多国车企押注全固态电池

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◎本报记者 刘 霞

全固态电池被认为是下一代电动汽车真正意义上的动力电池，与目前广泛采用的锂电池相比，其充电更快、续航里程更长，安全性和寿命也有所提高。

鉴于此，多家汽车制造商纷纷押注全固态电池，如丰田公司将在2027年推出搭载全固态电池的电动汽车；宝马公司承诺2025年前推出搭载全固态电池的电动汽车原型。

不过，也有专家认为，目前全固态电池“身价”比锂电池高，搭载全固态电池的电动汽车要想“飞入寻常百姓家”，关键是要开发出新材料以及相应的量产工艺。

固态电池优势多多

不同于目前作为电动汽车主流动力电池的液态锂电池，全固态电池使用的固体电解质包括陶瓷、玻璃、硫化物或固体聚合物等。

与传统电池相比，全固态电池拥有诸多“秘密武器”。

首先，全固态电池“块头”更小，“体重”更轻。其次，全固态电池能够提供比传统锂离子电池高2.5倍的能量密度，可使设备长时间工作而不用频繁充电。

此外，全固态电池充电时间更短，充电速度比目前的电池快4至6倍，且续航里程更长——充电不到10分钟便可驱动汽车持续行驶1200公里，续航里程是现有电动汽车的2.4倍。

另外，由于采用不含任何易燃成分的固体电解质，全固态电池完全没有起火风险，因此更加安全，寿命也更长。全固态电池还具有出色的热稳定性，能够承受较低或较高的温度，在低温环境中储电能力强，使其在寒冷的冬日或长途旅行中独具优势。

据《美国汽车周刊》网站报道，由福特和宝马支持的电池开发商Solid Power公司正致力于在其电池设计中使用硫化物基固体电解质代替传统的液体电解质，与传统锂离子设计相比，其目标是提供更轻的电池和更高的能量密度。

日本富士经济研究公司的数据显示，全固态电池的市场规模将在2040年达到约264亿美元。

汽车厂商开始布局

挪威科技大学材料科学与工程系教授丹尼尔·瑞滕沃德认为，全固态电池将成为未来电动汽车的动力电池。不少嗅觉敏锐的汽车厂商已经开始布局全固态电池。

今年年初，意大利极致公司推出了首款搭载固态电池的量产车，今年9月将挑战纽北赛道纪录。

日本丰田汽车公司在全固态电池研发领域处于领先地位，拥有超过1000项相关专利。2020年夏天，丰田开发的全球首辆搭载固态电池的汽车拿到牌照，并开展了上路实验。丰田计划在2025年前后将全固态电池用于其混合动力汽车。

丰田研究所首席科学家格瑞尔·普拉特表示，混合动力车所需的固态电池较小，成本更低，并可为新技术提供更好的测试平台。

此外，日产汽车公司计划在2028年前将搭载自主研发的全固态电池的电动汽车投放市场；宝马汽车公司则计划在2025年前发布搭载全固态电池的试验车，2030年前实现量产。

据美国知名科技博客thenextweb.com报道，日本本田公司也计划把研究重点放在全固态电池上。该公司计划开发自己的生产线，2024年春季投入运营。德国大众品牌计划2024年开始批量生产全固态电池。梅赛德斯-奔驰公司计划2025年将全固态电池集成到其乘用车中。美国通用汽车目前正在密歇根州建立华莱士电池创新中心，该中心将专注于锂离子电池和固态电池的研发。

降低成本是关键

全固态电池并非完美无缺，高昂的成本是其商业化的主要瓶颈。

固态电池所使用的固态电解质大多需要使用极其昂贵的原材料进行制备。而固态电解质大多对空气中的潮气极度敏感，规模化生产后要维持低湿度就会提高生产成本。

《日本经济新闻》指出，要普及全固态电池关键是要开发新的量产工艺。日本科学技术振兴机构的估算结果显示，硫化物固态电池的生产成本为每千瓦420美元到2450美元，比目前使用的锂电池高出4到25倍。

中国科学技术大学马骋教授团队在原材料成本上取得了突破，他们发现了一种新型氧氯化物固态电解质。该新型固态电解质的综合性能与目前最先进的硫化物和稀土基、铟基氯化物固态电解质相当，但其原材料成本价仅为每公斤7美元，远低于硫化物和氯化物固态电解质每公斤190美元的成本价，并且也远低于每公斤50美元这一适合商业化的阈值价格。

该研究成果发表于7月份出版的《自然·通讯》杂志。杂志审稿人表示，这一发现具有“新颖和原创性”，为全固态锂电池的商业化应用开辟了新途径。

全固态电池的这些“先天不足”如果能被逐一攻克并最终投入商用，全球电动汽车市场的格局或将被重塑。