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(chǎn)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(nèi)的國內(nèi)龍頭企業(yè)紛紛透露其在全固態(tài)電池領(lǐng)域的進展和規(guī)劃，日韓方面也有相關(guān)進展披露，整體而言，整個產(chǎn)業(yè)正朝著“2027年左右上車、2030年實現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)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(shù)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(chǎn)業(yè)發(fā)展的“進度條”。
產(chǎn)業(yè)化進程再迎“小熱潮”
近期，我國全固態(tài)電池產(chǎn)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(shù)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(yù)計2025年啟動中試研發(fā)并小規(guī)模生產(chǎn)，2026年將正式建立產(chǎn)線并批量生產(chǎn)；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(chǔ)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(guān)鍵原材料——硫化鋰產(chǎn)業(yè)化相關(guān)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(chǎn)。值得關(guān)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(lǐng)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(shù)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(lǐng)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(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)小批量量產(chǎn)；歷經(jīng)約三年的示范應(yīng)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(yīng)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(chǎn)業(yè)鏈建設(shè)如火如荼，全球全固態(tài)電池產(chǎn)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(shù)路線，以期彎道超車，贏得下一代電池技術(shù)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(shù)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(yù)計續(xù)航里程可達1000公里，2030年前實現(xiàn)量產(chǎn)。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(shù)產(chǎn)業(yè)化。據(jù)悉，QuantumScape固態(tài)電池技術(shù)使用了固態(tài)陶瓷電解質(zhì)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(chǎn)用于工業(yè)設(shè)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)計劃，預(yù)計于2026年正式啟動生產(chǎn)。
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(chǎn)、驗證固態(tài)電池，并表示目前已經(jīng)向客戶交付首批產(chǎn)品，計劃在2027年實現(xiàn)量產(chǎn)；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(yù)計2030年實現(xiàn)全固態(tài)電池量產(chǎn)。
在全固態(tài)電池技術(shù)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(zhì)區(qū)分，全固態(tài)電池的技術(shù)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(zhì)各有優(yōu)劣。以豐田、日產(chǎn)、本田、LG、三星SDI為代表日韓企業(yè)在硫化物技術(shù)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(shù)路線；而歐美和國內(nèi)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(fù)合固態(tài)電解質(zhì)成本比較低，也更容易實現(xiàn)真正的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)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(zhì)為基底的多元復(fù)合電解質(zhì)路線，更有可能率先實現(xiàn)應(yīng)用。
不過，多位業(yè)內(nèi)專家傾向于推進硫化物與聚合物/氧化物復(fù)合這兩條技術(shù)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(chǎn)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(shù)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(cè)使用鹵化物，中間層使用硫化物，負極側(cè)使用氧化物和聚合物復(fù)合，這樣能夠取長補短，充分發(fā)揮各類電解質(zhì)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(nèi)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(chǎn)上車”。固態(tài)電池這一長期停留在概念階段的產(chǎn)品，似乎已提前邁入落地應(yīng)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(zhì)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(zhì)簡單加入正負極內(nèi)部，或采用固態(tài)電解質(zhì)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(zhì)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(zhuǎn)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(zhì)，不含有任何液態(tài)電解質(zhì)、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(chǎn)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(guān)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(zhì)，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(nèi)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(zhì)材料變化、生產(chǎn)工藝改變、產(chǎn)品質(zhì)量控制經(jīng)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(chǎn)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(shù)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(jīng)驗來看，固態(tài)電池技術(shù)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(zhì)也變。”中國科學院院士、中國全固態(tài)電池產(chǎn)學研協(xié)同創(chuàng)新平臺理事長歐陽明高強調(diào)。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(chǔ)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(chǎn)業(yè)化。”歐陽明高說。
