顛覆新能源？固態(tài)電池技術(shù)廝殺逼近

非田

10月12日，豐田與出光達(dá)成協(xié)議，目標(biāo)是全面量產(chǎn)電動(dòng)汽車用全固態(tài)電池

日前，豐田汽車與日本石油化工巨頭出光興產(chǎn)株式會(huì)社（下簡(jiǎn)稱“出光”）達(dá)成合作協(xié)議，雙方將共同開發(fā)固體電解質(zhì)的量產(chǎn)技術(shù)，宣布將在2027-2028年達(dá)成實(shí)用化的目標(biāo)，并盡快量產(chǎn)。

在記者會(huì)上，豐田公司的社長(zhǎng)佐藤恒治無不興奮地表示，兩家公司攜手合作，必將穩(wěn)步提升實(shí)現(xiàn)固態(tài)電池量產(chǎn)的能力。

近年來，豐田頻頻宣布在固態(tài)電池方面有所進(jìn)展，從耐久性問題到成本控制，再到宣布量產(chǎn)規(guī)模和時(shí)間，儼然一副成竹在胸、勢(shì)在必得的模樣。

與現(xiàn)今主流的液態(tài)鋰電池相比，固態(tài)電池在安全性、能量密度、體積、量產(chǎn)后的成本方面都存在明顯的優(yōu)勢(shì)，多重優(yōu)點(diǎn)疊加之下，對(duì)新能源汽車乃至飛行汽車未來的發(fā)展都有舉足輕重的影響，稱得上是動(dòng)力電池行業(yè)顛覆式的創(chuàng)新，也是電池未來發(fā)展的重要方向之一。

但就如今所掌握的信息和各家技術(shù)水平而言，現(xiàn)階段的電池距離豐田喊出的“續(xù)航距離延長(zhǎng)2.4倍”“充電10分鐘行駛1200公里”等口號(hào)，還有明顯的距離。

擺脫底盤桎梏

1991年，索尼發(fā)布人類歷史上首個(gè)可商用的鋰電池，因其約2倍于此前鎳氫電池的能量密度與合理的成本，鋰電池迅速成為電池行業(yè)的主流方案，實(shí)現(xiàn)了電池行業(yè)的一次革命。

如今，30多年過去了，液態(tài)鋰電池研發(fā)制造已經(jīng)接近天花板。業(yè)界普遍認(rèn)為，液態(tài)鋰電池能量密度的理論上限在350Wh/kg左右，而目前大規(guī)模商用的液態(tài)鋰電池，能量密度大多都在向300Wh/kg靠攏，卻難以突破。可即便真突破了，天花板也相對(duì)有限，這也是各家電池廠商都在緊鑼密鼓研發(fā)固態(tài)電池的原因之一。

單從原理上來說，固態(tài)電池并不復(fù)雜，傳統(tǒng)的液態(tài)鋰離子電池由正負(fù)極、隔膜、電解液構(gòu)成，因?yàn)闈舛炔?，鋰離子在正負(fù)極間不斷移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)充電和放電，因此這種電池也有個(gè)很生動(dòng)的形容，名為“搖椅式電池”。

而固態(tài)電池則是將液態(tài)離子電池中的電解液和隔膜更換成了固態(tài)電解質(zhì)，即將在離子來回移動(dòng)的通路變成固態(tài)，在固態(tài)的電解質(zhì)中，離子移動(dòng)速度更快，也更為穩(wěn)定，從而得以實(shí)現(xiàn)安全快充。

安全性和更高的能量密度，是固態(tài)電池最明顯的優(yōu)勢(shì)，這樣的優(yōu)勢(shì)也賦予了行業(yè)未來發(fā)展無限的想象空間。

某汽車媒體主編Q先生告訴《看世界》，由于固態(tài)電池用固態(tài)的電解質(zhì)代替了現(xiàn)有電池中的有機(jī)溶劑類電解液，在安全性上有明顯提升：電解液本身易燃易揮發(fā)，在充放電時(shí)，能量控制和穩(wěn)定性往往會(huì)更差一些，這也是部分新能源車會(huì)自燃的原因之一；而固態(tài)的電解質(zhì)通常更為穩(wěn)定，“只要嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，固態(tài)電池是有可能實(shí)現(xiàn)電池永不起火、永不爆炸”。

從理論上來說，固態(tài)電池能量密度最高可達(dá)700Wh/kg，比液態(tài)鋰電池的理論數(shù)值整整翻了一倍。更高的能量密度，意味著在體積相同的情況下，可提供的能量更多，也意味著固態(tài)電池可以用更小的體積，達(dá)成如今液態(tài)電池的續(xù)航距離，這對(duì)安全性和車輛布局影響深遠(yuǎn)。

據(jù)Q先生介紹，由于液態(tài)電池體積較大，略顯笨重，因此大多新能源車的電池都會(huì)被安置在底盤部位，而底盤本就容易剮蹭，一旦發(fā)生較大剮蹭或劇烈碰撞，即便沒有立刻影響行車安全，也會(huì)埋下安全隱患。因此，在中國新車評(píng)價(jià)規(guī)程（C-NCAP）2024版征求意見稿中，加入了電動(dòng)汽車刮底試驗(yàn)規(guī)程。

而一旦電池體積減小，就不一定非得安裝在汽車底盤上或非貼近底盤不可—這不僅更安全，也會(huì)改變新能源汽車內(nèi)部布局的設(shè)計(jì)思路。佐藤恒治也表示，全固態(tài)電池將給車企帶來更大的自由度，容易做出更具吸引力的設(shè)計(jì)，并為車廂的空間布局做出有利的設(shè)定。

豐田現(xiàn)有純電車型bZ4X

日產(chǎn)Max-Out EV敞篷概念跑車計(jì)劃采用固態(tài)電池技術(shù)

30多年過去了，液態(tài)鋰電池研發(fā)制造已經(jīng)接近天花板。

轉(zhuǎn)型者聯(lián)盟

如果把目光放得更長(zhǎng)遠(yuǎn)一些，固態(tài)電池或許還能推動(dòng)飛行汽車行業(yè)發(fā)展。為了更長(zhǎng)的續(xù)航，飛行汽車不得不安裝更大更重的電池，而更大更重的電池本身就影響著續(xù)航距離。提升電池能量密度，是解決這一困境的重要思路，這正是固態(tài)電池最大的優(yōu)勢(shì)所在。

而其他諸如充電慢、充放電不穩(wěn)定等目前困擾飛行汽車的問題，也將隨著固態(tài)電池的大規(guī)模商用，得到不同程度的解決。

正是因?yàn)楣虘B(tài)電池如此強(qiáng)勢(shì)，豐田夸下了海口，據(jù)《日本經(jīng)濟(jì)新聞》報(bào)道，豐田計(jì)劃到2026年，將純電動(dòng)汽車的全球銷量提高到150萬輛，到2030年增至350萬輛。

固態(tài)電池一度被認(rèn)為是豐田“逆風(fēng)翻盤”的重要支撐，日本媒體一度曾用“車載全固態(tài)電池將是日德‘決戰(zhàn)”的說法，來形容固態(tài)電池的重要性。按照豐田的估算，配備全固態(tài)電池的汽車可實(shí)現(xiàn)充電10分鐘續(xù)航1200公里，這與豐田現(xiàn)有車型bZ4X充電30分鐘理論續(xù)航600公里相比，有了質(zhì)的提升。

豐田與出光的合作，是兩個(gè)迫切需要轉(zhuǎn)型企業(yè)間的聯(lián)手。如今86歲的豐田顯得多少有些老態(tài)龍鐘，一度問鼎世界第一車企寶座的老牌企業(yè)，在新能源汽車時(shí)代下，豐田似乎只留下了一個(gè)蹣跚和落寞的背影。

而出光則是一家石油化工為主的企業(yè)。其社長(zhǎng)木藤俊一稱，公司從1970年代的石油危機(jī)起，出于對(duì)石油枯竭的擔(dān)心，該司就在著手研究替代能源和材料，許多成果已經(jīng)成功商用。

目前，以硫化物作為固態(tài)電解質(zhì)，是固態(tài)電池的研究方向之一，而硫化物本身是石油行業(yè)的一種副產(chǎn)品，這也是雙方此次牽手的重要原因。

據(jù)了解，兩家公司為此次合作，組建了涵蓋技術(shù)、采購、物流、生產(chǎn)技術(shù)等多部門的特別工作組，將以高容量、高輸出功率且容易實(shí)現(xiàn)的“硫化物系”固態(tài)電解質(zhì)為對(duì)象。

豐田方面表示，固態(tài)電解質(zhì)的材料成分專利為豐田所有，而出光制造的材料，具有耐水性強(qiáng)、離子傳導(dǎo)性好、柔軟性好三個(gè)特征，兩家公司的材料研發(fā)技術(shù)、出光的材料制造技術(shù)、豐田的電池量產(chǎn)技術(shù)將結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)全流程覆蓋。

公開數(shù)據(jù)顯示，兩家公司在全固態(tài)電池和其材料硫化物固態(tài)電解質(zhì)方面的專利數(shù)量均居世界頂級(jí)水平，截至今年6月，擁有“硫化物”和“固態(tài)電解質(zhì)”相關(guān)專利共約200個(gè)，出光在硫化鋰的相關(guān)專利數(shù)更是日本全國第一。

當(dāng)然，橫亙?cè)诠虘B(tài)電池前的另一大問題，是如何控制成本。據(jù)日本科學(xué)技術(shù)振興機(jī)構(gòu)估算，全固態(tài)電池（硫化物類）的制造成本為每千瓦時(shí)6萬-35萬日元（約合人民幣2900-17000萬元），比現(xiàn)有鋰離子電池高4-25倍。

“狼來了”？

固態(tài)電池被認(rèn)為是豐田那張打出就能逆襲的底牌，但與商戰(zhàn)故事里，傳統(tǒng)意義上直到最后一刻才亮出的底牌不同，豐田這張底牌更像是一張人盡皆知的“明牌”—被外界認(rèn)為在電動(dòng)化轉(zhuǎn)型步伐相對(duì)緩慢的豐田，不斷宣布將向當(dāng)前電池領(lǐng)域的最優(yōu)技術(shù)發(fā)起沖擊，個(gè)中的反差，不禁讓人備感玩味。

每隔一段時(shí)間，豐田就要把固態(tài)電池的最新進(jìn)展推到臺(tái)前，就像“狼來了”的故事一樣。但不同的是，豐田或許不是故事里那個(gè)孩子，而更像是那頭不知何時(shí)會(huì)出現(xiàn)的“狼”，Q先生表示，豐田可能是真的厲害，但也可能是營銷，在2027年前，恐怕這個(gè)問題沒人能給出準(zhǔn)確的答案。

上汽清陶固態(tài)電池

安全性和更高的能量密度，是固態(tài)電池最明顯的優(yōu)勢(shì)。

持有類似觀點(diǎn)的，還有寧德時(shí)代首席科學(xué)家吳凱。他在今年7月的2023中國汽車論壇上曾表示，目前而言固態(tài)電池還有一些亟待解決的問題，即便放眼全球，整個(gè)行業(yè)沒有一家企業(yè)能在當(dāng)下實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，但他同時(shí)承認(rèn)，技術(shù)確實(shí)是在變革中，認(rèn)為“至于2027年如何，目前很難預(yù)測(cè)”。

Q先生告訴《看世界》，與國內(nèi)相比，日本是舉全國之力，在開發(fā)甚至“押寶”固態(tài)電池，因此在理論和專利數(shù)量上存在優(yōu)勢(shì)，“豐田在固態(tài)電池相關(guān)的專利數(shù)量上和掌握的技術(shù)原理方面，確實(shí)領(lǐng)先其他企業(yè)一定的身位”。

而《日本經(jīng)濟(jì)新聞》在2019年時(shí)也曾報(bào)道稱，日本為了確保汽車產(chǎn)業(yè)的優(yōu)勢(shì)地位，政府與民營企業(yè)正在攜手致力于實(shí)用化。

但Q先生也表示，頭部企業(yè)間并不存在代際差距，目前已交付的半固態(tài)電池和已經(jīng)走出實(shí)驗(yàn)室的固態(tài)電池，與傳統(tǒng)的液態(tài)電池相比，也已經(jīng)是很大的突破了。

上汽集團(tuán)與國內(nèi)固態(tài)電池初創(chuàng)企業(yè)清陶能源合作的固態(tài)電池，現(xiàn)已完成裝車試驗(yàn)，其能量密度達(dá)368Wh/kg；衛(wèi)藍(lán)新能源交付給蔚來的半固態(tài)電池，能量密度也突破了液態(tài)電池的理論天花板，達(dá)360Wh/kg；而被稱為“寧王”的寧德時(shí)代，其于今年4月發(fā)布了一款被分析師認(rèn)為是“類半固態(tài)電池”的新品，其能量密度高達(dá)500Wh/kg。

國內(nèi)目前研發(fā)與迭代速度很快，且國內(nèi)新能源車持續(xù)熱銷，國內(nèi)汽車可以依托快速上車量產(chǎn)的模式，實(shí)現(xiàn)短期內(nèi)多次迭代，這也就意味著，退一步說，即便豐田真在2027年造出了固態(tài)電池，留給豐田獨(dú)享固態(tài)電池利好的時(shí)間，或許也已經(jīng)不多了。

責(zé)任編輯吳陽煜 wyy@nfcmag.com