近日，美國能源部宣布，其2019財(cái)年的獎(jiǎng)勵(lì)金將撥給從事“先進(jìn)技術(shù)研究”的車企，包括通用汽車和福特都得到了大筆獎(jiǎng)金。據(jù)悉，美國能源部將向通用汽車撥款910萬美元，其中200萬美元明確表示與固態(tài)電池的研發(fā)有關(guān)。作為下一代動(dòng)力電池技術(shù)的理想解決方案，固態(tài)電池技術(shù)比當(dāng)前主流的鋰離子電池技術(shù)更加先進(jìn)，不僅封裝尺寸更小、能量密度更高，而且具有更高的可靠性和不易過熱性，更不用說裝配固態(tài)電池的電動(dòng)汽車充電可能只需要幾分鐘，而不是幾個(gè)小時(shí)。
高能量密度與安全也能“兩全其美”
自今年以來，包括中國、美國、歐洲等全球市場已經(jīng)發(fā)生了多起新能源汽車自燃起火事故，涉及特斯拉、蔚來等電動(dòng)汽車品牌。為何新能源汽車如此“火大”？8月18日，中國新能源汽車國家大數(shù)據(jù)聯(lián)盟發(fā)布《新能源汽車國家監(jiān)管平臺(tái)大數(shù)據(jù)安全監(jiān)管成果報(bào)告》。數(shù)據(jù)顯示，自今年5月以來，在發(fā)生起火事故的新能源汽車（已查明著火時(shí)的車輛狀態(tài)）中，86%的事故車輛使用三元鋰離子電池、7%的事故車輛使用磷酸鐵鋰電池、7%的事故車輛電池類型不確定。
三元鋰離子電池已經(jīng)成為當(dāng)今絕大多數(shù)汽車品牌的電動(dòng)汽車產(chǎn)品所配裝的動(dòng)力電池的主流類型。業(yè)內(nèi)專家指出，傳統(tǒng)鋰離子電池采用的是有機(jī)液體電解液，在過度充電、內(nèi)部短路等異常的情況下，電池容易發(fā)熱，造成電解液氣脹、自燃甚至爆炸，存在嚴(yán)重的安全隱患。當(dāng)前，為了消除消費(fèi)者的“里程焦慮”以及獲取一些國家針對長續(xù)駛里程新能源車型的更高補(bǔ)貼，現(xiàn)在很多企業(yè)都在采用能量密度更高的鋰離子電池，以提高電動(dòng)車型的續(xù)駛里程。但伴隨著鋰離子電池密度的不斷提高，安全隱患也變得愈發(fā)突出。
那么，究竟有沒有一種電池能保證高能量密度的同時(shí)，又能保障具有高安全性能呢？固態(tài)電池應(yīng)運(yùn)而生。固態(tài)鋰電池負(fù)極可采用金屬鋰，電池能量密度有望達(dá)到300～400Wh/kg甚至更高，可匹配高電壓電極材料，進(jìn)一步提升質(zhì)量能量密度，在支持電動(dòng)汽車長距離行駛方面更有優(yōu)勢。與目前市面上的液態(tài)鋰離子電池相比，固態(tài)電池使用固態(tài)電解質(zhì)，不可燃、無腐蝕、不揮發(fā)、不存在漏液問題。
正是由于固態(tài)電池的諸多優(yōu)勢，全球各國車企都在大力研發(fā)固態(tài)電池技術(shù)，希望能在下一代動(dòng)力電池技術(shù)的競賽中取得先機(jī)，但它們首先要解決一系列技術(shù)難題，例如尋找高效的固態(tài)電解質(zhì)材料。此外，固態(tài)電解質(zhì)和電極的界面處理也是固態(tài)電池目前面臨的一大難題。當(dāng)前，包括浙江鋒鋰新能源科技有限公司在內(nèi)的多家中國企業(yè)正在進(jìn)行固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)化探索。
美國能源部撥款車企促研發(fā)
美國能源部撥給通用汽車的這200萬美元，可謂“及時(shí)雨”。具體而言，其中100萬美元將用于“對固態(tài)電池中界面現(xiàn)象的基本了解”；另外100萬美元將用于研究“用硫化物玻璃電解質(zhì)加熱全固態(tài)電池”。根據(jù)2014年的一項(xiàng)研究，硫化物玻璃電解質(zhì)在室溫下電池測試循環(huán)中的表現(xiàn)非常好，可能是固態(tài)電池實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)的關(guān)鍵性材料。
美國能源部表示，關(guān)于固態(tài)電池的研發(fā)將在美國密歇根州沃倫進(jìn)行，即通用汽車的沃倫技術(shù)中心。7月30日，通用汽車（中國）在上海舉行的科技日活動(dòng)上展示了中國前瞻技術(shù)科研中心（以下簡稱“前瞻中心”）成立十周年以來的創(chuàng)新成果，通用汽車中國科學(xué)研究院院長杜江凌介紹道，今后前瞻中心的電池實(shí)驗(yàn)室將進(jìn)一步加強(qiáng)固態(tài)電池的研發(fā)。
實(shí)際上，不只是通用汽車，其老對手福特也在研發(fā)固態(tài)電池。今年4月，美國固態(tài)電池初創(chuàng)公司Solid Power宣布完成B輪融資，該輪融資由福特、三星等聯(lián)合投資。Solid Power是一家位于美國科羅拉多州的初創(chuàng)公司，是由美國科羅拉多大學(xué)波德分校的電池研發(fā)項(xiàng)目所分立出來的。同時(shí)，福特宣布與Solid Power正式達(dá)成合作，雙方宣布著手研發(fā)下一代電動(dòng)汽車全固態(tài)電池。福特汽車首席技術(shù)官肯·華盛頓表示：“與Solid Power的合作使我們能夠在一項(xiàng)重要的新興技術(shù)方面進(jìn)一步合作，這項(xiàng)技術(shù)可以真正改變智能電動(dòng)汽車的設(shè)計(jì)和集成。”
歐洲謀求動(dòng)力電池領(lǐng)域翻盤
作為歐洲最大的應(yīng)用科學(xué)研究機(jī)構(gòu)，德國弗勞恩霍夫應(yīng)用研究促進(jìn)協(xié)會(huì)已經(jīng)啟動(dòng)了一個(gè)關(guān)于固態(tài)電池的戰(zhàn)略性國際合作計(jì)劃。今年年初，德國弗勞恩霍夫硅酸鹽研究所和瑞士聯(lián)邦材料測試和研究實(shí)驗(yàn)室合作推出了一項(xiàng)名為IE48的項(xiàng)目，為量產(chǎn)電動(dòng)汽車固態(tài)電池奠定基礎(chǔ)。
該項(xiàng)目以兩家研究機(jī)構(gòu)的研發(fā)實(shí)力作為基礎(chǔ)，總部位于瑞士迪本多夫的瑞士聯(lián)邦材料測試和研究實(shí)驗(yàn)室為該項(xiàng)新電池技術(shù)提供化學(xué)和物理基礎(chǔ)，而總部位于德國維爾茨堡的弗勞恩霍夫硅酸鹽研究所則提供有關(guān)工藝開發(fā)和電池生產(chǎn)方面的專有技術(shù)。雙方之間的合作，旨在解決固態(tài)電池工業(yè)生產(chǎn)中最重要的技術(shù)瓶頸。
弗勞恩霍夫應(yīng)用研究促進(jìn)協(xié)會(huì)在一份聲明中表示：“固態(tài)電池?zé)o需易燃液體電解質(zhì)，因而可提供顯著的運(yùn)行穩(wěn)定性。此外，其在尺寸和重量上也具有優(yōu)勢，因而也不需要太復(fù)雜的安全電池外殼。”弗勞恩霍夫應(yīng)用研究促進(jìn)協(xié)會(huì)表示，如果雙方的研究能取得突破性進(jìn)展，那么對于歐洲來說將是一場戰(zhàn)略性勝利。在固態(tài)電池領(lǐng)域取得飛躍式進(jìn)步，將給歐洲帶來反超的機(jī)會(huì)，并將亞洲廠商在動(dòng)力電池方面占據(jù)的主導(dǎo)優(yōu)勢重新帶回歐洲。
去年6月，大眾集團(tuán)宣布與美國電池初創(chuàng)公司QuantumScape合作，雙方致力于讓QuantumScape正在研發(fā)的固態(tài)電池在2025年前實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。QuantumScape是美國斯坦福大學(xué)前研究人員于2010年成立的風(fēng)險(xiǎn)投資公司，其在固態(tài)電池領(lǐng)域的專利累計(jì)達(dá)到約200項(xiàng)。作為合作的一部分，大眾集團(tuán)出資1億美金給QuantumScape，并派遣技術(shù)人員參與QuantumScape的研發(fā)工作。
大眾方面認(rèn)為，如果采用固態(tài)電池，旗下電動(dòng)車型大眾e-Golf的續(xù)駛里程可以從現(xiàn)在的300公里提高到約750公里。大眾之所以投資QuantumScape，主要是為了獲得相關(guān)技術(shù)專利，以便在下一代動(dòng)力電池的競爭中取得一席之地。除了大眾之外，寶馬也正在與前面所提到的Solid Power一起合作，共同研發(fā)新一代固態(tài)電池。
日本“抱團(tuán)”研發(fā)似拔得頭籌
由于意識(shí)到了固態(tài)電池的巨大潛力，日本很早就開始對此進(jìn)行研發(fā)，因此目前在這一領(lǐng)域較為領(lǐng)先。
值得注意的是，在固態(tài)電池的研發(fā)方面，日本人又采取了一貫的“抱團(tuán)取暖”方式。去年6月，日本新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機(jī)構(gòu)宣布，該國部分企業(yè)及學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)將在未來5年內(nèi)聯(lián)合研發(fā)下一代汽車電動(dòng)車固態(tài)鋰電池，力爭早日應(yīng)用于新能源汽車產(chǎn)業(yè)。松下、豐田、本田、日產(chǎn)等23家汽車、電池和材料企業(yè)，以及京都大學(xué)、日本理化學(xué)研究所等15家學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)共同參與研究，計(jì)劃到2022年全面掌握全固態(tài)電池相關(guān)技術(shù)。
近日，豐田在東京舉行的戰(zhàn)略溝通會(huì)上宣布，將提前5年實(shí)現(xiàn)“2030計(jì)劃”，即到2025年，豐田混合動(dòng)力、插電式混合動(dòng)力、純電動(dòng)車、燃料電池車的年銷量將達(dá)到550萬輛；其中純電動(dòng)車和燃料電池車超過100萬輛，純電動(dòng)車型超過10款，覆蓋多個(gè)細(xì)分市場。
此外，豐田汽車董事、副社長寺師茂樹在戰(zhàn)略溝通會(huì)上還表示，計(jì)劃在明年東京奧運(yùn)會(huì)期間向公眾展示旗下固態(tài)電池電動(dòng)汽車，比原計(jì)劃提前2年。豐田方面也表示，希望利用東京奧運(yùn)會(huì)的契機(jī)讓固態(tài)電池大規(guī)模商用推廣。
為了實(shí)現(xiàn)在動(dòng)力電池領(lǐng)域雄心勃勃的目標(biāo)，豐田計(jì)劃于三個(gè)合作伙伴斯巴魯、鈴木和馬自達(dá)分享其電池技術(shù)。今年年初，豐田與松下宣布，將共同設(shè)立開發(fā)、生產(chǎn)電動(dòng)汽車（EV）等車載電池的新公司，該公司致力于開發(fā)、量產(chǎn)固態(tài)電池。
看來，日本人似乎在固態(tài)電池的全球角力中先人一籌，但鑒于該技術(shù)的復(fù)雜性，一切尚未塵埃落定。
編后：美國、歐洲以及日本之所以大力發(fā)展固態(tài)電池的原因之一，都提到了我國在新能源汽車和動(dòng)力電池市場上的領(lǐng)先地位。因此，為了搶奪下一代動(dòng)力電池技術(shù)的主導(dǎo)權(quán)，各國都在投入巨資研發(fā)固態(tài)電池。未來，我國要繼續(xù)在新能源汽車以及動(dòng)力電池領(lǐng)域“領(lǐng)跑”，也應(yīng)大力發(fā)展固態(tài)電池，爭取早日實(shí)現(xiàn)突破。
