本文來自微信公眾號“電子發(fā)燒友網(wǎng)”，【作者】潘延晟
電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/黃山明）日前，有媒體報道，寧德時代于今年增加了對全固態(tài)電池的研發(fā)投入，并且將全固態(tài)電池的研發(fā)團隊擴充至超過1000人。這也是電池業(yè)內第一次有公司如寧德時代這樣投入巨量資源研發(fā)固態(tài)電池。
有消息稱，當前寧德時代主攻硫化物路線，近期已進入到20Ah樣品試制階段。這意味著電池方案已經(jīng)初步定性，將進入到生產(chǎn)技術探索階段。據(jù)寧德時代此前披露，有望在2027年實現(xiàn)全固態(tài)電池的小批量生產(chǎn)。
寧德時代加大投入全固態(tài)電池
近年來，固態(tài)電池發(fā)展迅速，作為新能源汽車的核心技術之一，備受各界高度關注。業(yè)內普遍認為，固態(tài)電池將顛覆當下新能源汽車的市場形態(tài)。
從固態(tài)電池本身的特性來看，固態(tài)電池采用固態(tài)電解質，不易燃燒、不易爆破，沒有電解液走漏的風險，從而降低了自燃和爆炸的可能性。在極端情況下，如外部撞擊或內部短路，固態(tài)電池的安全性都要遠高于液態(tài)電池。
并且固態(tài)電池能量密度有望突破500Wh/kg，甚至更高，這將使電動汽車的續(xù)航里程超過1000公里。同時由于克服了鋰枝晶現(xiàn)象，固態(tài)電池的循環(huán)性能可以達到45000次左右，遠高于傳統(tǒng)鋰離子電池。
此外，在充電時間上，已經(jīng)有實驗室展示了全固態(tài)電池可以在15分鐘內充電至80%，有的研究團隊更是聲稱可以實現(xiàn)5分鐘充滿80%的電量。一旦實現(xiàn)，將徹底解決當下電池焦慮問題。
再加上全固態(tài)電池的工作溫度范圍比普通要更大，以硫化物電解質為例，其工作溫度范圍達到-60°C至120°C，使用更多的極端環(huán)境。而且固態(tài)電池的厚度可以大幅降低，安全性提高后，可以省去電池內部的溫控組件，進一步提高體積利用率。還不含有毒重金屬，更加環(huán)保。
此次寧德時代所研發(fā)的全固態(tài)電池便是主攻硫化物路線，據(jù)寧德時代掌門人曾敏群此前透露，寧德時代在固態(tài)電池領域的研究已經(jīng)持續(xù)了7-8年時間。但按照寧德時代自己的評價，目前其固態(tài)電池的研發(fā)還處于“4”的階段（用技術和制造成熟度“1-9”評價體系）。
有知情人士稱，目前寧德時代的方案能夠將三元鋰電池的能量密度做到500Wh/kg，比現(xiàn)有主流電池提升40%以上，但充電速度與循環(huán)壽命還未達到預期。
該電池樣品已經(jīng)達到20Ah試制階段，通常全固態(tài)電池樣品試制是從1Ah開始不斷做大單個電池容量，在1Ah階段主要用于檢測電池材料的性能優(yōu)劣；10Ah樣品則主要檢測電池的單體性能；到20Ah樣品階段則一位電池方案初步定性，進入生產(chǎn)技術探索階段。
寧德時代首席科學家吳凱表示，目標到2027年達到“7-8”的水平，這意味著可以小批量生產(chǎn)全固態(tài)電池，但即便如此，屆時生產(chǎn)時仍然會面臨成本問題。
研發(fā)全固態(tài)電池最難的地方在于“固-固界面”問題，就是正極材料與電解質之間固固界面接觸不充分，阻礙離子傳輸；負極在充放電過程體積膨脹大，導致固-固界面的動態(tài)損傷，難以修復，持續(xù)惡化。這種情況將嚴重影響全固態(tài)電池的循環(huán)壽命與倍率性能。
目前盡管有些技術方法能夠解決這一問題，如從材料改性、界面工程、機械加工到化學鍵合等多個方面入手，但如何徹底解決，以及如何采用低成本的方式解決這一問題卻成為了難點。
2027成全固態(tài)電池關鍵一年
有意思的是，不僅是寧德時代，不少企業(yè)都將固態(tài)電池的產(chǎn)品推出定在2027年左右，比如比亞迪旗下的弗迪電池對外表示，將在2027年小批量生產(chǎn)固態(tài)電池，預計將有1000輛車搭載這一電池進行示范。到2030年，預計將有4萬輛搭載全固態(tài)電池的車型上市，到2033年，這一數(shù)據(jù)將提升至12萬輛。
此外，欣旺達計劃在2026年實現(xiàn)全固態(tài)電池的商業(yè)化量產(chǎn)，目前，該公司已經(jīng)完成了第一代半固態(tài)電池的開發(fā)，并正在進行第二代半固態(tài)電池樣品的中試。欣旺達目標是再2025年完成第三代聚合物復合全固態(tài)電池的研發(fā)，而第四代全固態(tài)電池也在積極開發(fā)中，能量密度有望達到700Wh/kg。
國軒高科也在此前宣布已成功制備被測試了車規(guī)級全固態(tài)電池樣品，電芯的循環(huán)次數(shù)超過3000次。根據(jù)國軒高科的計劃，將在2027年進行小批量試裝，預計2030年正式進入大規(guī)模生產(chǎn)階段。
中創(chuàng)新航在今年推出了名為“無界”的全固態(tài)電池，據(jù)官方透露，該電池能量密度達到430Wh/kg，電池容量超過50Ah并在多個技術方面實現(xiàn)了突破。中創(chuàng)新航同樣計劃在2027年開始小批量裝車，并在2028年啟動量產(chǎn)。
億緯鋰能則預計在2026年推出具有高功率、高環(huán)境適應性和絕對安全性的全固態(tài)電池。該電池將優(yōu)先用于混合動力汽車，并計劃在2028年推出能量密度達400Wh/kg的高必能全固態(tài)電池。
此外，國內首臺全固態(tài)鋰電池量產(chǎn)線近期在北京亦莊正式投產(chǎn)，該產(chǎn)線由北京純鋰新能源科技公司投建，計劃先完成小批量試產(chǎn)，量產(chǎn)產(chǎn)線目標產(chǎn)能為200MWh，相當于能夠同時給20萬輛兩輪車進行充電，滿產(chǎn)后每天可生產(chǎn)上千個固態(tài)鋰電池。
此外，包括上汽集團、鵬輝能源、孚能科技、蜂巢能源、廣汽、東風、長安、贛鋒鋰業(yè)等，都在積極布局固態(tài)電池，證明未來在這一領域的競爭將愈發(fā)激烈，已成為業(yè)內必爭之地。
之所以將時間節(jié)點推至2027年，主要在于目前全固態(tài)電池還面臨著不少困難，除了上文的固-固界面問題，還包括鋰金屬負極應用、硫化物電解質在空氣中不穩(wěn)定，以及合成成本較高等難題。
以成本為例，此前蔚來汽車推出了一塊容量僅150度電的半固態(tài)電池，但成本估算在30萬以上，這還只是半固態(tài)電池。從原材料來看，目前硫化物固態(tài)電解質的成本普遍較高，約為195美元/公斤，遠高于實現(xiàn)商業(yè)化所需的50美元/公斤。
不過隨著技術的成熟和制造工藝的優(yōu)化，制造成本有望大幅降低，預計2030年后，當全固態(tài)電池應用規(guī)模大于10GWh時，電芯價格將降至1元人民幣/Wh左右。預計到2035年，全固態(tài)電池的電芯價格將降至0.6-0.7元人民幣/Wh。
總結
作為顛覆能源行業(yè)的全固態(tài)電池技術，目前已經(jīng)看到不少企業(yè)正在投入研發(fā)，不過目前僅有寧德時代動用大規(guī)模成本來進行針對性的發(fā)展，這有望帶動整個全固態(tài)電池技術加速落地。但目前由于受到技術、成本等各方面的原因，各家推進全固態(tài)電池的時間基本在2027年左右，隨著技術的發(fā)展與成熟，2030年將有望進行普及。
