2027年实现商业化？固态电池今年有哪些进展

电子发烧友报道（文/梁浩斌）在电动汽车行业的需求推动下，相比传统液态电解质电池更安全、能量密度更高的固态电池成为了未来电池技术发展的重要方向。不过由于材料和制造成本、使用寿命等问题，发展多年的固态电池目前仍未能实现大规模的量产。
 
但业界相关研究机构以及企业都在加大力度投入到固态电池的研发中，在最近，也有企业以及研究团队公布了其在固态电池领域的最新进展。
 
丰田：续航1500km，2027-2028实现商业化
 
早在2008年开始投入固态电池研发的丰田汽车，在今年6月的丰田2023技术研讨会上透露，计划在2027年投放一款配备全固态电池车型。丰田表示，他们发现了一项技术突破，解决了固态电池长久以来存在耐久性不足的问题，并将通过HEV混合动力汽车引进全固态电池，计划在2027-2028年实现商业化落地。
 
虽然丰田没有详细说明技术细节，不过根据发布会的信息，丰田正在推进续航里程可以达到1500km的全固态电池，同时电池SoC从10%-80%的充电时间仅需10分钟。
 
不过值得注意的是，对于固态电池的量产，丰田已经多次跳票。在过去十多年里，丰田多次宣传其固态电池技术，包括2017年丰田就曾表示将在2020东京奥运会上展示他们的固态电池技术应用，然而东京奥运会因为疫情而推迟到2021年举办，但丰田依然未能拿出他们的固态电池。
 
后来丰田将固态电池的量产计划调至2025年，但今年再次将时间延后，作为固态电池领域拥有专利数量最多的企业，多次推迟量产时间似乎说明固态电池目前还存在很多问题。
 
卫蓝新能源：蔚来150kWh半固态电池包7月上线
 
蔚来在5月的发布会上表示，其150kWh电池包将会在今年7月上线。这款电池包早在2021年初在NIO DAY上伴随ET7同时发布，但也因为技术问题多次跳票。
 
这款电池包的特别之处在于，它采用了半固态的电解液、硅碳复合负极材料、超高镍正极材料，模组单体能量密度高达360Wh/kg。所以蔚来在全系列电池包体积尺寸完全相同的情况下，可以做到高达150kWh的容量，是最低规格电池包容量的两倍。


半固态电池实际上是将传统电池中的液态电解质，换成一种类似凝胶态的固液混合物，这种路线被认为是固态电池路线上的一个过渡方案。
 
同时这种半固态电池由于制造流程与传统电池相似，所以相对来说制造成本会比纯固态电池更低。蔚来150kWh电池包的电池模组供应商卫蓝新能源曾表示，其制造工艺流程和装备与目前锂电池的90%以上通用。
 
不过，其中一些关键的工艺环节，包括所用到的“原位固化固液电解质”需要特殊的制造工艺，在量产以及良率上还有很多技术难点，所以受限于产能和良率，目前半固态电池价格也相当高。
 
蔚来联合创始人秦力洪曾透露，150kWh电池包的成本与一辆蔚来ET5相当（30万元左右）。而随着7月份150kWh电池包的上线，半固态电池也正式进入商业化阶段。
 
实验室进展
 
现阶段固态电池大多还存在于实验室中，不过为了未来量产的应用，近期也有很多关于固态电池的新进展。
 
中国科学技术大学马骋教授团队近日在国际著名学术期刊《自然·通讯》上发表了固态电池的最新成果，开发出一种新型固态电解质氧氯化锆锂。由于材料制备成本相比业界主流的硫化物、氯化物固态电解质更便宜，所以这种新型固态电解质材料有望能够为固态电池的量产大幅降低成本。
 
据了解，为了满足实际应用的需求，全固态锂电池的固态电解质至少需要同时具备三个条件：高离子电导率（室温下超过1毫西门子每厘米），良好的可变形性（250至350兆帕下实现90%以上致密），以及足够低廉的成本（低于50美元每公斤）。而氧氯化锆锂的成本通过合成方式的优化，最低成本可以降至7美元每公斤。
 
同时氧氯化锆锂在室温离子电导率、可变形性方面也相比硫化物、氯化物固态电解质更好。另外，在测试中，由氧氯化锆锂和高镍三元正极组成的全固态锂电池在12分钟快速充电的条件下，该电池仍然成功地在室温稳定循环2000圈以上。
 
国外方面，日本东京工业大学的研究团队近日也发表论文声称提高了全固态电池的快速充电性能和容量。其中影响快速充电性能的指标与目前相比最高可提升 3.8 倍，正极容量按单位电极面积计算提高 1.8 倍，均达到世界最高水平。
 
美国橡树岭国家实验室也在6月宣布，他们开发出一种新的加工工艺，改善固态电池的制造缺陷，提升离子电导率，能够进一步提升固态电池的量产实用性。
 
小结：
 
在电动汽车的需求下，固态电池产业受到了更多关于以及资金投入，不过要实现商业化，最重要的反而不是性能、 能量密度等因素，成本能否比现有的磷酸铁锂、三元锂电甚至钠电池等更低，这会是未来固态电池实现产业化需要攻克的方向。