商業(yè)化面臨許多挑戰(zhàn) 全固態(tài)電池“上車”仍需時日

　　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。

　　“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?！痹诮张e辦的2024世界動力電池大會上，寧德時代董事長曾毓群這樣回應業(yè)內(nèi)關切。

　　寧德時代的進度條走了近一半，比亞迪的時間表也已經(jīng)明確：其全固態(tài)電池將于2027年起在中高端電動汽車領域?qū)崿F(xiàn)小批量量產(chǎn)，2030年起拓展至主流電動汽車市場。

　　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(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(chǎn)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成功完成了中試規(guī)模生產(chǎn)。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。

　　在2024世界動力電池大會上，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。曾毓群表示，寧德時代在全固態(tài)電池研發(fā)方面已有七八年的時間，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?qū)崿F(xiàn)小批量量產(chǎn)；歷經(jīng)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(chǎn)業(yè)鏈建設如火如荼，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(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)鋰金屬電池技術產(chǎn)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(zhì)隔膜和鋰金屬負極，可實現(xiàn)高密度、快充和高安全性。

　　而較早布局全固態(tài)電池的日本，已于7月宣布在2026年開始量產(chǎn)用于工業(yè)設備的全固態(tài)電池。緊接著在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新能源則預計2030年實現(xiàn)全固態(tài)電池量產(chǎn)。

　　在全固態(tài)電池技術路線的競逐方面，中國、日本、韓國及歐美等國家和地區(qū)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(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)為基底的多元復合電解質(zhì)路線，更有可能率先實現(xiàn)應用。

　　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(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，聲稱其搭載業(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?！敝袊茖W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?！痹谷禾寡浴?/p>

　　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?！耙ＷC'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。考慮到電解質(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?！鄙鲜鰧＜曳Q。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。

　　“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(jīng)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(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?！睔W陽明高說道。（記者 張維佳）

　　轉(zhuǎn)自：中國電子報

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