日产联手NASA！2028年实现固态电池量产，成本降一半

日本汽车制造商日产汽车公司（Nissan）在固态电池（ASSB）领域的蓝图正在逐步清晰。日产负责先进电池研发的副总裁Kazuhiro Doi称：“全固态电池可以改变电动汽车行业的游戏规则。”
4月11日，日产正式公布叠层软包全固态电池电芯的试点生产设施，计划于2024年建成一条生产线并投入使用，2028年正式投产。日产全固态电池试点生产设施位于日本神奈川县的日产汽车研究中心内，项目旨在进一步推动全固态电池的开发与应用。
此前，日产的固态电池可行性研究实验室正在进行小规模、手工试制的电池实验。目前该实验室每月只能生产大约50个四层软包固态电池，而仅一辆电动车就需要大约5000个软包固态电池。因此，规模化电池生产设施的建设对其固态电池的商业化进程至关重要。

图片来源：日产官网

“日产汽车2030愿景”中提出，日产计划到2024财年在日本横滨建造固态电池试点工厂。到2026财年，共投入2万亿日元（约合1128亿人民币）加快电动技术转型。同时，日产计划在2028财年实现固态电池大规模量产，并在同年推出首款搭载独创全固态电池的电动车型。
日产承诺在6年内将重量更轻、体积更小、能量密度更高的固态电池推向市场，并认为这一突破将帮助公司在皮卡、大型SUV甚至是跑车等细分领域推出电动车型，提升电动车型的竞争力。
日产汽车公司执行副总裁，负责研发与产品开发的中畔邦雄（Kunio Nakaguro）表示：“日产汽车通过广泛的研发工作，积极投身于分子级电池材料的研究、安全且高性能电动车型开发等领域，引领电驱化技术的发展。同时，日产汽车利用电动车型作为储能电池支持城市的发展。”日产研发的固态电池能量密度接近传统锂离子电池的两倍，同时具有出色的充、放电性能，充电时间为锂离子电池的三分之一，并且减少了昂贵的稀有金属用量，有效降低了电池成本。
根据规划，到2028财年，全固态电池能够将电池成本降至每千瓦时75美元（约合人民币477元），并在未来进一步降低至每千瓦时65美元（约合人民币414元），以实现电动车型和燃油车型的成本平价。据了解，目前三元锂电池的成本已超过每千瓦时1000元。
Kazuhiro Doi表示，“固态电池的能量密度是目前锂离子电池的两倍，因此就像一个更危险的潜在炸弹。如果发生重大事故，固态电池可能会比现在的电池更具灾难性。”但他也坚信，日产现在可以克服此类安全问题，以及其他导致固态电池难以交付的关键难题。在生产固态电池时，需要经过一系列严格的标准。首先，浆料必须打得很细，才能最大限度地提高电池的导电性。其次，阴极-电解-阳极层必须要精确地排列。在此过程中，日产还必须提升所有程序的速度，以便实现大规模生产。
“这些程序都与精度有关，但精度又关系到生产成本和速度。”Kazuhiro Doi说，“与传统的锂离子电池相比，这是一套更为复杂的工艺。”日产汽车近年来积极与电池材料、工艺流程设计以及测试设计等方面的科学家和大学开展合作，已在正极材料与构造、计算材料科学、保护层、精密混合工艺、材料表面涂层、维持界面稳定等六大方面，取得技术突破。
在正极材料与构造方面，日产采用纤维状粘合剂取代传统粘合剂，使得正极活性物锂离子的移动不设障碍，大幅降低电芯阻抗。同时，通过正极活性物与固态电解质的精密混合技术，也能进一步降低电芯阻抗。
研发人员发现了一种可以抑制树枝晶形成的材料，可以避免树枝晶导致的电池短路。他们还发明了一种允许电解质和电极反复膨胀收缩而不分离的设计，进一步提高安全性。最重要的是，据Kazuhiro Doi团队透露，他们已经破解了在低温下快速充电的难题。
日产汽车是首批自主研发车载锂离子电池技术的企业之一，迄今为止已进行了长达30年的探索，目标是到2028年将电池成本降低65%以上（与第二代日产聆风相比）。
日产2010年率先推出了售价相对便宜的量产型聆风电动汽车（Nissan LEAF），目前全球销量超过50万辆，尚未发生过任何电池方面的重大事故。虽然该车型采用的电池技术与固态电池技术不同，但部分技术是通用于各类电池的，比如电池单元的层压技术。

日产聆风电动汽车（Nissan LEAF）

此外，日产汽车4月9日宣布正在与美国宇航局（NASA）合作开发新型全固态电池，以取代传统锂离子电池，作为2028年产品发布和2024年试点工厂采用的电池。这种全固态电池足够稳定，甚至可以用于心脏起搏器。体积只有目前电池的一半大小，充满电仅需15分钟。
日产与NASA将创建“原始材料信息平台”，可以在该机构庞大的电池数据库中搜索有效的材料组合。通过人工智能模拟数十万种材料组合的效果，尽可能避免现有电池中使用的稀有金属材料。通过与NASA的合作，日产相信可以更快找到固态电池阴极和阳极的最佳化学成分配方，研究时间将从5-20年缩短到2-3年。固态电池近年来正成为最具前景的动力电池技术路线之一。全球各大汽车制造商都在进行全固态电池研发，包括日产的本土竞争对手丰田汽车、德国的大众汽车以及美国的福特汽车、通用汽车等。
其中，通用汽车也曾与NASA合作，制造了阿波罗任务中的月球车。通用汽车还在不久前宣布，和本田汽车正在合作开发下一代电动汽车。大众汽车正与初创公司QuantumScape合作开发固态电池。去年，福特公司建立了一个价值1.85亿美元的研究中心，用于开发和制造固态电池。
面对固态电池领域越来越多的竞争对手，日产认为，单干和自主研发比合作更有优势，至少在初期是这样的。在谈及外部供应商时，Kazuhiro Doi表示：“他们没有成熟的技术，无法与我们这样的汽车制造商合作。”
日产汽车希望控制固态电池设计和制造等领域的技术诀窍，而不一定是原材料本身的化学成分。“这将是我们在固态电池领域的核心竞争力，”Kazuhiro Doi对日产固态电池的未来表示信心，“我们目前谈论的是研发过程，所以没有百分之百的信心。但只要我们努力，我们就可以做到。”
虽然固态电池移除了传统锂离子电池的液体电解液，但仍不可避免一部分昂贵的稀有金属用料，比如钴、镍等。Kazuhiro Doi表示，日产还在坚持探索无钴阴极，可能会使用储量丰富、价格低廉的硫或锰作为阴极材料。在阳极方面，日产表示看到了硅基或锂金属化合物的潜力。