大提升。在液態(tài)電解質(zhì)中，鋰離子因遷移速度很快，容易發(fā)生短路且易燃易爆，而固態(tài)電解質(zhì)發(fā)生副反應(yīng)的情況極少。同時(shí)，固態(tài)電池的能量密度更高，循環(huán)性能更強(qiáng)。有業(yè)內(nèi)人士預(yù)言，一旦技術(shù)成熟并在汽車(chē)上普及應(yīng)用，那么純電動(dòng)汽車(chē)將擁有與滿油狀態(tài)下的燃油車(chē)同樣甚至更多長(zhǎng)的續(xù)駛里程，再有固態(tài)電池充電快（一般10分鐘即可充滿電）加持，電動(dòng)汽車(chē)取代燃油車(chē)將指日可待。

不過(guò)，固態(tài)電池的優(yōu)勢(shì)目前還多處于理論上及潛在狀態(tài)，而電動(dòng)汽車(chē)取代燃油車(chē)所指之“日”，也還要等到若干年之后。影響固態(tài)電池走向現(xiàn)實(shí)的最顯見(jiàn)障礙，是存在技術(shù)難題。目前看，固體電池研發(fā)生產(chǎn)在電解質(zhì)用材選擇上，主要有聚合物、氧化物和硫化物3種技術(shù)路線，它們均有優(yōu)缺點(diǎn)。

Solid Power公司走的是硫化物路線，其官網(wǎng)數(shù)據(jù)顯示，采用硫化物電解質(zhì)的固態(tài)電池，具備不可燃的特性，相較于鋰離子電池能量密度提升50%；其使用的金屬鋰陽(yáng)極是石墨陽(yáng)極的10倍。但這種電池實(shí)現(xiàn)商業(yè)化需要邁過(guò)一道很難的技術(shù)門(mén)檻——在生產(chǎn)過(guò)程中，硫化物與空氣接觸后容易受潮，且吸潮后會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生有害氣體硫化氫，因此必須在超干燥的環(huán)境中生產(chǎn)。豐田汽車(chē)也是硫化物路線的支持者，其技術(shù)人員制造這種材料，需要在保持絕對(duì)干燥的密封手套箱中進(jìn)行。在實(shí)驗(yàn)室里生產(chǎn)難度就很大，完成規(guī)模化生產(chǎn)，其難度就更大了。

以美國(guó)QuantumScape公司為代表的一些電池企業(yè)選擇了氧化物路線，其所選擇的電解質(zhì)為鋯酸鑭鋰（LLZO）。據(jù)悉，這種材料是目前固態(tài)電池電解質(zhì)體系中對(duì)鋰金屬適配性最好的電解質(zhì)。用其作電解質(zhì)的電池不僅能量密度高（可達(dá)頂級(jí)商用鋰電池能量密度的兩倍以上），重復(fù)充放電次數(shù)多，衰減少，而且可以承受5V以上的電壓，充電快。但其最大缺點(diǎn)，是包含稀土成分的鋯酸鑭鋰材料難得，這推高了其制造使用成本。

聚合物固態(tài)電池的技術(shù)要求并不是很高，材料也不難找，但其對(duì)環(huán)境溫度要求苛刻，須保持在80℃以上，嚴(yán)重限制了這種電池的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

這么說(shuō)來(lái)，固態(tài)電池只是“聽(tīng)上去很美”？當(dāng)然不是。上述3種技術(shù)路線所顯示的困難雖有不同，但最終都會(huì)轉(zhuǎn)化為同一個(gè)問(wèn)題，即成本。怎樣降低成本？實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用。而憑借規(guī)模效應(yīng)攤薄成本，卻是一個(gè)循序漸進(jìn)的過(guò)程。業(yè)內(nèi)一般認(rèn)為，固態(tài)電池在原理上與傳統(tǒng)鋰離子電池有很大不同，這也使得其制造生產(chǎn)不能依賴(lài)原有的生產(chǎn)線，需另起爐灶。目前，固態(tài)電池尚未形成完整的產(chǎn)業(yè)鏈，還沒(méi)有條件支持大面積商用。以現(xiàn)在的技術(shù)水平來(lái)看，實(shí)現(xiàn)固態(tài)電池搭載于量產(chǎn)車(chē)上，還需要5至10年的時(shí)間。

有一話說(shuō)得好：“想種一棵樹(shù)，最好的時(shí)機(jī)是10年前，其次是現(xiàn)在。”如果確認(rèn)了固態(tài)電池就是未來(lái)電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展方向，那么，為了10年后不被潮流拋棄，還是現(xiàn)在就著手干吧。乘聯(lián)會(huì)秘書(shū)長(zhǎng)崔東樹(shù)表示，里程焦慮和安全性是動(dòng)力電池繞不開(kāi)的話題，未來(lái)誰(shuí)先掌握固態(tài)電池的關(guān)鍵技術(shù)誰(shuí)就占據(jù)主動(dòng)。國(guó)內(nèi)主機(jī)廠和電池企業(yè)應(yīng)提前布局，避免“踏空”。

《中國(guó)質(zhì)量報(bào)》【車(chē)國(guó)春秋】