桫欏

固態(tài)電池的技術(shù)儲(chǔ)備戰(zhàn)

如今，大多數(shù)電動(dòng)汽車都使用鋰離子電池，鋰離子電池形態(tài)和組合變得更加豐富和實(shí)惠，但制作背后爭(zhēng)議不斷，起火的事故每年都會(huì)多次見諸于報(bào)，汽車企業(yè)對(duì)于電池技術(shù)的突破顯得尤為迫切。制造更便宜、續(xù)航里程更長(zhǎng)的電動(dòng)汽車的競(jìng)賽中，汽車公司正在向一項(xiàng)長(zhǎng)期以來被認(rèn)為技術(shù)難度巨大的項(xiàng)目投入更多資金，這就是固態(tài)電池。

汽車高管和分析師表示，固態(tài)電池是一種電池科技，與現(xiàn)今普遍使用的鋰離子電池和鋰離子聚合物電池不同的是，固態(tài)電池更加安全耐用。

由于科學(xué)界認(rèn)為鋰離子電池已經(jīng)到達(dá)極限，磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池都屬于液態(tài)電解液的鋰電池。液態(tài)電解液鋰電池由正極、隔膜、負(fù)極、電解液制造而成;而固態(tài)電池則是采用固態(tài)電解質(zhì)取代隔膜和電解液，固態(tài)電池按照其電解質(zhì)材料的類型可以分為聚合物、氧化物和硫化物。

固態(tài)鋰電池技術(shù)能大大提升鋰電池的能量密度，但該技術(shù)仍然成本高昂，而且在實(shí)際應(yīng)用中未經(jīng)證實(shí)，這一障礙預(yù)計(jì)需要數(shù)年時(shí)間才能解決。目前主要的百年汽車公司，如大眾汽車、福特汽車和寶馬紛紛投入固態(tài)電池初創(chuàng)企業(yè)，幫助他們實(shí)施技術(shù)邁進(jìn)，并希望其投入量產(chǎn)。

電池初創(chuàng)公司QuantumScape已收到汽車制造商和金融投資約十億美元的投資，根據(jù)咨詢公司AlixPartners的資料顯示，位于圣何塞的QuantumScape電池初創(chuàng)公司由計(jì)算機(jī)科學(xué)家、主要電信組件供應(yīng)商Infinera公司的聯(lián)合創(chuàng)始人Jagdeep Singh和斯坦福大學(xué)畢業(yè)的機(jī)械工程師Tim Holme創(chuàng)立，正在研究用于電動(dòng)汽車的固態(tài)鋰金屬電池。今年 3 月，大眾的電池科學(xué)家在自己的實(shí)驗(yàn)室中獨(dú)立驗(yàn)證了QuantumScape的測(cè)試，對(duì)其公司的總投資達(dá)到 3 億美元，目前QuantumScape 的市值約為 105 億美元。

眾所周知，電池組是電動(dòng)汽車中成本最高的組件，全球最大汽車制造商對(duì)固態(tài)電池領(lǐng)域的豪賭或?qū)⑻嵴裾麄€(gè)電池行業(yè)。

大眾汽車增持QuantumScape的股份，目的是推進(jìn)固態(tài)電池的聯(lián)合開發(fā)，并為其大規(guī)模生產(chǎn)做好準(zhǔn)備

風(fēng)險(xiǎn)更低更耐用

上世紀(jì)80年代和90 年代鋰離子電池技術(shù)的進(jìn)步和沉淀，催生了第一家商業(yè)上成功的電動(dòng)汽車制造商特斯拉公司。特斯拉在馬斯克的帶領(lǐng)下，異軍突起，使用液體電解質(zhì)的鋰離子電池提供的旅行范圍擴(kuò)大到全球，電動(dòng)車也比最初出現(xiàn)時(shí)便宜得多。截至去年底，特斯拉在全球范圍內(nèi)已經(jīng)擁有超過20000個(gè)超級(jí)充電樁，充電網(wǎng)絡(luò)布局已成為特斯拉的優(yōu)勢(shì)之一。

特斯拉的摧城拔寨讓更多汽車公司驚嘆，紛紛押注電動(dòng)汽車，咨詢公司AlixPartners 汽車業(yè)務(wù)董事總經(jīng)理約翰·洛爾表示，過去一年全球?qū)Σ咫娛狡嚨耐顿Y增加了40%。

但是實(shí)現(xiàn)固態(tài)電池技術(shù)并讓其普及，仍然是一項(xiàng)長(zhǎng)期的工程。洛爾認(rèn)為，固態(tài)電池優(yōu)勢(shì)明顯，但要實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，可能需要近十年的時(shí)間，汽車制造商現(xiàn)在投資遠(yuǎn)景勢(shì)在必行，作為制造業(yè)務(wù)，必須放眼未來：“沒人愿意在其他人都投資全新技術(shù)之時(shí)，自己卻無動(dòng)于衷?！?/p>

瑞銀研究部電池技術(shù)分析師蒂姆布什表示，鋰離子電池的一大障礙是，隨著能量密度的增加，著火的風(fēng)險(xiǎn)也會(huì)增加。特斯拉、蔚來涉及電池的自燃火災(zāi)問題一再頻發(fā)，通用汽車公司最近還召回了大約142000輛雪佛蘭Bolt電動(dòng)汽車，以修復(fù)與電池起火有關(guān)的制造缺陷。汽車公司在召回電動(dòng)汽車的同時(shí)，提醒客戶在問題解決之前不要將汽車充滿電或?qū)⑵渫７旁谲噹?kù)中。行業(yè)高管和分析師表示，固態(tài)技術(shù)如果普及，將使電池狀態(tài)更安全，因?yàn)楹诵牟牧喜惶赡苋紵?/p>

事實(shí)上，固態(tài)電池經(jīng)已被視為電池行業(yè)的希望，與鋰離子電池相比，固態(tài)電池具有顯著的優(yōu)勢(shì)，具體包括：普通鋰離子電池從10%充到80%需要60分鐘，而固態(tài)電池可在不到15分鐘內(nèi)快速完成0%至80%充電，電池生產(chǎn)成本預(yù)計(jì)比普通鋰離子電池減少17%。與普通鋰離子電池相比，其能量密度高80%以上，續(xù)航里程顯著提高，車輛行駛里程預(yù)計(jì)將提高50%～80%，電池壽命顯著延長(zhǎng)。根據(jù)QuantumScape單層電池測(cè)試，顯示在超過1000 次循環(huán)情況下，其能量保留的中位數(shù)超過90%。

如何將燃油車廠轉(zhuǎn)變?yōu)殡妱?dòng)車廠

大眾工廠正在轉(zhuǎn)型為電動(dòng)車工廠，因?yàn)檫@家德國(guó)巨頭希望改變其形象并成為特斯拉的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手

在一干轉(zhuǎn)型的老牌車企中，大眾汽車無疑是和豐田一樣舍得大手筆投入的，該企業(yè)對(duì)電動(dòng)汽車的投資比美國(guó)其他傳統(tǒng)汽車制造商更多。雖然目前還沒有企業(yè)成功地制造出可以大規(guī)模生產(chǎn)的固態(tài)電池，但初創(chuàng)公司希望通過與擁有百年歷史生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的汽車制造商合作來實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。

“固態(tài)技術(shù)改變了游戲規(guī)則。”大眾汽車電池開發(fā)負(fù)責(zé)人弗蘭克·布洛姆表示。大眾巨額投資固態(tài)電池的消息傳出后，寶馬和福特在5月宣布，他們將向正在開發(fā)固態(tài)電池的Solid Power投資1.3億美元。

Solid Power首席執(zhí)行官道格·坎貝爾表示，該公司將建立一條試驗(yàn)線，明年開始建造“汽車級(jí)”固態(tài)電池。豪華汽車制造商寶馬的首席執(zhí)行官奧利弗·齊普塞在9月的慕尼黑車展上放言：“我們相信，如果下一個(gè)技術(shù)出現(xiàn)，它必將是固態(tài)的?！?/p>

其他車廠方面，日產(chǎn)汽車計(jì)劃將于電動(dòng)化后半期將全固態(tài)電池推向?qū)嵱没?現(xiàn)代汽車表示正在開發(fā)固態(tài)電池，并計(jì)劃在2030年將首批采用該技術(shù)的汽車投入批量生產(chǎn);通用汽車投資了初創(chuàng)公司Solid Energy Systems，與其合作開發(fā)固態(tài)電池;福特也對(duì)固態(tài)電池初創(chuàng)公司進(jìn)行了投資;戴姆勒與加拿大魁北克水電公司共同開發(fā)固態(tài)電池技術(shù)，達(dá)到量產(chǎn)狀態(tài)后將應(yīng)用到電動(dòng)汽車上。

盡管大家都力捧這項(xiàng)技術(shù)，但固態(tài)電池的制造成本及其在極端炎熱和寒冷氣候下安全工作的能力尚不清楚，業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為：“電動(dòng)汽車和電池必須在很寬的溫度范圍內(nèi)運(yùn)行?！?/p>

相比QuantumScape和Solid Power，目前豐田擁有最多的固態(tài)電池（SSB）專利。9月初 的時(shí)候，豐田宣布將在2030年前投資135億美元開發(fā)下一代電池和電池供應(yīng)鏈，其中包括固態(tài)電池。重要的是，該公司還發(fā)布了一款使用固態(tài)電池的原型車的簡(jiǎn)介，這正是許多固態(tài)電池創(chuàng)業(yè)公司的短板之一，他們?nèi)狈ぷ髟汀?/p>

豐田首席技術(shù)官前田正彥表示，測(cè)試表明這些電池的輸出高于傳統(tǒng)的鋰離子電池，但也發(fā)現(xiàn)它們的使用壽命很短：“為了解決這個(gè)問題和其他問題，我們需要繼續(xù)開發(fā)，主要是完善固體電解質(zhì)材料?！?/p>