“固態(tài)電池急不得,要一步一步來,一次性做出來的就只能是一個樣品。”日前,中國科學(xué)院院士、清華大學(xué)教授歐陽明高在2024世界動力電池大會上關(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,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,難以滿足社會對動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,已成為全球新一代動力電池產(chǎn)業(yè)競爭制高點(diǎn)。目前,中國、韓國、日本、美國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,以期贏得未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展領(lǐng)先優(yōu)勢。
僅今年上半年,我國就有10多家企業(yè)推出固態(tài)電池量產(chǎn)時間表。不過,從具體產(chǎn)品來看,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%的浸潤液”,實為半固態(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,鋰硫化物的價格是碳酸鋰的5至10倍。其次,固態(tài)電池對生產(chǎn)環(huán)境與原材料純度的要求極高,對生產(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)鏈的不完善也會推高成本。
動力電池被喻為新能源汽車的“心臟”。應(yīng)該說,在我國汽車產(chǎn)業(yè)電動化快速發(fā)展過程中,動力電池技術(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,面對固態(tài)電池帶來的顛覆性風(fēng)險,面對日韓固態(tài)電池專利布局的全球暫時領(lǐng)先,我們既要保持足夠清醒,不玩概念或制造營銷噱頭,扎實推進(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 來源:經(jīng)濟(jì)日報)
評論