中國儲能網(wǎng)訊：據(jù)經(jīng)濟(jì)觀察網(wǎng)等媒體報道，日前，豐田及雷諾/日產(chǎn)/三菱聯(lián)盟分別表示，目標(biāo)2022-2025年之間推出使用固態(tài)電池的電動車。
同時，就在去年年底，中國的電池業(yè)內(nèi)發(fā)生了一件大事：贛鋒鋰業(yè)發(fā)布公告稱擬設(shè)立全資子公司浙江鋒鋰以自有資金不超過2.5億元人民幣投資建設(shè)第一代固態(tài)鋰電池研發(fā)中試生產(chǎn)線。
“兼顧了高能量密度和高安全性的固態(tài)電池不僅是電池技術(shù)的一個終極目標(biāo)，并且已經(jīng)在全球范圍內(nèi)形成山雨欲來之勢?！?1日，恩力能源科技有限公司的副總經(jīng)理、CTO車勇博士告訴科技日報記者。
恩力能源科技有限公司的副總經(jīng)理、CTO車勇博士
“后鉛后鋰”電池技術(shù)悄然到來
目前，電動汽車的動力電池都是含有有機(jī)電解液的鋰離子電池，由“正極材料+負(fù)極材料+隔膜”和液態(tài)的有機(jī)電解液組成。固態(tài)電池是指電池結(jié)構(gòu)中不含液體，所有材料都以固態(tài)形式存在的儲能器件，由“正極材料+負(fù)極材料”和固態(tài)電解質(zhì)組成。由于固態(tài)鋰電池具有安全性能好、能量密度高和循環(huán)壽命長等優(yōu)點，是電動汽車?yán)硐氲膭恿﹄姵亍?
“由于近年來興起的對電動車和大規(guī)模儲能的需求，在人類歷史上‘二次電池’即可充電電池從來沒有像今天這樣受到如此空前的關(guān)注，作為一個純功能性而無觀賞性的電化學(xué)器件，二次電池正以‘幕后英雄’的形式，不僅在改變著人們的生活方式，而且也正在驅(qū)動著人類能源結(jié)構(gòu)的變革?！避囉抡f。
目前，市場上的兩種主流的二次電池——鉛酸電池和鋰離子電池，分別占有數(shù)百億美元的市場，而且其市場規(guī)模仍在持續(xù)擴(kuò)大。
鉛酸電池被廣泛應(yīng)用于燃油車的啟動電源、數(shù)據(jù)中心及通信基站的應(yīng)急電源、以及具有中國特色的電瓶車、代步車的動力電池；鋰離子電池除了用于智能手機(jī)、筆記本電腦等3C產(chǎn)品外，作為各類電動車的動力電池正迎來爆發(fā)式的市場增長。
車勇說，以上兩種電池的生產(chǎn)商在收獲著當(dāng)前市場端巨大成功的同時，也對下一個更大規(guī)模的應(yīng)用市場即萬億級儲能市場虎視眈眈。
相對于有150年歷史的鉛酸電池而言，于1991年進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化的采用有機(jī)電解液的鋰離子電池目前仍然是市場上最先進(jìn)的電池。
“隨著現(xiàn)代材料科學(xué)及制造技術(shù)的突飛猛進(jìn)，‘后鉛后鋰’時代的電池技術(shù)已悄然而來?！避囉抡f。
車勇所在的恩力能源就致力于研發(fā)孵化“后鉛后鋰”時代的新型電池技術(shù)。
在過去的5年里，恩力能源依靠自主研發(fā)成功將水系離子電池從實驗室階段推向了產(chǎn)業(yè)化，正在固定式儲能市場上與鉛酸電池等PK。
恩力能源水系離子電池
固態(tài)電池形成山雨欲來之勢
“不久的將來，固態(tài)電池將以堅實的步伐邁入我們的社會，改變我們的生活?！避囉抡J(rèn)為。
車勇解釋，固態(tài)電池?fù)碛蟹浅ｏ@著的優(yōu)點，由于固態(tài)電解質(zhì)取代了傳統(tǒng)鋰離子電池中造成燃爆風(fēng)險的有機(jī)電解液，這解決了高能量密度和高安全性的兩難問題，從而將消除電動車用戶的“續(xù)航焦慮”，甚至可望實現(xiàn)快速充電。
迄今為止，經(jīng)過科學(xué)家們的不斷努力，固態(tài)電池技術(shù)應(yīng)該說已經(jīng)沒有了不可逾越的技術(shù)瓶頸，但也仍然存在著相應(yīng)的技術(shù)難題有待解決。
“固態(tài)電池的核心技術(shù)是達(dá)到高離子電導(dǎo)率的固態(tài)電解質(zhì)材料技術(shù)以及實現(xiàn)低阻抗固—固界面的先進(jìn)制造技術(shù)?！避囉逻M(jìn)一步解釋。
在固態(tài)電解質(zhì)材料方面，日本東京工業(yè)大學(xué)的菅野了次教授于2011年發(fā)明了室溫下離子電導(dǎo)率>10-2 S/cm（超越了傳統(tǒng)有機(jī)電解液）的硫化物固態(tài)電解質(zhì)。
車勇說，這一技術(shù)成為了目前在固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)化方面的龍頭企業(yè)豐田汽車的技術(shù)基礎(chǔ)。與硫化物固態(tài)電解質(zhì)相比，氧化物固體電解質(zhì)在高安全性及易生產(chǎn)性方面更具優(yōu)勢，但室溫下離子電導(dǎo)率的提升可謂世紀(jì)難題。
在先進(jìn)制造技術(shù)方面，除了宣布在2022年生產(chǎn)出裝載全固態(tài)電池的純電動車的豐田汽車以外，日本還有近10家大型企業(yè)在2006年前后就開始了對固態(tài)電池材料及生產(chǎn)工藝的研發(fā)，如今已經(jīng)有了10余年的技術(shù)積累。
與低調(diào)穩(wěn)健的日式研發(fā)相對應(yīng)，美國的固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化主要由具有美式創(chuàng)新活力的初創(chuàng)企業(yè)來承擔(dān)。在近兩年里，美國的固態(tài)電池初創(chuàng)企業(yè)也是風(fēng)生水起，吸引了來自包括BMW、大眾、Bosch、Dyson、GM等國際知名企業(yè)的活躍投資。
“最近，‘固態(tài)電池’一詞越來越高頻率地出現(xiàn)在專業(yè)文獻(xiàn)以外的社交媒體平臺，而且再一次與‘鋰離子電池之父’約翰·古迪納夫（John Goodenough）教授的名字連在了一起。”車勇說。
就在2017年3月，一篇來自美國德州大學(xué)奧斯丁分校約翰·古迪納夫科研組的論文再次震驚了世界。
約翰·古迪納夫發(fā)明了一種同時具有鋰離子和鈉離子導(dǎo)電性，室溫下離子電導(dǎo)率>10-2 S/cm的玻璃態(tài)（非晶態(tài)）氧化物固態(tài)電解質(zhì)，而且用這種固態(tài)電解質(zhì)制備的全固態(tài)電池有超過1000次的循環(huán)壽命。
車勇（后左）、恩力總裁戴翔博士（后右）與“鋰離子電池之父”約翰·古迪納夫（John Goodenough）教授（前）合影
車勇說，恩力能源也積極展開了對固態(tài)電池的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化布局。2017年10月恩力能源通過在美國的研發(fā)創(chuàng)新中心與德州大學(xué)奧斯丁分校約翰·古迪納夫教授的團(tuán)隊簽署了多年的固態(tài)電池合作研發(fā)協(xié)議，共同研發(fā)高電導(dǎo)率的固體電解質(zhì)材料。
恩力研發(fā)實驗室
同時，恩力還通過在日本的工程中心與多家具有固態(tài)電池先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)的大學(xué)和企業(yè)進(jìn)行合作，共同推進(jìn)固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程及在中國的市場化布局。
“恩力能源正依托在清華大學(xué)（固安）重大項目中試孵化基地的研發(fā)中心，采取與國內(nèi)外學(xué)術(shù)、產(chǎn)業(yè)、技術(shù)及市場端的多方合作共贏的模式，整合國際尖端技術(shù)資源，吸納海內(nèi)外杰出人才，在電池產(chǎn)品研制及設(shè)計階段就積極對接市場應(yīng)用端的具體需求，以加速固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程?！避囉聦Υ朔浅Ｓ行判?。
