固態(tài)電池，破功了。它本來(lái)是最被車企看好的電池技術(shù)，能量密度、結(jié)構(gòu)、安全性都被認(rèn)為有巨大優(yōu)勢(shì)。甚至有希望能一勞永逸解決新能源汽車?yán)m(xù)航、安全、成本問(wèn)題。
眾多巨頭，已經(jīng)把固態(tài)電池視為最有潛力的能源方案，大眾、上汽、奔馳等等都在布局。不過(guò)，美國(guó)能源部一項(xiàng)最新的研究表明，車廠們可能高興太早了。固態(tài)電池，不見得會(huì)安全多少，成本短期內(nèi)也很難降下來(lái)。
最被車企看好的電池技術(shù)，缺陷在哪?
所謂固態(tài)電池，就是使用固態(tài)電解質(zhì)來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)鋰電池中的液態(tài)電解質(zhì)。一般的液態(tài)電解質(zhì)，由高純度的有機(jī)溶劑、電解質(zhì)鋰鹽、必要的添加劑配比而成。
其中有機(jī)溶劑是易燃易揮發(fā)的不穩(wěn)定物質(zhì)，而鋰鹽又是負(fù)責(zé)在正負(fù)極間運(yùn)送電能的角色，有能量有易燃物，受沖擊或者短路，很容易失控爆炸。
固態(tài)電池則是使用鋰或鈉制成的玻璃或陶瓷化合物作為傳導(dǎo)物質(zhì)，理論上具有不易燃且能量密度高的優(yōu)點(diǎn)。
但美國(guó)能源部的這項(xiàng)研究，揭示了固態(tài)電池的熱失控風(fēng)險(xiǎn)并不比傳統(tǒng)鋰電池低。
固態(tài)電解質(zhì)具有較高的剪切模量(材料力學(xué)指標(biāo)，表征材料抵抗切應(yīng)變的能力)，可以有效抑制鋰枝晶的析出和生長(zhǎng)。通俗的說(shuō)，固態(tài)電解質(zhì)有堅(jiān)固的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，能“壓住”鋰枝晶，讓其無(wú)法生長(zhǎng)。
但是，對(duì)于陶瓷化合物為主的固態(tài)電池來(lái)說(shuō)，這一點(diǎn)并不成立。因?yàn)樘沾傻木Ы?結(jié)構(gòu)相同而取向不同晶粒之間的界面)反而為鋰枝晶提供了生長(zhǎng)路徑。生長(zhǎng)的鋰枝晶，又會(huì)“頂壞”電解質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，造成短路。固態(tài)電池能量密度本身又非常高，一旦短路，爆燃會(huì)更加嚴(yán)重。
而現(xiàn)在很多固態(tài)電池出于成本考慮，走的都是陶瓷化合物路線。除了鋰枝晶的威脅，固態(tài)電池的另一熱失控隱患來(lái)自固態(tài)電解質(zhì)和負(fù)極材料之間的高界面電阻。電阻高發(fā)熱就更多，在密閉的電池包內(nèi)當(dāng)然不希望這種情況出現(xiàn)。
也有辦法解決，就是在固態(tài)電解質(zhì)的負(fù)極區(qū)添加少量傳統(tǒng)液態(tài)電解質(zhì)。沒(méi)錯(cuò)，兜了一大圈又回到最初的起點(diǎn)… 而且添加了液態(tài)電解質(zhì)的“半固態(tài)”電池，成本會(huì)升高不少，液態(tài)電解質(zhì)本身是否會(huì)帶來(lái)新的安全風(fēng)險(xiǎn)，現(xiàn)在也沒(méi)有定論。
你可能發(fā)現(xiàn)了問(wèn)題的根源：鋰。沒(méi)錯(cuò)，鋰的最大缺點(diǎn)就是性質(zhì)太活躍，那么用鈉代替行不行?
可以，但鈉電池的問(wèn)題是能量密度太低，一般比鋰電池小 1/3 到一半左右，要想具備裝車條件，還需要在結(jié)構(gòu)、材料等等方面做很多功課?？傊虘B(tài)電池?zé)o論走哪條路都有不小的挑戰(zhàn)。這也許能解釋，為何眾多車企幾年前就投入布局的固態(tài)電池，至今仍然沒(méi)有實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。
車企押錯(cuò)了未來(lái)?
前面已經(jīng)說(shuō)了固態(tài)電池的優(yōu)點(diǎn)，那么定量的分析，它到底比傳統(tǒng)鋰電池好多少?從數(shù)據(jù)上看，目前能量密度最高的傳統(tǒng)鐵鋰電池，是松下生產(chǎn)的 NCA 18650，250 瓦時(shí) / 千克。而固態(tài)鋰金屬電池能夠達(dá)到 400-500 瓦時(shí) / 千克，直接翻倍，實(shí)現(xiàn)了躍遷式提升。
而且在「加量」的情況下，這種新電池，還能實(shí)現(xiàn) 15 分鐘(0-80%)快充，兼具損耗慢、不易燃等特性。如果所有的優(yōu)點(diǎn)最后都能在量產(chǎn)產(chǎn)品上不打折，那么固態(tài)電池一定會(huì)是對(duì)傳統(tǒng)鋰電行業(yè)甚至是新能源行業(yè)產(chǎn)生巨大沖擊的革命性產(chǎn)品。
所以，新能源汽車賽道上有實(shí)力的大廠巨頭已經(jīng)開始布局。比如有“美股最狂電池獨(dú)角獸”之稱的 QuantumScape，第一大股東是大眾，其他投資者還有中國(guó)的上汽集團(tuán)、比爾蓋茨、特斯拉前 CTO、電池專家 JB Straubel。
梅賽德斯、Stellantis 和現(xiàn)代則投資了固態(tài)電池初創(chuàng)公司 Factorial Energy。而福特和寶馬也投資了 Solid Power。不過(guò)大家紛紛看好押注的固態(tài)電池賽道，商業(yè)化進(jìn)展卻一直是個(gè)謎…
沒(méi)錯(cuò)，至今也沒(méi)人能說(shuō)清楚固態(tài)電池的成本、效率，也沒(méi)人能給出一個(gè)量產(chǎn)時(shí)間表。就連能讓外界信服的實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)、技術(shù)專利，各個(gè)創(chuàng)業(yè)公司也守口如瓶。就拿名聲最大的 QuantumScape 來(lái)說(shuō)，對(duì)于這個(gè)“鋰枝晶”行業(yè)公認(rèn)試金石的解決方案，始終回避。
鋰枝晶生長(zhǎng)問(wèn)題解決了沒(méi)有，從不正面回應(yīng) ——yes or no，只是說(shuō)「已經(jīng)解決了數(shù)百個(gè)難題」。外界既不清楚 10 年來(lái)這家公司到底花了多少錢、也不知道他們?nèi)〉昧四男┚唧w的技術(shù)成果。也很難判斷 2025 年大規(guī)模量產(chǎn)的計(jì)劃是否靠譜。只是看見大眾汽車、JB Straubel、比爾蓋茨等投資和看好…… 有足夠公信力的背書。
正是這些情況，加重了外界的質(zhì)疑，而且因?yàn)?QuantumScape 發(fā)聲有限，神神秘秘，更容易讓不信任的吃瓜群眾，有對(duì)電池行業(yè)的標(biāo)簽印象 —— 圈錢騙子。
在動(dòng)力電池領(lǐng)域，業(yè)界之前就有過(guò)「畫餅」圈錢案例。不過(guò)也從側(cè)面說(shuō)明，這個(gè)行業(yè)確實(shí)足夠高精尖，連核心產(chǎn)業(yè)鏈上的專家們，也都是不到量產(chǎn)交付，就難辨真假。
美國(guó)能源部最新的結(jié)論也說(shuō)明，固態(tài)電池當(dāng)然具有很好的前景，現(xiàn)階段仍然有技術(shù)難題。這樣的情況下，相關(guān)的創(chuàng)業(yè)公司今后要么就是伊隆?馬斯克，要么就是賈躍亭了。(賈浩楠)
關(guān)鍵詞： 爆燃隱患 固態(tài)電池技術(shù) 新能源汽車?yán)m(xù)航 成本問(wèn)題
