電動汽車頻現自燃，固態電池能否堪大任？

文 | 本刊記者 師雨菲

為解決動力電池易燃問題，固態電池路線從各種層出不窮的電池技術中脫穎而出。

博世2015年推出的新型固態電池單元

入夏以來，電動汽車自燃事故頻發。僅5月，全國出現的新能源汽車自燃事故就高達5起，而造成這些事故的“元兇”大多來自電動汽車的“心臟”——動力電池。

當前，新能源汽車采用的液態電解質動力電池存在易燃性這個致命問題，高溫季節下的汽車內部溫度偏高和電池的充電速度過快均會導致電池過熱，從而造成電芯損害甚至導致汽車自燃事故發生。

據2011-2019年新能源汽車事故調研數據顯示，熱失控擴散導致動力電池出現安全問題的比例占50%以上。事實上，新能源汽車的安全隱患對車企而言，已經成為制約其發展的短板。

6月8日，工信部發布開展新能源汽車安全隱患排查的通知，要求新能源汽車生產企業及動力電池供應商于今年10月底前完成對生產的新能源汽車的安全隱患排查工作。人們對新能源汽車的質量和安全問題的關注迫使動力電池廠商的重心不得不由技術革新向安全性轉移。

為解決動力電池易燃問題，固態電池路線從各種層出不窮的電池技術中脫穎而出。它采用鋰、鈉制成的玻璃化合物作為傳導物質取代傳統電解液，能夠有利解決當前鋰離子電池易燃的問題，并提高續航能力。

固態電池進行時

動力電池生產線

毫無疑問，固態電池是下一代鋰電池技術的制高點。

去年12月，工信部發布《新能源汽車產業發展規劃（2021-2035年）》（征求意見稿）顯示，在“實施電池技術突破行動”中，加快固態動力電池技術研發及產業化被列為“新能源汽車核心技術攻關工程”。

截至今日，全球已有超100家的固態電池企業和相關研發機構。其中大型車企、傳統鋰電池廠商占據主導，占比高達50%。

6月16日，德國大眾汽車集團（下稱“大眾集團”）繼2018年豪擲1億美元布局全固態電池后，再次增資2億美元增加其在美國電池技術公司QuantumScape中的股份。加之此次投資，大眾集團在電池領域的直接投資已高達178.3億元。

此次增資對象QuantumScape成立于2010年，是斯坦福大學的衍生公司，擁有200余項固態電池技術專利和專利申請量。其試制的全固態電池安裝在車輛驅動系統上已完成了操作測試實驗。大眾集團認為，如果使用全固態電池，公司的EV車型“e-golf”的續航里程可以從現有的300公里提升至750公里。

不過，當前大眾集團在電解質材料上還沒能做出最終決斷。公司表示，固態電池產業化應用或投入到整車之中，最早要到2025年。

而豐田的固態電池產業化時間表似乎要比大眾集團超前，它計劃將于2年后在汽車上使用。豐田的固態電池之路早在3年前就已開啟。彼時，豐田投入200余人加速研發硫化物固態電解質技術。截至日前，它在固態電池領域擁有的專利數量已高達252件。

據豐田的公開專利顯示，其研發的固態電池已完全去除有機隔膜層，顛覆了延續幾百年的傳統電池結構。不過，硫化物電解質遇水易導致劇毒硫化氫氣體的產生是制約其實現產業化的最大阻礙。

與國外的產業資本主導局面有所差別，在中國，加大力度布局固態電池的玩家主要以供應鏈公司與科研公司的風險資本為主。

數日前，合眾與清陶(昆山)能源發展有限公司(下稱“清陶”)于江西宜春簽署戰略合作，二者將共同推進固態電池的研發與應用。此前，二者已進行近兩年的聯合研發和測試。

合眾首席技術官王可峰表示，公司旗下第二款量產車哪吒U將成為全球首款搭載固態電池的量產車，并計劃于今年10月進入工信部《道路機動車輛生產企業及產品公告》，預計年底前量產500臺。

不過，合眾內部人士表示該計劃的實現仍存在很多困難，更多是為了噱頭。

除清陶外，衛藍新能源在國內固態電池領域也有一席之地。在過去三年間，衛藍新能源共融資兩次，其分別在北京房山與江蘇溧陽擁有兩大生產基地，總投資超3億元。

如今，已經有越來越多的玩家在固態電池賽道加大注腳，他們以期在下一輪動力電池技術競爭中掌握主動權。

難以實現的產業化

更多的玩家，更大的投入，卻仍難以改變固態電池產業化一直延期的事實。

業內人士認為，看似紅火的固態電池市場，實則更多是風險資本在吹泡泡，風險資本并不能從根本上推動技術的進步，產業化在未來十年內無望。

當前采用固態電解質的動力電池能量密度還不具備優勢。據專家測算，當前采用液態電解質的軟包電芯能量密度可達297W·h/kg，若用同體積的固態電解質置換液態電解質，除采用聚環氧乙烷PEO-LiTFSi電解質能量密度可達301.5 W·h/kg外，采用鋰鑭鋯氧（LLZO）、磷酸鈦鋁鋰（LAGP）、鋰鑭鈦氧（LLTO）等其他無機電解質的電池電芯能量密度分別為186W·h/kg、216.8W·h/kg和187 W·h/kg，均顯著低于液態電解質電芯。

不過，若將負極材料更換成金屬鋰，其能量密度才會彰顯。Battery 500 consortium在關于鋰金屬負極發展展望中稱，未來負極采用極薄金屬鋰，正極采用高鎳NCM或者Li2S的固態電池，其電池能量密度有望達到400-500W· h/kg甚至更高。

其次，成本也在制約固態電池產業化進程。

當前，半固態電池成本約2.5元-3元/wh，是普通動力電池的2倍-3倍。占據整車成本近40%的動力電池若無法控制成本，電動汽車將很難滿足消費者對價位的需求。

此外，車企的接納、適配均需要時間。

不過，想要實現固態電池產業化，解決技術難題，首當其沖。當前，界面是固態電池的主要技術難點，固態電解質的傳輸效果和傳輸穩定性都不及液態電解質。

液態電解質的離子電導率較高，接觸電阻相對較低。而全固態電解質電芯在正負極充放電過程中，顆粒發生體積膨脹收縮，固態電解質相與正負極活性物質的顆粒之間物理接觸可能會變差，從而導致其動力不足。

不過，解決動力問題只需要將負極材料更換為金屬鋰或含有金屬鋰的復合材料。但屆時，全固態電池將面對另一新挑戰。在大電流下，金屬鋰優先在界面析出，若析出的鋰占滿界面將會降低電化學反應面積。

而這些難題都讓固態電池產業化的實現變得遙遙無期。

勁邦資本合伙人王榮進的觀點也進一步印證產業化短期內實現之難。他表示：“固態電池從樣品驗證到SOP驗證至少需要6年時間。并且，固態電池預計先要在消費電子領域經過充分驗證后，才有可能在電動汽車上使用。”

不過，在通往全固態電池產業化道路上，將由液態電解質逐步向全固態電解質過渡。這種液態電解質中加入固態成分的半固態電池有望成為過渡的中間路線，并在未來兩年內實現產業化。但半固態電池的電池特性方向面仍接近液態電池，在固液比例上仍有待平衡。

盡管，如今清陶、輝能科技、衛藍新能源等都已擁有自己的固態電池產線，并具備小批量生產能力。但全固態電池產業化仍道阻且長。