2027年實現商業化？固態電池今年有哪些進展

電子發燒友報道（文/梁浩斌）在電動汽車行業的需求推動下，相比傳統液態電解質電池更安全、能量密度更高的固態電池成為了未來電池技術發展的重要方向。不過由于材料和制造成本、使用壽命等問題，發展多年的固態電池目前仍未能實現大規模的量產。

但業界相關研究機構以及企業都在加大力度投入到固態電池的研發中，在最近，也有企業以及研究團隊公布了其在固態電池領域的最新進展。

豐田：續航1500km，2027-2028實現商業化

早在2008年開始投入固態電池研發的豐田汽車，在今年6月的豐田2023技術研討會上透露，計劃在2027年投放一款配備全固態電池車型。豐田表示，他們發現了一項技術突破，解決了固態電池長久以來存在耐久性不足的問題，并將通過HEV混合動力汽車引進全固態電池，計劃在2027-2028年實現商業化落地。

雖然豐田沒有詳細說明技術細節，不過根據發布會的信息，豐田正在推進續航里程可以達到1500km的全固態電池，同時電池SoC從10%-80%的充電時間僅需10分鐘。

不過值得注意的是，對于固態電池的量產，豐田已經多次跳票。在過去十多年里，豐田多次宣傳其固態電池技術，包括2017年豐田就曾表示將在2020東京奧運會上展示他們的固態電池技術應用，然而東京奧運會因為疫情而推遲到2021年舉辦，但豐田依然未能拿出他們的固態電池。

后來豐田將固態電池的量產計劃調至2025年，但今年再次將時間延后，作為固態電池領域擁有專利數量最多的企業，多次推遲量產時間似乎說明固態電池目前還存在很多問題。

衛藍新能源：蔚來150kWh半固態電池包7月上線

蔚來在5月的發布會上表示，其150kWh電池包將會在今年7月上線。這款電池包早在2021年初在NIO DAY上伴隨ET7同時發布，但也因為技術問題多次跳票。

這款電池包的特別之處在于，它采用了半固態的電解液、硅碳復合負極材料、超高鎳正極材料，模組單體能量密度高達360Wh/kg。所以蔚來在全系列電池包體積尺寸完全相同的情況下，可以做到高達150kWh的容量，是最低規格電池包容量的兩倍。


半固態電池實際上是將傳統電池中的液態電解質，換成一種類似凝膠態的固液混合物，這種路線被認為是固態電池路線上的一個過渡方案。

同時這種半固態電池由于制造流程與傳統電池相似，所以相對來說制造成本會比純固態電池更低。蔚來150kWh電池包的電池模組供應商衛藍新能源曾表示，其制造工藝流程和裝備與目前鋰電池的90%以上通用。

不過，其中一些關鍵的工藝環節，包括所用到的“原位固化固液電解質”需要特殊的制造工藝，在量產以及良率上還有很多技術難點，所以受限于產能和良率，目前半固態電池價格也相當高。

蔚來聯合創始人秦力洪曾透露，150kWh電池包的成本與一輛蔚來ET5相當（30萬元左右）。而隨著7月份150kWh電池包的上線，半固態電池也正式進入商業化階段。

實驗室進展

現階段固態電池大多還存在于實驗室中，不過為了未來量產的應用，近期也有很多關于固態電池的新進展。

中國科學技術大學馬騁教授團隊近日在國際著名學術期刊《自然·通訊》上發表了固態電池的最新成果，開發出一種新型固態電解質氧氯化鋯鋰。由于材料制備成本相比業界主流的硫化物、氯化物固態電解質更便宜，所以這種新型固態電解質材料有望能夠為固態電池的量產大幅降低成本。

據了解，為了滿足實際應用的需求，全固態鋰電池的固態電解質至少需要同時具備三個條件：高離子電導率（室溫下超過1毫西門子每厘米），良好的可變形性（250至350兆帕下實現90%以上致密），以及足夠低廉的成本（低于50美元每公斤）。而氧氯化鋯鋰的成本通過合成方式的優化，最低成本可以降至7美元每公斤。

同時氧氯化鋯鋰在室溫離子電導率、可變形性方面也相比硫化物、氯化物固態電解質更好。另外，在測試中，由氧氯化鋯鋰和高鎳三元正極組成的全固態鋰電池在12分鐘快速充電的條件下，該電池仍然成功地在室溫穩定循環2000圈以上。

國外方面，日本東京工業大學的研究團隊近日也發表論文聲稱提高了全固態電池的快速充電性能和容量。其中影響快速充電性能的指標與目前相比最高可提升 3.8 倍，正極容量按單位電極面積計算提高 1.8 倍，均達到世界最高水平。

美國橡樹嶺國家實驗室也在6月宣布，他們開發出一種新的加工工藝，改善固態電池的制造缺陷，提升離子電導率，能夠進一步提升固態電池的量產實用性。

小結：

在電動汽車的需求下，固態電池產業受到了更多關于以及資金投入，不過要實現商業化，最重要的反而不是性能、 能量密度等因素，成本能否比現有的磷酸鐵鋰、三元鋰電甚至鈉電池等更低，這會是未來固態電池實現產業化需要攻克的方向。