電子發(fā)燒友報道（文/梁浩斌）在電動汽車行業(yè)的需求推動下，相比傳統(tǒng)液態(tài)電解質(zhì)電池更安全、能量密度更高的固態(tài)電池成為了未來電池技術發(fā)展的重要方向。不過由于材料和制造成本、使用壽命等問題，發(fā)展多年的固態(tài)電池目前仍未能實現(xiàn)大規(guī)模的量產(chǎn)。

但業(yè)界相關研究機構(gòu)以及企業(yè)都在加大力度投入到固態(tài)電池的研發(fā)中，在最近，也有企業(yè)以及研究團隊公布了其在固態(tài)電池領域的最新進展。

豐田：續(xù)航1500km，2027-2028實現(xiàn)商業(yè)化

早在2008年開始投入固態(tài)電池研發(fā)的豐田汽車，在今年6月的豐田2023技術研討會上透露，計劃在2027年投放一款配備全固態(tài)電池車型。豐田表示，他們發(fā)現(xiàn)了一項技術突破，解決了固態(tài)電池長久以來存在耐久性不足的問題，并將通過HEV混合動力汽車引進全固態(tài)電池，計劃在2027-2028年實現(xiàn)商業(yè)化落地。

雖然豐田沒有詳細說明技術細節(jié)，不過根據(jù)發(fā)布會的信息，豐田正在推進續(xù)航里程可以達到1500km的全固態(tài)電池，同時電池SoC從10%-80%的充電時間僅需10分鐘。

不過值得注意的是，對于固態(tài)電池的量產(chǎn)，豐田已經(jīng)多次跳票。在過去十多年里，豐田多次宣傳其固態(tài)電池技術，包括2017年豐田就曾表示將在2020東京奧運會上展示他們的固態(tài)電池技術應用，然而東京奧運會因為疫情而推遲到2021年舉辦，但豐田依然未能拿出他們的固態(tài)電池。

后來豐田將固態(tài)電池的量產(chǎn)計劃調(diào)至2025年，但今年再次將時間延后，作為固態(tài)電池領域擁有專利數(shù)量最多的企業(yè)，多次推遲量產(chǎn)時間似乎說明固態(tài)電池目前還存在很多問題。

衛(wèi)藍新能源：蔚來150kWh半固態(tài)電池包7月上線

蔚來在5月的發(fā)布會上表示，其150kWh電池包將會在今年7月上線。這款電池包早在2021年初在NIO DAY上伴隨ET7同時發(fā)布，但也因為技術問題多次跳票。

這款電池包的特別之處在于，它采用了半固態(tài)的電解液、硅碳復合負極材料、超高鎳正極材料，模組單體能量密度高達360Wh/kg。所以蔚來在全系列電池包體積尺寸完全相同的情況下，可以做到高達150kWh的容量，是最低規(guī)格電池包容量的兩倍。


半固態(tài)電池實際上是將傳統(tǒng)電池中的液態(tài)電解質(zhì)，換成一種類似凝膠態(tài)的固液混合物，這種路線被認為是固態(tài)電池路線上的一個過渡方案。

同時這種半固態(tài)電池由于制造流程與傳統(tǒng)電池相似，所以相對來說制造成本會比純固態(tài)電池更低。蔚來150kWh電池包的電池模組供應商衛(wèi)藍新能源曾表示，其制造工藝流程和裝備與目前鋰電池的90%以上通用。

不過，其中一些關鍵的工藝環(huán)節(jié)，包括所用到的“原位固化固液電解質(zhì)”需要特殊的制造工藝，在量產(chǎn)以及良率上還有很多技術難點，所以受限于產(chǎn)能和良率，目前半固態(tài)電池價格也相當高。

蔚來聯(lián)合創(chuàng)始人秦力洪曾透露，150kWh電池包的成本與一輛蔚來ET5相當（30萬元左右）。而隨著7月份150kWh電池包的上線，半固態(tài)電池也正式進入商業(yè)化階段。

實驗室進展

現(xiàn)階段固態(tài)電池大多還存在于實驗室中，不過為了未來量產(chǎn)的應用，近期也有很多關于固態(tài)電池的新進展。

中國科學技術大學馬騁教授團隊近日在國際著名學術期刊《自然·通訊》上發(fā)表了固態(tài)電池的最新成果，開發(fā)出一種新型固態(tài)電解質(zhì)氧氯化鋯鋰。由于材料制備成本相比業(yè)界主流的硫化物、氯化物固態(tài)電解質(zhì)更便宜，所以這種新型固態(tài)電解質(zhì)材料有望能夠為固態(tài)電池的量產(chǎn)大幅降低成本。

據(jù)了解，為了滿足實際應用的需求，全固態(tài)鋰電池的固態(tài)電解質(zhì)至少需要同時具備三個條件：高離子電導率（室溫下超過1毫西門子每厘米），良好的可變形性（250至350兆帕下實現(xiàn)90%以上致密），以及足夠低廉的成本（低于50美元每公斤）。而氧氯化鋯鋰的成本通過合成方式的優(yōu)化，最低成本可以降至7美元每公斤。

同時氧氯化鋯鋰在室溫離子電導率、可變形性方面也相比硫化物、氯化物固態(tài)電解質(zhì)更好。另外，在測試中，由氧氯化鋯鋰和高鎳三元正極組成的全固態(tài)鋰電池在12分鐘快速充電的條件下，該電池仍然成功地在室溫穩(wěn)定循環(huán)2000圈以上。

國外方面，日本東京工業(yè)大學的研究團隊近日也發(fā)表論文聲稱提高了全固態(tài)電池的快速充電性能和容量。其中影響快速充電性能的指標與目前相比最高可提升 3.8 倍，正極容量按單位電極面積計算提高 1.8 倍，均達到世界最高水平。

美國橡樹嶺國家實驗室也在6月宣布，他們開發(fā)出一種新的加工工藝，改善固態(tài)電池的制造缺陷，提升離子電導率，能夠進一步提升固態(tài)電池的量產(chǎn)實用性。

小結(jié)：

在電動汽車的需求下，固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)受到了更多關于以及資金投入，不過要實現(xiàn)商業(yè)化，最重要的反而不是性能、 能量密度等因素，成本能否比現(xiàn)有的磷酸鐵鋰、三元鋰電甚至鈉電池等更低，這會是未來固態(tài)電池實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化需要攻克的方向。