固態電池：只是“聽上去很美”？

□ 胡立彪

近日，寶馬公司和福特公司宣佈向美國新創企業Solid Power擴大出資。Solid Power主要研發全固態電池，這次B輪融資獲得1.3億美元。按計劃，寶馬和福特將在2022年向Solid Power採購試驗車的固態電池。

顯然，兩家老牌傳統車企看好固態電池作爲電動汽車動力的未來前景。事實上，關於固態電池性能優於傳統鋰離子電池這一點，業內早就達成共識。經過多年市場推進，鋰離子電池的整體性能雖得到極大提升，但其作爲電動汽車動力源替代燃油的優勢尚未建立起來，其根本原因在於，從原理上和技術上講，鋰離子電池的存儲能力已經接近極限，車企及電池企業能做的，只是創造更好的周邊條件來彌補缺陷，如加快基礎設施建設、強化快充能力等，若不能取得諾貝爾獎級的突破，其“替代”使命將很難完成。而固態電池的出現，則從另一個方向上，讓人們看到實現突破的希望。

之所以稱“固態電池”，是因爲其內部的電解質爲固體材料而非傳統鋰離子電池的液體材料。使用固體材料最顯著的一個優勢，是安全性大大提升。在液態電解質中，鋰離子因遷移速度很快，容易發生短路且易燃易爆，而固態電解質發生副反應的情況極少。同時，固態電池的能量密度更高，循環性能更強。有業內人士預言，一旦技術成熟並在汽車上普及應用，那麼純電動汽車將擁有與滿油狀態下的燃油車同樣甚至更多長的續駛里程，再有固態電池充電快（一般10分鐘即可充滿電）加持，電動汽車取代燃油車將指日可待。

不過，固態電池的優勢目前還多處於理論上及潛在狀態，而電動汽車取代燃油車所指之“日”，也還要等到若干年之後。影響固態電池走向現實的最顯見障礙，是存在技術難題。目前看，固體電池研發生產在電解質用材選擇上，主要有聚合物、氧化物和硫化物3種技術路線，它們均有優缺點。

Solid Power公司走的是硫化物路線，其官網數據顯示，採用硫化物電解質的固態電池，具備不可燃的特性，相較於鋰離子電池能量密度提升50%；其使用的金屬鋰陽極是石墨陽極的10倍。但這種電池實現商業化需要邁過一道很難的技術門檻——在生產過程中，硫化物與空氣接觸後容易受潮，且吸潮後會發生化學反應產生有害氣體硫化氫，因此必須在超乾燥的環境中生產。豐田汽車也是硫化物路線的支持者，其技術人員製造這種材料，需要在保持絕對乾燥的密封手套箱中進行。在實驗室裡生產難度就很大，完成規模化生產，其難度就更大了。

以美國QuantumScape公司爲代表的一些電池企業選擇了氧化物路線，其所選擇的電解質爲鋯酸鑭鋰（LLZO）。據悉，這種材料是目前固態電池電解質體系中對鋰金屬適配性最好的電解質。用其作電解質的電池不僅能量密度高（可達頂級商用鋰電池能量密度的兩倍以上），重複充放電次數多，衰減少，而且可以承受5V以上的電壓，充電快。但其最大缺點，是包含稀土成分的鋯酸鑭鋰材料難得，這推高了其製造使用成本。

聚合物固態電池的技術要求並不是很高，材料也不難找，但其對環境溫度要求苛刻，須保持在80℃以上，嚴重限制了這種電池的產業化應用。

這麼說來，固態電池只是“聽上去很美”？當然不是。上述3種技術路線所顯示的困難雖有不同，但最終都會轉化爲同一個問題，即成本。怎樣降低成本？實現大規模商業化應用。而憑藉規模效應攤薄成本，卻是一個循序漸進的過程。業內一般認爲，固態電池在原理上與傳統鋰離子電池有很大不同，這也使得其製造生產不能依賴原有的生產線，需另起爐竈。目前，固態電池尚未形成完整的產業鏈，還沒有條件支持大面積商用。以現在的技術水平來看，實現固態電池搭載於量產車上，還需要5至10年的時間。

有一話說得好：“想種一棵樹，最好的時機是10年前，其次是現在。”如果確認了固態電池就是未來電動汽車的發展方向，那麼，爲了10年後不被潮流拋棄，還是現在就着手幹吧。乘聯會秘書長崔東樹表示，里程焦慮和安全性是動力電池繞不開的話題，未來誰先掌握固態電池的關鍵技術誰就佔據主動。國內主機廠和電池企業應提前佈局，避免“踏空”。

《中國質量報》【車國春秋】