“固態(tài)電池急不得，要一步一步來(lái)，一次性做出來(lái)的就只能是一個(gè)樣品。”日前，中國(guó)科學(xué)院院士、清華大學(xué)教授歐陽(yáng)明高在2024世界動(dòng)力電池大會(huì)上關(guān)于固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化的演講，引發(fā)關(guān)注。
所謂固態(tài)電池，是指電池單體中只含有固體電極和固態(tài)電解質(zhì)，不含有任何液態(tài)電解質(zhì)、液態(tài)溶劑、液態(tài)添加劑的鋰二次電池。近年來(lái)，隨著新能源汽車產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展，產(chǎn)業(yè)界愈加認(rèn)識(shí)到傳統(tǒng)液態(tài)鋰電池能量密度已接近上限，且有機(jī)電解液存在熱失控風(fēng)險(xiǎn)，難以滿足社會(huì)對(duì)動(dòng)力電池不斷提高的性能要求。相較而言，固態(tài)電池因具有高安全性、高能量密度、高功率特性、好的溫度適應(yīng)性和材料選型范圍廣等優(yōu)勢(shì)，已成為全球新一代動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)制高點(diǎn)。目前，中國(guó)、韓國(guó)、日本、美國(guó)和歐盟等均已將固態(tài)電池作為重要戰(zhàn)略方向，汽車企業(yè)和電池企業(yè)也紛紛加入相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈角逐，以期贏得未來(lái)產(chǎn)業(yè)發(fā)展領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。
僅今年上半年，我國(guó)就有10多家企業(yè)推出固態(tài)電池量產(chǎn)時(shí)間表。不過(guò)，從具體產(chǎn)品來(lái)看，這些電池并非真正的全固態(tài)電池。比如，上汽智己發(fā)布的光年固態(tài)電池，“在電解質(zhì)中加入了10%的浸潤(rùn)液”，實(shí)為半固態(tài)電池。
“半”與“全”之間，雖然只有一字之差，但其背后折射的不僅是產(chǎn)品性能之別，更是商業(yè)化應(yīng)用之難。要看到，雖然全球固態(tài)電池研發(fā)已形成聚合物、氧化物、硫化物和鹵化物等多條技術(shù)路線，但目前還沒有一條技術(shù)路線完全成熟，大都仍處于研究開發(fā)階段，在材料、界面、電芯等方面存在不少挑戰(zhàn)。比如，硫化物電解質(zhì)化學(xué)穩(wěn)定性、空氣穩(wěn)定性很差，批量生產(chǎn)很難；硅碳負(fù)極體積膨脹大、鋰負(fù)極還不成熟。
在界面方面，電極材料與固態(tài)電解質(zhì)的固固接觸也是難題。一方面，物理接觸差會(huì)導(dǎo)致固態(tài)電池在組裝后存在較大界面阻抗；另一方面，隨著電化學(xué)反應(yīng)不斷進(jìn)行，固態(tài)電解質(zhì)和電極的接觸界面難以保持長(zhǎng)期穩(wěn)定性，可能引發(fā)持續(xù)的副反應(yīng)，最終影響電池的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性等。有人形象地比喻，目前固態(tài)電池和液態(tài)電池中鋰離子在正負(fù)極之間往復(fù)穿梭的導(dǎo)電率的差別，類似于“在沙子里”和“在水里”游泳的不同，前者的突破難度可想而知。
當(dāng)然，固態(tài)電池要實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用，除了技術(shù)攻關(guān)和材料性能提升外，關(guān)鍵還要降本。首先，固態(tài)電解質(zhì)和更高理論容量的正負(fù)極在內(nèi)的原材料成本較高。比如，鋰硫化物的價(jià)格是碳酸鋰的5至10倍。其次，固態(tài)電池對(duì)生產(chǎn)環(huán)境與原材料純度的要求極高，對(duì)生產(chǎn)工藝和質(zhì)量控制提出了更嚴(yán)苛的要求，生產(chǎn)設(shè)備替換率也更大。此外，產(chǎn)業(yè)鏈的不完善也會(huì)推高成本。
動(dòng)力電池被喻為新能源汽車的“心臟”。應(yīng)該說(shuō)，在我國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)電動(dòng)化快速發(fā)展過(guò)程中，動(dòng)力電池技術(shù)的創(chuàng)新和降本起到了主體作用。當(dāng)前，我國(guó)已基本構(gòu)建了完整的液態(tài)鋰電池產(chǎn)業(yè)生態(tài)，涵蓋從上游礦產(chǎn)資源、材料制造、電池生產(chǎn)、整車應(yīng)用到回收利用等各個(gè)環(huán)節(jié)，打破了日韓壟斷，成為全球液態(tài)鋰電池產(chǎn)業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者。然而，面對(duì)固態(tài)電池帶來(lái)的顛覆性風(fēng)險(xiǎn)，面對(duì)日韓固態(tài)電池專利布局的全球暫時(shí)領(lǐng)先，我們既要保持足夠清醒，不玩概念或制造營(yíng)銷噱頭，扎實(shí)推進(jìn)固態(tài)電池基礎(chǔ)研究和關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)，同時(shí)也要保持戰(zhàn)略定力，“欲速則不達(dá)，循序漸進(jìn)或許是最快的速度”。 （作者：楊忠陽(yáng) 來(lái)源：經(jīng)濟(jì)日?qǐng)?bào)）
