隨著中國智能電動車的滲透率邁過40%的分水嶺，汽車行業(yè)的動能轉(zhuǎn)換拐點(diǎn)無限靠近，競爭愈發(fā)激烈、同質(zhì)化愈發(fā)嚴(yán)重的中國新能源車企正在加速尋找差異化立足點(diǎn)。
繼800V、超快充、城市導(dǎo)航輔助駕駛爭先“上車”以后，行業(yè)需要新的故事來提振士氣，作為沒有明顯短板、充電速度快、安全性高、續(xù)航里程長、被視為電池“終極技術(shù)”的固態(tài)電池被推到了臺前。
近日，蔚來宣布150kWh半固態(tài)電池包量產(chǎn)下線；上汽集團(tuán)旗下智己汽車宣布全球首次量產(chǎn)上車“超快充固態(tài)電池”；廣汽集團(tuán)宣布完成大容量全固態(tài)電池電芯研發(fā)，將在2026年率先在旗下新能源品牌昊鉑上量產(chǎn)搭載。
除了車企外，動力電池廠商、科研院所也紛紛下場宣布固態(tài)電池技術(shù)的最新進(jìn)展：中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所先進(jìn)儲能材料與技術(shù)研究團(tuán)隊(duì)宣布解決了制約硫化物全固態(tài)電池疊層工藝的關(guān)鍵痛點(diǎn)和技術(shù)瓶頸；寧德時代近日在互動平臺透露“公司非常重視固態(tài)電池，已經(jīng)進(jìn)行了多年的布局，最近加大了很多投入，在固態(tài)電池領(lǐng)域處于行業(yè)領(lǐng)先地位”……
固態(tài)電池的消息一波接著一波，量產(chǎn)上車、超長續(xù)航、相關(guān)概念股一度出現(xiàn)漲停潮。但固態(tài)電池真的來了嗎？
多位業(yè)內(nèi)人士告訴21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)報(bào)道記者，從嚴(yán)格意義上講，目前市場上搭載的固態(tài)電池多是半固態(tài)電池，仍需要加入傳統(tǒng)的液態(tài)電解質(zhì)，與當(dāng)前常規(guī)液態(tài)鋰離子電池并無本質(zhì)的差異，稱其為半固態(tài)電池或準(zhǔn)固態(tài)電池更加準(zhǔn)確。
需要注意的是，全固態(tài)電池已成為全球動力電池領(lǐng)域競爭的技術(shù)高地，中國、日韓、美國均將其作為下一代電池技術(shù)的制勝點(diǎn)，試圖搶占先機(jī)獲得一定的競爭優(yōu)勢，成為“未來的寧德時代”。
然而，量產(chǎn)固態(tài)電池成本高、難度大，部分基礎(chǔ)技術(shù)、生產(chǎn)工藝等問題仍未解決，短期內(nèi)難以實(shí)現(xiàn)規(guī)?；瘧?yīng)用，行業(yè)普遍認(rèn)為固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化時間集中在2027年～2030年。
“全固態(tài)電池開發(fā)難度巨大，需要在高性能全固態(tài)電解質(zhì)及正負(fù)極材料，創(chuàng)新極片及電芯設(shè)計(jì)，高速連續(xù)化制造工藝及裝備以及系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)等領(lǐng)域開展技術(shù)攻關(guān)?！睆V汽方面人士對21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)報(bào)道記者表示。
顛覆新能源汽車的下一代電池技術(shù)？
事實(shí)上，固態(tài)電池和液態(tài)電池均是鋰電池的分支，差別主要在于電解質(zhì)的使用，分別采用固態(tài)和液態(tài)電解質(zhì)材料，半固態(tài)電池是液態(tài)電池和全固態(tài)電池的折中方案。
與目前行業(yè)普遍搭載的液態(tài)鋰電池相比，固態(tài)電池在能量密度、安全性和工作溫度等方面更具優(yōu)勢，一定程度上可以提高電動車的續(xù)航里程、減少當(dāng)前液態(tài)鋰電池存在的熱失控和電池燃燒等潛在風(fēng)險(xiǎn)。
“為什么要發(fā)展全固態(tài)電池？第一，通過用固態(tài)電解質(zhì)替代有機(jī)電解液，可顯著提高鋰電池的安全性。第二，基于固態(tài)電解質(zhì)的高穩(wěn)定性，有利于兼容更高電壓的正極材料以及更高比容量的含鋰負(fù)極材料，可進(jìn)一步提升鋰電池的能量密度?！敝袊娮涌萍技瘓F(tuán)第十八研究所研究員肖成偉認(rèn)為。
固態(tài)電池的技術(shù)路線主要分為三種：氧化物路線、聚合物路線與硫化物路線。其中聚合物是最早實(shí)現(xiàn)固態(tài)電池裝車測試的技術(shù)路線，柔韌性和界面接觸性良好，與現(xiàn)有鋰電池工藝接近，但其劣勢在于室溫下離子電導(dǎo)率（鋰離子在正負(fù)極之間游動的速度）低，需要加熱到60℃高溫才能正常工作，但超過200℃又會發(fā)生燃燒，很難符合動力電池的安全性要求；氧化物的離子電導(dǎo)率要高于聚合物，但仍不如液態(tài)電解質(zhì)，且還原穩(wěn)定性略低，正負(fù)極固固界面接觸差；硫化物電解質(zhì)離子電導(dǎo)率高，延展性較好，但化學(xué)穩(wěn)定性差，機(jī)械性能差，規(guī)?；慨a(chǎn)難度較高。
目前日韓企業(yè)如豐田、三星SDI則押注硫化物，歐洲企業(yè)側(cè)重聚合物路線，國內(nèi)電池企業(yè)如清陶能源、北京衛(wèi)藍(lán)、贛鋒鋰電、重慶太藍(lán)等普遍選擇氧化物路線。
紛至沓來的量產(chǎn)上車和落地應(yīng)用讓2023年火爆一時的固態(tài)電池概念再次掀起風(fēng)暴。
去年6月，衛(wèi)藍(lán)新能源宣布將360Wh/kg鋰電池電芯正式交付蔚來汽車；去年底，蔚來創(chuàng)始人李斌直播實(shí)測了150kWh（即150度電）電池包行駛距離達(dá)1044公里；今年4月，率先搭載行業(yè)首個量產(chǎn)上車的“超快充固態(tài)電池1.0”的智己L6發(fā)布，智己方面稱其將“突破1000公里超長續(xù)航”；太藍(lán)新能源宣布在“車規(guī)級全固態(tài)鋰電池”研發(fā)方面取得重大進(jìn)展，制備出實(shí)測能量密度達(dá)到720Wh/kg的超高能量密度體型化全固態(tài)鋰金屬電池；4月9日，廣汽集團(tuán)官宣實(shí)現(xiàn)了全固態(tài)電池能量密度達(dá)到400Wh/kg以上，較當(dāng)前量產(chǎn)的液態(tài)鋰離子電池體積能量密度提升52%以上，實(shí)現(xiàn)超1000公里續(xù)航。
根據(jù)研究機(jī)構(gòu)GGII預(yù)測，2024年將是固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個重要節(jié)點(diǎn)，年內(nèi)有望實(shí)現(xiàn)（半）固態(tài)電池的大規(guī)模裝載應(yīng)用，預(yù)計(jì)全年裝機(jī)總量將歷史性突破5GWh大關(guān)。
“固態(tài)電池的安全性好，能量密度高，是電動交通下一代動力電池發(fā)展的重要方向。但大多數(shù)固態(tài)電解質(zhì)中的離子擴(kuò)散速率與液態(tài)電解質(zhì)存在數(shù)量級差異、固固界面難以始終保持良好接觸、與鋰金屬和高比能電極材料的匹配性等問題需要解決。”有業(yè)內(nèi)人士告訴21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)報(bào)道記者，此外也需要大力度推進(jìn)固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，除了應(yīng)用層面，在源頭的技術(shù)研究更重要，可以從源頭上設(shè)計(jì)更好的電解質(zhì)，做出性能更好的電池。
技術(shù)、成本掣肘，產(chǎn)業(yè)化前路漫漫
值得一提的是，近期關(guān)于固態(tài)電池上車究竟是創(chuàng)新還是噱頭在業(yè)內(nèi)引起熱議。
智己L6上市前將“搭載行業(yè)首個量產(chǎn)上車的超快充固態(tài)電池”作為重要宣傳點(diǎn)，騰勢汽車總經(jīng)理趙長江在社交媒體發(fā)文稱“這個時候宣傳半固態(tài)車用電池的就是在玩文字游戲”，隨后這一發(fā)言被刪除。
業(yè)內(nèi)認(rèn)為，智己L6搭載的固態(tài)電池采用固態(tài)電解質(zhì)替代了部分液態(tài)電解質(zhì)，提高能量密度進(jìn)而提高續(xù)航里程，從嚴(yán)格意義上講是半固態(tài)電池，全固態(tài)電池不該再使用電解液。
這也得到了清陶能源總經(jīng)理李崢的印證（智己L6搭載的固態(tài)電池由上汽集團(tuán)投資的清陶能源供應(yīng)），他于近日表示，清陶能源的固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化分為三步：第一代半固態(tài)電池在智己汽車上裝車量產(chǎn)；2025年會開發(fā)第二代固態(tài)電池；最終實(shí)現(xiàn)的第三代固態(tài)電池才是全固態(tài)電池。
“目前中國新能源汽車產(chǎn)業(yè)內(nèi)卷嚴(yán)重，各車企宣布固態(tài)類電池上車、智能駕駛上車等，甚至進(jìn)行高管實(shí)測，一方面是電池等零部件的先進(jìn)技術(shù)有所進(jìn)展，另一方面則是為了吸引投資人或消費(fèi)者而給出的自選動作?！?月15日，車夫咨詢合伙人曹廣平在接受21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)報(bào)道記者采訪時表示。
曹廣平認(rèn)為，以固態(tài)類電池來說，各家的技術(shù)路線、供應(yīng)商以及樣品水平并不相同。但總體而言，問題存在于固態(tài)類電池的界面阻抗、量產(chǎn)工藝、樣品壽命、能量密度指標(biāo)以及價格等方面，發(fā)展程度有所不同，有的還需要逐漸完善。
除了基礎(chǔ)技術(shù)、制造工藝、鋰枝晶抑制、固固界面問題等技術(shù)難點(diǎn)之外，固態(tài)電池落地的另一個核心挑戰(zhàn)是成本高企帶來的量產(chǎn)困難，短期內(nèi)難以實(shí)現(xiàn)規(guī)模化應(yīng)用。
即便是更快量產(chǎn)、被視為由液態(tài)鋰電池向全固態(tài)電池轉(zhuǎn)型的過渡的半固態(tài)電池成本也居高不下。蔚來汽車總裁秦力洪曾在ET7半固態(tài)電池測試時表示，150kWh的固態(tài)電池包的成本接近一輛蔚來ET5，即超過29萬元。此外，極氪009搭載的首款麒麟電池包也是半固態(tài)電池，據(jù)悉其電池包價格也“比一輛車還貴”。
“固態(tài)電池目前雖然有樣品概念的電池，但是真要走向產(chǎn)業(yè)化，成本還是相當(dāng)大，固態(tài)電解質(zhì)的穩(wěn)定性、表界面的相互作用和系統(tǒng)的集成等方面都有很多挑戰(zhàn)?！敝袊茖W(xué)院院士陳軍認(rèn)為。
廣汽埃安電池研發(fā)部負(fù)責(zé)人李進(jìn)表示，雖然其全固態(tài)電池步入從實(shí)驗(yàn)室里走向量產(chǎn)的階段，但仍需2年時間才能上車，即2026年才能完成全固態(tài)電池開發(fā)，并率先搭載于昊鉑車型。
也有觀點(diǎn)認(rèn)為，固態(tài)電池在汽車上率先應(yīng)用的場景可能在混合動力車型，突破1%替代率的機(jī)會就在混動車上。
盡管大規(guī)模量產(chǎn)全固態(tài)電池現(xiàn)在看來仍前路漫漫，但在競爭愈發(fā)激烈的當(dāng)下，車企需要新的故事來提振士氣以及支撐消費(fèi)者對品牌的信心。
廣汽研究院人士告訴21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)報(bào)道記者，借助AI及高通量計(jì)算等先進(jìn)技術(shù)，可加快全固態(tài)電池的研發(fā)進(jìn)度，加速商業(yè)化進(jìn)程。
行業(yè)將固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化時間普遍定在了2027年～2030年，目前全球不少車企對于固態(tài)電池“上車”有了較為明確的時間表。
大眾表示正在積極研發(fā)全固態(tài)電池技術(shù)，目標(biāo)是2025年前實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)；寶馬承諾在2025年前，推出搭載全固態(tài)電池的電動汽車原型車，并在2030年前量產(chǎn)；豐田宣布在2027年至2028年實(shí)現(xiàn)“全固態(tài)電池”的量產(chǎn)實(shí)用化，但初期產(chǎn)能不會很高；日產(chǎn)方面稱其全固態(tài)電池技術(shù)可能讓日產(chǎn)的下一代電動汽車實(shí)現(xiàn)質(zhì)的飛躍，具有“幾乎是現(xiàn)有電池兩倍的能量密度”，并且具有更快的充電性能和更低的成本。
在肖成偉看來，理想情形下，2027年全固態(tài)電池做到能量密度400Wh/kg、1000次的循環(huán)，2C的倍率性能，實(shí)現(xiàn)百輛到千輛車級別的示范運(yùn)營；2030年實(shí)現(xiàn)全固態(tài)電池和搭載車輛的小規(guī)模量產(chǎn)；2035年左右實(shí)現(xiàn)全固態(tài)電池大規(guī)模量產(chǎn)，并實(shí)現(xiàn)普遍使用。
曹廣平告訴21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)報(bào)道記者，對固態(tài)類電池技術(shù)或資源的布局，要堅(jiān)持投技術(shù)，測試看效果，發(fā)展看趨勢?！澳壳爸笜?biāo)好的產(chǎn)品，趨勢不一定好；目前指標(biāo)差的產(chǎn)品，趨勢也不一定錯，所以要綜合各方面情況，做2~3種的子技術(shù)路線的參與，是相對比較合理的。比如目前國內(nèi)硫化物的技術(shù)路線開始有所抬頭，就要緊跟測試，深度分析，評估結(jié)果。既不能失去機(jī)會，又要多方把握?！?/p>
