本文來自微信公眾號“中國電子報”，【作者】張維佳。
智己L6光年固態(tài)電池
固態(tài)電池何時量產上車？這不僅是當下新能源汽車業(yè)界的心之所向，也讓普羅大眾心心念念。近兩個月以來，包括寧德時代、比亞迪在內的國內龍頭企業(yè)紛紛透露其在全固態(tài)電池領域的進展和規(guī)劃，日韓方面也有相關進展披露，整體而言，整個產業(yè)正朝著“2027年左右上車、2030年實現(xiàn)大規(guī)模產業(yè)化”的目標規(guī)劃全固態(tài)電池的商業(yè)化進程。
“如果以1到9分為固態(tài)電池的技術和制造成熟度打分，那么寧德時代現(xiàn)在可以得4分。”在近日舉辦的2024世界動力電池大會上，寧德時代董事長曾毓群的這句話既概括了寧德的固態(tài)電池水準，也代表著整個產業(yè)發(fā)展的“進度條”。
產業(yè)化進程再迎“小熱潮”
近期，我國全固態(tài)電池產業(yè)化進程迎來新一波“小熱潮”。8月以來，不僅動力電池企業(yè)相繼發(fā)布全固態(tài)電池新品，電池材料技術方面也頻頻傳出新突破。
在電池新品方面，中創(chuàng)新航發(fā)布“無界”全固態(tài)電池，電池能量密度達430Wh/kg，容量為50Ah，計劃于2027年裝車；鵬輝能源發(fā)布20Ah和2000mAh兩款軟包全固態(tài)電池，能量密度為280Wh/kg，預計2025年啟動中試研發(fā)并小規(guī)模生產，2026年將正式建立產線并批量生產；國軒高科透露已實現(xiàn)車規(guī)級全固態(tài)電池制備及基礎性能驗證。
在材料端，鋰礦龍頭企業(yè)天齊鋰業(yè)宣布已完成下一代固態(tài)電池關鍵原材料——硫化鋰產業(yè)化相關支持工作，并已與十多家下游客戶進行了樣品測試；巴斯夫杉杉電池材料推出了全固態(tài)電池正極活性材料，并于近期在長沙基地完成了中試規(guī)模生產。值得關注的是，中國科學院青島生物能源與過程研究所研發(fā)出用于全固態(tài)鋰硫電池的新型硫化鋰正極材料，能量密度超過600Wh/kg，與目前已商業(yè)化的鋰離子電池相比，其能量密度高出1倍有余，且成本更低。
中創(chuàng)新航“無界”全固態(tài)電池
在2024世界動力電池大會上，全球動力電池龍頭企業(yè)寧德時代和比亞迪也透露了其在全固態(tài)電池領域的最新進展。寧德時代董事長曾毓群表示，寧德時代在全固態(tài)電池研發(fā)方面已有7~8年的時間，如果以1到9分為固態(tài)電池的技術和制造成熟度打分，那么寧德時代現(xiàn)在可以得4分，處于行業(yè)領先地位。
比亞迪全固態(tài)電池“上車”進度則更加明確。比亞迪鋰電池有限公司CTO孫華軍表示，比亞迪硫化物全固態(tài)電池將于2027年起在中高端電動汽車領域實現(xiàn)小批量量產；歷經約三年的示范應用期后，于2030年至2032年間逐步拓展至主流電動汽車市場；至2032年，搭載全固態(tài)電池的電動汽車年銷量有望達到12萬輛，屆時對應市場規(guī)模也將逼近250億元。
三大陣營走“兩條路線”
不僅我國全固態(tài)電池產業(yè)鏈建設如火如荼，全球全固態(tài)電池產業(yè)化進程也不斷按下“加速鍵”。日韓及歐美各國積極布局，形成各具特色的技術路線，以期彎道超車，贏得下一代電池技術競爭的制高點。
9月11日，梅賽德斯—奔馳與美國初創(chuàng)電池公司Factorial Energy宣布，將共同開發(fā)一款名為“Solstice”的新型固態(tài)電池。據(jù)梅賽德斯—奔馳負責人介紹，該電池技術在減輕40%電池重量的同時，能夠增加電動汽車80%的續(xù)航能力，預計續(xù)航里程可達1000公里，2030年前實現(xiàn)量產。而在兩個月前，大眾汽車集團旗下電池公司PowerCo和美國初創(chuàng)企業(yè)QuantumScape達成協(xié)議，共同推進QuantumScape下一代固態(tài)鋰金屬電池技術產業(yè)化。據(jù)悉，QuantumScape固態(tài)電池技術使用了固態(tài)陶瓷電解質隔膜和鋰金屬負極，可實現(xiàn)高密度、快充和高安全性。
豐田汽車固態(tài)電池
而較早布局全固態(tài)電池的日本，已在7月宣布于2026年開始量產用于工業(yè)設備的全固態(tài)電池。緊接著9月，日本政府承諾向豐田汽車、日產汽車等企業(yè)的動力電池項目提供高達3500億日元的補貼，以增強該國動力電池產業(yè)鏈。值得一提的是，豐田是全球擁有最多固態(tài)電池專利的企業(yè)。目前，日本汽車工業(yè)省已批準其下一代電池和全固態(tài)電池的研發(fā)生產計劃，預計于2026年正式啟動生產。
韓國同樣不甘落后。三星SDI已于去年下半年開始小規(guī)模生產、驗證固態(tài)電池，并表示目前已經向客戶交付首批產品，計劃在2027年實現(xiàn)量產；SK On目標在2028年實現(xiàn)固態(tài)電池的商業(yè)化；LG新能源則預計2030年實現(xiàn)全固態(tài)電池量產。
在全固態(tài)電池技術路線的競逐方面，中國、日韓及歐美也選擇了不同的陣營。記者了解到，根據(jù)電解質區(qū)分，全固態(tài)電池的技術路線主要包括聚合物、氧化物、硫化物三大類，不同的固態(tài)電解質各有優(yōu)劣。以豐田、日產、本田、LG、三星SDI為代表日韓企業(yè)在硫化物技術路線布局較多，在我國電池廠商中，寧德時代與比亞迪也選擇了該技術路線；而歐美和國內部分企業(yè)則以氧化物、聚合物路線為主。
中國科學院大連化學物理研究所研究員陳忠偉表示，發(fā)展聚合物的復合固態(tài)電解質成本比較低，也更容易實現(xiàn)真正的產業(yè)化應用。而廣汽埃安電池研發(fā)部負責人李進則認為，若要滿足車規(guī)級電池性能需求，以硫化物電解質為基底的多元復合電解質路線，更有可能率先實現(xiàn)應用。
不過，多位業(yè)內專家傾向于推進硫化物與聚合物/氧化物復合這兩條技術路線并行發(fā)展。“就像液態(tài)電池發(fā)展初期時有三元鋰和磷酸鐵鋰之爭一樣，固態(tài)電池目前也面臨這樣的問題。”中國全固態(tài)電池產學研協(xié)同創(chuàng)新平臺專家委員會副主任、上海大學教授盧世剛判斷，硫化物、氧化物、聚合物、鹵化物這些技術路線今后也將是并行發(fā)展的。
衛(wèi)藍新能源董事長俞會根表達了相似的觀點。他建議，正極側使用鹵化物，中間層使用硫化物，負極側使用氧化物和聚合物復合，這樣能夠取長補短，充分發(fā)揮各類電解質的優(yōu)勢。
商業(yè)化進程仍面臨許多挑戰(zhàn)
今年4月，上汽智己發(fā)布最新車型——智己L6，聲稱搭載業(yè)內首個準900V超快充固態(tài)電池，實現(xiàn)超1000公里的CLTC續(xù)航里程，并表示這是“超快充固態(tài)電池首次量產上車”。固態(tài)電池這一長期停留在概念階段的產品，似乎已提前邁入落地應用階段。
事實上，智己L6所搭載的電池，并非真正意義上的全固態(tài)電池。該電池在電解質中加入了10%的浸潤液，且正負極材料與液態(tài)鋰電池正負極材料相似，實為半固態(tài)電池。
“從廣義上劃分，固態(tài)電池可大致歸為三類。”中國科學院物理研究所研究員李泓介紹說，其一，是將固態(tài)電解質簡單加入正負極內部，或采用固態(tài)電解質涂層作為隔膜，這類電池可被稱為半固態(tài)電池；其二，是將正負極極片實現(xiàn)固態(tài)化，同時保留現(xiàn)有的隔膜體系或采用固態(tài)電解質涂層，此類稱為準固態(tài)電池；其三，則是將電池所有組成部分均轉變?yōu)楣虘B(tài)，即全固態(tài)電池。
記者了解到，所謂全固態(tài)電池，是指電池單體中只含有固體電極和固態(tài)電解質，不含有任何液態(tài)電解質、液態(tài)溶劑、液態(tài)添加劑的鋰電池。從理論上講，這種電池更加安全、具備更高的能量密度以及更強的循環(huán)性能。
當前，即便不少企業(yè)已發(fā)布全固態(tài)電池量產時間表，但從實驗室到工廠，其商業(yè)化進程仍然面臨著許多挑戰(zhàn)。
“研發(fā)全固態(tài)電池的關鍵，在于對材料和化學體系的研究，其中最難的就是‘固固界面’的問題。”曾毓群坦言。
由于采用固態(tài)電解質，固態(tài)電池的離子電導率低，致使電池充放電速度較慢、容量衰減較快，此外，相較于“固液”，“固固”接觸性和穩(wěn)定性更差。“要保證‘固固’的緊密接觸，需要外部極大的壓強，但給外壁材料加壓，電池整體重量會急劇上升，反而有悖固態(tài)電池小重量、單位密度高的研發(fā)初衷。”業(yè)內專家分析指出。
此外，高昂的成本也是全固態(tài)電池商業(yè)化進程中的一大阻礙。“當前，半固態(tài)電池成本已遠高于商用化的液態(tài)電池成本?？紤]到電解質材料變化、生產工藝改變、產品質量控制經驗不足導致的工程驗證周期長等多重因素，全固態(tài)電池成本會更高。”上述專家稱。例如，鋰硫化物的價格是碳酸鋰的5~10倍，全固態(tài)電池對生產環(huán)境與原材料純度的要求極高。
南都電源全固態(tài)電池實樣
“電池技術不是一天就能被顛覆的，問題解決需要循序漸進。從燃料電池研發(fā)歷程經驗來看，固態(tài)電池技術研發(fā)需要一步一步來，一次解決一個問題，不要正極也變、負極也變、電解質也變。”中國科學院院士、中國全固態(tài)電池產學研協(xié)同創(chuàng)新平臺理事長歐陽明高強調。他進一步舉例說明，可以先把固態(tài)電池的安全性提升至與300Wh/kg磷酸鐵鋰電池相媲美的水平，再解決固態(tài)電池在不同溫度環(huán)境下性能的穩(wěn)定性問題，在此基礎上探索將負極材料切換為硅碳路線的可行性。
“最終目標還是要在2030年實現(xiàn)固態(tài)電池的大規(guī)模產業(yè)化。”歐陽明高說。
