英國(guó)《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》雜志發(fā)表文章，題目是Superbatteries will transform the performance of EVs(超級(jí)電池將改變電動(dòng)汽車的性能)。

當(dāng)被問(wèn)及他們最想要電動(dòng)汽車做什么時(shí)，許多駕車者會(huì)列出三件事：續(xù)航里程長(zhǎng)、充電時(shí)間短，以及與配備內(nèi)燃機(jī)的類似車輛相比具有競(jìng)爭(zhēng)力的價(jià)格。為了幫助實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，電動(dòng)汽車制造商一直在尋找方法，用更先進(jìn)的“固態(tài)”版本取代為大多數(shù)現(xiàn)代電動(dòng)汽車提供動(dòng)力的常規(guī)鋰離子電池。這些新型超級(jí)電池研發(fā)長(zhǎng)期以來(lái)一直追求充電更快，續(xù)航里程更大。終于，經(jīng)過(guò)多年的技術(shù)問(wèn)題，制造這些電池的努力正在取得成果，第一批固態(tài)鋰離子電池將在未來(lái)幾年內(nèi)投入生產(chǎn)。

全球最大的汽車制造商豐田從2012年開始研究固態(tài)電池。該公司最近宣布已經(jīng)取得了“技術(shù)突破”，計(jì)劃最早在2027年開始生產(chǎn)固態(tài)電池。豐田聲稱，其新電池將為電動(dòng)汽車提供1200公里的續(xù)航里程，大約是許多現(xiàn)有車型的兩倍，并且可以在大約十分鐘內(nèi)充電完畢。

豐田并非個(gè)例。其他開發(fā)固態(tài)鋰離子電池的生產(chǎn)商也在宣稱類似的性能數(shù)據(jù)。例如，日產(chǎn)公司正在橫濱建立一個(gè)試點(diǎn)工廠，明年將開始生產(chǎn)測(cè)試版本。寶馬與科羅拉多州的電池開發(fā)商Solid Power合作，計(jì)劃在德國(guó)建造一座類似的工廠。硅谷初創(chuàng)公司QuantumScape已開始向大眾汽車運(yùn)送固態(tài)電池原型。

開發(fā)固態(tài)電池花了這么長(zhǎng)時(shí)間也許并不奇怪。讓一種新型電池在實(shí)驗(yàn)室工作是一回事，但擴(kuò)大規(guī)模以在工廠生產(chǎn)數(shù)百萬(wàn)電池是一件困難的事情。盡管鋰離子電池是在20世紀(jì)70年代末發(fā)明的，但直到20世紀(jì)90年代初，鋰離子電池本身才完全商業(yè)化，最初用于筆記本電腦和手機(jī)等便攜式電子設(shè)備，后來(lái)又成為可用于為新一代電動(dòng)汽車供電的更大版本。

電動(dòng)汽車自汽車問(wèn)世以來(lái)就一直存在。但這些早期的電動(dòng)汽車，以及隨后幾年出現(xiàn)的其他電動(dòng)汽車，主要由數(shù)十種重型鉛酸電池供電，這些電池價(jià)格昂貴，續(xù)航里程有限。鋰離子電池重量輕，能夠儲(chǔ)存大量電荷，降低了成本，增加了續(xù)航里程，使交通電氣化得以真正開始。固態(tài)鋰離子電池可能帶來(lái)更大的轉(zhuǎn)變。

汽車制造商最初被固態(tài)電池吸引是為了提高安全性，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的鋰離子電池有風(fēng)險(xiǎn)。這是因?yàn)樗鼈兒幸环N液體電解質(zhì)，這種電解質(zhì)通常由有機(jī)溶劑制成，并且非常易燃。因此，如果鋰離子電池?fù)p壞(可能發(fā)生在事故中)，或者在充電時(shí)過(guò)熱，它可能會(huì)爆炸起火。使用不易燃的固體電解質(zhì)可以防止這種情況。固體電解質(zhì)可以由多種化學(xué)物質(zhì)制成，包括聚合物和陶瓷。但即使是大規(guī)模生產(chǎn)的豐田，最初也發(fā)現(xiàn)很難讓固態(tài)電池在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)高效工作。

固體電解質(zhì)本身并不一定能提高電池的性能。但它確實(shí)允許對(duì)鋰離子電池進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，使其變得更小、更輕，從而將更多的能量裝入更小的空間。它還允許工程師擴(kuò)大他們可以用來(lái)生產(chǎn)鋰離子電池的材料范圍，并對(duì)其工作原理進(jìn)行修改。盡管最初存在問(wèn)題，但在過(guò)去的一年里，日本汽車制造商在研究如何大規(guī)模生產(chǎn)固態(tài)鋰離子電池方面取得了巨大進(jìn)展。由于在推出電動(dòng)汽車方面落后，日本企業(yè)計(jì)劃使用這些新型電池來(lái)超越競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。

許多占據(jù)市場(chǎng)主導(dǎo)地位的中國(guó)電池制造商正在研發(fā)半固態(tài)電池。寧德時(shí)代是一家中國(guó)公司，生產(chǎn)全球三分之一以上的電動(dòng)汽車電池。該公司表示，它可能在今年晚些時(shí)候開始生產(chǎn)一種半固態(tài)電池，稱之為“濃縮”電池。該公司聲稱，這將具有高水平的安全性和巨大的存儲(chǔ)容量。

電池的容量可以通過(guò)其比能量來(lái)衡量，即可以按重量?jī)?chǔ)存的能量。根據(jù)寧德時(shí)代的說(shuō)法，其濃縮電池將能夠儲(chǔ)存高達(dá)每公斤500瓦時(shí)(wh/kg)的電量。目前市場(chǎng)上可用的具有液體電解質(zhì)的性能最高的鋰離子電池一般最高可達(dá)300wh/kg左右。全固態(tài)電池可能達(dá)到600wh/kg或更高。除了提高電動(dòng)汽車在道路上的性能外，這種功率和重量的電池還將大大擴(kuò)大小型垂直起降空中飛機(jī)的續(xù)航里程，這些出租飛行機(jī)即將獲得適航認(rèn)證。

在這些新電池進(jìn)入汽車并對(duì)制造商的說(shuō)法進(jìn)行測(cè)試之前，還不能確定它們的性能如何。現(xiàn)有電動(dòng)汽車的廣告范圍在實(shí)際駕駛條件下可能無(wú)法實(shí)現(xiàn)。第一批半固態(tài)電池將于2025-26年出現(xiàn)在汽車上。預(yù)計(jì)像豐田和其他公司正在開發(fā)的第一款全固態(tài)版本將于2028年出現(xiàn)。

在很大程度上，大規(guī)模生產(chǎn)在降低成本方面的成功程度將取決于未來(lái)十年原材料價(jià)格的發(fā)展。保時(shí)捷咨詢公司的Fabian Duffner表示：“固態(tài)電池將消耗更多的鋰。” 與此同時(shí)，生產(chǎn)商也將需要額外的鋰，因?yàn)樗麄冊(cè)絹?lái)越多地將更多的生產(chǎn)從內(nèi)燃機(jī)汽車轉(zhuǎn)向電動(dòng)汽車。有時(shí)被稱為“白金”的鋰價(jià)格一直在過(guò)山車上。去年年底，電池級(jí)碳酸鋰的價(jià)格飆升至每噸8萬(wàn)美元，但此后又回落至4萬(wàn)美元左右，仍然是兩年前的兩倍左右。鎳價(jià)格也一直不穩(wěn)定。

循環(huán)利用回收材料會(huì)有所幫助。大多數(shù)運(yùn)營(yíng)商已經(jīng)從消費(fèi)電子產(chǎn)品中回收電池，并將擴(kuò)大規(guī)模。電池被分離出來(lái)后，它們就會(huì)被研磨，鋰、鈷、鎳和錳等材料可以被回收和純化。

無(wú)論如何，固態(tài)鋰離子電池即將問(wèn)世。它們看起來(lái)很有前景，最終可以讓電動(dòng)汽車在續(xù)航里程、性能和便利性方面與使用骯臟老式內(nèi)燃機(jī)的汽車競(jìng)爭(zhēng)。目前，標(biāo)準(zhǔn)鋰離子電池約占電動(dòng)汽車成本的40%。如果固態(tài)超級(jí)電池也要讓電動(dòng)汽車在價(jià)格上競(jìng)爭(zhēng)，這一成本比例將必須下降。