固態(tài)電池成為當(dāng)下最熱風(fēng)口之一。
業(yè)內(nèi)人士預(yù)測，今年將是固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個重要節(jié)點，全球相關(guān)企業(yè)都在積極推動全固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化進程。
“不過，目前宣稱可實現(xiàn)量產(chǎn)應(yīng)用的固態(tài)電池，實際上是半固態(tài)電池，”業(yè)內(nèi)資深人士對中國證券報記者表示，全球范圍內(nèi)還沒有量產(chǎn)全固態(tài)電池的應(yīng)用案例。
專家認為，全固態(tài)電池一直未能走出實驗階段，實現(xiàn)真正量產(chǎn)應(yīng)用，在技術(shù)與工藝等方面還存在多個需要攻克的難關(guān)。當(dāng)前，全固態(tài)電池在功率性能、循環(huán)、材料開發(fā)、電芯制造、系統(tǒng)設(shè)計、回收利用方面均存在較大挑戰(zhàn)。同時，目前上下游產(chǎn)業(yè)鏈配套不齊全，未形成規(guī)模也是制約其技術(shù)進展的原因，新一輪電池創(chuàng)新周期或許在2030年開啟。
“固態(tài)電池”背后的真相
“當(dāng)前，全固態(tài)電池已成為全球電池科技的競爭焦點，以固態(tài)電池為核心的電動汽車有可能改變未來產(chǎn)業(yè)格局。”4月10日，中國科學(xué)院院士、南開大學(xué)副校長陳軍在第十二屆儲能國際峰會暨展覽會上表示。
相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈正積極推動全固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化進程，以期在未來能源技術(shù)競爭中占據(jù)制高點。
4月12日，廣汽集團旗下埃安昊鉑發(fā)布100%固態(tài)電解質(zhì)的全固態(tài)電池。其宣稱，該技術(shù)已從實驗室走向量產(chǎn)應(yīng)用階段。
4月8日，上汽集團旗下的智己汽車發(fā)布第一代光年固態(tài)電池車型智己L6，續(xù)航里程突破1000公里。
4月3日，寧德時代宣布，公司凝聚態(tài)電池能量密度最高可達500Wh/kg，正在進行民用電動載人飛機項目的合作開發(fā)。4月2日，太藍新能源宣布，成功制備出首塊車規(guī)級單體容量120Ah，實測能量密度達到720Wh/kg的超高能量密度體型化全固態(tài)鋰金屬電池。
記者調(diào)研了解到，雖然各相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈正在推動固態(tài)電池研發(fā)進入新一輪熱潮，但目前市面上出現(xiàn)可量產(chǎn)應(yīng)用的固態(tài)電池，并不是真正意義上的固態(tài)電池。
業(yè)界根據(jù)液態(tài)電解質(zhì)在電池材料中的質(zhì)量百分比含量，將鋰電池分為液態(tài)電池(25%)、半固態(tài)電池(5%-10%)、準固態(tài)電池(0%-5%)和全固態(tài)電池(0%)。其中，半固態(tài)電池、準固態(tài)電池既有液態(tài)電解質(zhì)又有固態(tài)電解質(zhì)，統(tǒng)稱為混合固液電解質(zhì)，是當(dāng)前國內(nèi)各大固態(tài)電池廠商探索液態(tài)電池向全固態(tài)電池過渡的環(huán)節(jié)。
智己L6固態(tài)電池的合作供應(yīng)方，清陶能源聯(lián)合創(chuàng)始人、總經(jīng)理李崢表示：“嚴格來說，智己L6搭載第一代‘光年固態(tài)電池’屬于半固態(tài)電池，為增強固態(tài)電解質(zhì)的鋰離子導(dǎo)電性，我們在電解質(zhì)中加入了10%的浸潤液。”
鋰電池研究機構(gòu)真鋰研究創(chuàng)始人墨柯接受中國證券報記者采訪時坦言，目前市場普遍將鋰電池中電解液用量減少90%，上下可浮動5%的電池，視為半固態(tài)電池。為降低電解液的用量，廠商可能會在正負極極片或隔膜涂覆陶瓷、勃姆石等材料，提升抗刺穿能力、耐熱、預(yù)防起火等特性，但這并不是真正意義上的固態(tài)電解質(zhì)。
“目前既能實現(xiàn)高能量密度，又能實現(xiàn)車規(guī)級應(yīng)用的半固態(tài)電池，還是非常難的。”“但凡減少電解液的用量，就對外宣稱自己在研發(fā)‘固態(tài)電池’。”固態(tài)電池研究專家劉宇(化名)告訴中國證券報記者，市場上推出新產(chǎn)品時僅簡單強調(diào)固態(tài)電池，有些混淆概念。
“不過，當(dāng)前市場上固態(tài)電池的新進展都反映出電池技術(shù)在升級，尤其是對提升電池安全性能有直接影響的液態(tài)電解質(zhì)(電解液)用量的減少，現(xiàn)有水平會下降90%左右，從技術(shù)角度來講是進步。”墨柯表示，電解液容易燃燒，電解液用量越少，對安全性能越會有大幅提升。
劉宇認為，今年可能會迎來半固態(tài)電池的元年，有幾家固態(tài)電池廠商可以供應(yīng)半固態(tài)電池的產(chǎn)品。但是，目前市場上出現(xiàn)的半固態(tài)電池的性能優(yōu)勢并不明顯，能量密度比理論值偏低一些、成本性能優(yōu)勢并不大，如果能量密度和液態(tài)三元鋰電池持平，成本又居高不下，會影響接受度。
未達到規(guī)?；慨a(chǎn)階段
固態(tài)電池各路研發(fā)進程的高歌猛進，其發(fā)展是否進入了新的階段?業(yè)內(nèi)人士認為，新能源汽車續(xù)航里程和成本是影響需求的關(guān)鍵指標，能量密度成為檢驗續(xù)航里程的試金石。
中郵證券等機構(gòu)的研報顯示，目前，液態(tài)鋰電池能量密度的理論極限在350Wh/kg左右，主流液態(tài)三元電池的能量密度可以做到260Wh/kg-280Wh/kg，其中，能量密度在250Wh/kg左右，對應(yīng)續(xù)航500km—700km，固態(tài)電池能量密度，有望達到500Wh/kg，續(xù)航里程有望翻倍實現(xiàn)1000km以上，解決應(yīng)用中里程焦慮的問題。
劉宇坦言，目前能量密度做到300Wh/kg以上的“固態(tài)電池”，并能夠滿足車規(guī)級應(yīng)用的都在驗證階段，還沒有到量產(chǎn)應(yīng)用階段。智己發(fā)布的智己L6所搭載的“光年固態(tài)電池”，并沒有公布其能量密度。
據(jù)智己L6的固態(tài)電池供應(yīng)商清陶能源消息，清陶能源第一代“固態(tài)電池”裝車試驗數(shù)據(jù)顯示，能量密度達368Wh/kg，測試車輛最大續(xù)航達1083公里。
此外，目前包括蔚來汽車、東風(fēng)汽車等品牌已將半固態(tài)電池進行裝車，但仍處于樣車或小批量驗證階段，并未實現(xiàn)大規(guī)模交付。東風(fēng)汽車已示范運營搭載半固態(tài)電池的E70和嵐圖“追光”車型。
同時，制約“固態(tài)電池”大規(guī)模量產(chǎn)應(yīng)用的關(guān)鍵因素還有成本問題。
有受訪人士表示，目前半固態(tài)電池的成本要比液態(tài)電池高40%-50%，預(yù)計一度電售價應(yīng)該在1200元，按照蔚來汽車ET7搭載的150 kWh(度)電的半固態(tài)電池包售價應(yīng)該在18萬元左右。不過，蔚來聯(lián)合創(chuàng)始人秦力洪曾透露，蔚來150kWh半固態(tài)電池包的生產(chǎn)成本幾乎與一輛蔚來ET5差不多，ET5起售價為29.8萬元。
中國電子科技集團第十八研究所研究員肖成偉表示，按照濕法工藝來制備全固態(tài)電池，目前成本還是比較高的，材料成本1.5—2.5元/Wh。記者了解到，目前液態(tài)三元鋰電池成本是0.6元/Wh。
墨柯認為，如果搭載半固態(tài)電池的車型在交付規(guī)模和生產(chǎn)規(guī)模上持續(xù)上量，也會攤薄整體成本，慢慢由高端品牌去向下滲透。
對于已宣布搭載半固態(tài)電池車型何時能實現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)交付等問題，智己相關(guān)負責(zé)人對中國證券報記者表示，“第一代光年固態(tài)電池將于今年第三季度規(guī)?；慨a(chǎn)交付，預(yù)計會有一個短暫的產(chǎn)能爬坡期，以確保產(chǎn)品的高安全、高品質(zhì)和高一致性。”該負責(zé)人還表示，智己汽車已部署三代“固態(tài)電池”，并有明確的量產(chǎn)應(yīng)用計劃。除了即將上車L6的第一代“固態(tài)電池”外，2025年，智己搭載第二代“固態(tài)電池”的車型上市;2027年，搭載全固態(tài)電池的車型將量產(chǎn)化落地。如果搭載第一代光年“固態(tài)電池”的智己L6能在三季度如期規(guī)?；桓?，將意味著搭載半固態(tài)電池車型真正從實驗室走向批量化量產(chǎn)交付，固態(tài)電池的研發(fā)進程也將進入新階段。
關(guān)鍵技術(shù)仍未突破
中國科學(xué)院院士歐陽明高認為，到2030年左右，全固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化突破的可能性極大。以硫化物固態(tài)電解質(zhì)為代表的新型固態(tài)電解質(zhì)發(fā)展迅猛，推動固態(tài)電池研發(fā)進入了新一輪熱潮。
“全固態(tài)電池要走向量產(chǎn)應(yīng)用，其實要解決的技術(shù)問題還很多。”受訪專家表示。在3月15日的寧德時代業(yè)績解讀會上，寧德時代董事長曾毓群表示，就技術(shù)層面而言，固態(tài)電池仍然面臨固態(tài)離子擴散等很多基本的科學(xué)問題，距離商業(yè)化還很遠。
蜂巢能源高級副總裁張放南認為，全固態(tài)電池并不是絕對的安全，只有在高能量密度的材料體系下，安全性能的指標才能得到進一步提升。功率性能、循環(huán)、材料開發(fā)、電芯制造、系統(tǒng)設(shè)計、回收利用方面均存在較大挑戰(zhàn)，比如材料開發(fā)環(huán)節(jié)中硫化鋰原材料成本過高;高離子電導(dǎo)的硫化物電解質(zhì)在空氣中穩(wěn)定性差，批量一致性差，電解質(zhì)與界面的副反應(yīng)比較多。
“全固態(tài)電池面臨的挑戰(zhàn)主要是來自如何進一步提升固態(tài)電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率、與鋰金屬和高比能電極材料的匹配性，和構(gòu)筑相對穩(wěn)定的固固界面。已經(jīng)發(fā)展的各種提升固態(tài)電解質(zhì)性能的策略取得重要進展，但還需要加大力度推進固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。”中國科學(xué)院院士孫世剛在2024年百人會論壇上表示。
“不光要重視應(yīng)用方面研究，源頭技術(shù)的研究更為重要，我們可以從源頭上設(shè)計更好的電解質(zhì)，做出性能更好的電池。”孫世剛說。
當(dāng)前全球都在競相推進全固態(tài)電池的研發(fā)，其中，全球第一大車企豐田汽車已經(jīng)宣布，公司通過技術(shù)突破，可以將固態(tài)電池的尺寸和成本下降一半，明確在2027年或2028年量產(chǎn)固態(tài)電池，這一突破將使豐田電動汽車續(xù)航里程達到1200公里，是現(xiàn)有車型續(xù)航里程的兩倍多。
值得注意的是，當(dāng)前在固態(tài)電池技術(shù)路線的選擇上，國外企業(yè)以全固態(tài)電池為主，國內(nèi)企業(yè)更多是以固液混合電池、全固態(tài)電池路線并行。
業(yè)內(nèi)專家呼吁，新能源行業(yè)，應(yīng)該聯(lián)合起來進行全固態(tài)電池技術(shù)的攻關(guān)，國外廠商正在全力推進全固態(tài)電池研發(fā)，而不是固液混合電池，從全行業(yè)看，中國既要發(fā)展?jié)u近性的半固態(tài)技術(shù)路線，也要防范激進型全固態(tài)技術(shù)路線帶來的顛覆性風(fēng)險。
歐陽明高表示，力爭在2030年實現(xiàn)全固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化，屆時會使我們的安全性能再上升一個階段。
來源：中國證券報 記者 李嬡嬡
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