固態(tài)電池又火了！企業(yè)動(dòng)作不斷，但規(guī)?；瘧?yīng)用要等到2030年

每經(jīng)記者 孫磊    每經(jīng)編輯 裴健如

近期，固態(tài)電池?zé)岫瘸掷m(xù)。

繼智己汽車宣布量產(chǎn)上車“超快充固態(tài)電池”后，廣汽集團(tuán)在2024年廣汽科技日上也公布了其全固態(tài)電池在容量、能量密度、安全性和制造技術(shù)上的階段性成果。

廣汽研究院人工智能首席科學(xué)家、X Lab自動(dòng)駕駛實(shí)驗(yàn)室主任陳學(xué)文介紹稱，得益于第三代海綿硅負(fù)極和高面容量固態(tài)正極技術(shù)，廣汽集團(tuán)全固態(tài)電池的能量密度實(shí)現(xiàn)了400Wh/kg以上，計(jì)劃于2026年“上車”，首先搭載于昊鉑車型。

在此之前，據(jù)中國(guó)科學(xué)院青島能源所消息，近期，其先進(jìn)儲(chǔ)能材料與技術(shù)研究組解決了硫化物全固態(tài)電池疊層工藝的行業(yè)痛點(diǎn)及瓶頸問(wèn)題，打通了硫化物全固態(tài)電池的大型車載電池制作工藝的最后一道難關(guān)，在硫化物軟包電池疊片技術(shù)上取得關(guān)鍵性突破。

對(duì)固態(tài)電池近期熱度的居高不下，有觀點(diǎn)認(rèn)為，陷入同質(zhì)化競(jìng)爭(zhēng)的中國(guó)新能源汽車廠商，迫切需要為車型尋找差異化亮點(diǎn)。當(dāng)800V和超快充逐漸滲透為行業(yè)20萬(wàn)元以上車型的標(biāo)配方案時(shí)，固態(tài)電池成了部分企業(yè)為消費(fèi)者和資本市場(chǎng)講述最新產(chǎn)品故事的窗口。

據(jù)東方財(cái)富數(shù)據(jù)，截至4月15日收盤，固態(tài)電池板塊指數(shù)（BK0968）當(dāng)日下跌4.22%。

由半固態(tài)向全固態(tài)演進(jìn)

據(jù)了解，與傳統(tǒng)液態(tài)電池相比，固態(tài)電池使用固態(tài)電解質(zhì)來(lái)替代液態(tài)電解質(zhì)。進(jìn)一步細(xì)分，固態(tài)電池還包括半固態(tài)和全固態(tài)等多種類型，這些主要根據(jù)電解液的含量來(lái)區(qū)分。此外，還存在一種凝膠態(tài)的電池，因?yàn)殡娊赓|(zhì)不流動(dòng)，在某種程度上可以被視為類固態(tài)電池。

就目前來(lái)看，半固態(tài)電池正逐步裝車商用，向商業(yè)化邁進(jìn)。4月8日晚，智己汽車舉行發(fā)布會(huì)，其推出的電動(dòng)汽車智己L6搭載了準(zhǔn)900V超快充“光年”固態(tài)電池。不過(guò)，蓋世汽車研究院高級(jí)總監(jiān)王顯斌告訴《每日經(jīng)濟(jì)新聞》記者，該車搭載的電池為半固態(tài)電池。

圖片來(lái)源：智己汽車發(fā)布會(huì)截圖

與全固態(tài)電池不同，半固態(tài)電池為部分添加了液態(tài)電解液的電池，是通往全固態(tài)電池路上的“折中方案”。“目前市場(chǎng)普遍將鋰電池中電解液用量減少90%、上下可浮動(dòng)5%的電池，視為半固態(tài)電池。”鋰電池研究機(jī)構(gòu)真鋰研究創(chuàng)始人墨柯向記者表示。

值得一提的是，清陶能源是此次智己L6的動(dòng)力電池供應(yīng)商。據(jù)清陶能源聯(lián)合創(chuàng)始人、總經(jīng)理李崢介紹，與此前一些半固態(tài)電池采用“果凍”電解質(zhì)的技術(shù)不同，此次智己與清陶推出的電池采用了“高離子電導(dǎo)率、耐高溫固態(tài)電解質(zhì)”以及“干法固態(tài)電解質(zhì)層一體成型”技術(shù)。

據(jù)了解，清陶能源此次使用的新技術(shù)不僅使得電芯整體內(nèi)阻大幅下降，也使得電池具備超快充能力。“半固態(tài)電池，其實(shí)還是有一些電解液的，它可以通過(guò)一些材料的包裹，實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)能力。正極和負(fù)極材料的電子在不斷流動(dòng)，能夠?qū)崿F(xiàn)更好的充電數(shù)據(jù)。”王顯斌說(shuō)。

光大證券發(fā)布研報(bào)稱，上汽集團(tuán)與清陶能源共同研發(fā)的第一代固態(tài)電池已開(kāi)始排產(chǎn)。半固態(tài)路線對(duì)于現(xiàn)有液態(tài)鋰離子電池體系更迭小，被視為全固態(tài)的過(guò)渡路線，半固態(tài)電池供應(yīng)鏈與現(xiàn)有供應(yīng)鏈的重合度高，對(duì)產(chǎn)業(yè)鏈沖擊有限。

李崢也坦言，清陶能源的固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化分為三步：第一代固態(tài)電池，即在智己汽車上裝車量產(chǎn)的電池，也被稱為半固態(tài)電池；2025年會(huì)開(kāi)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，也就是全固態(tài)電池。

主要優(yōu)勢(shì)在于提升安全性與續(xù)航里程

公開(kāi)資料顯示，固態(tài)電池與目前主流的傳統(tǒng)鋰離子電池最大的不同在于電解質(zhì)。固態(tài)電池是使用固體電解質(zhì)，替代了傳統(tǒng)鋰離子電池的電解液和隔膜，這種做法降低了熱失控風(fēng)險(xiǎn)，電池安全性進(jìn)一步提高。

據(jù)了解，固態(tài)電池電解質(zhì)的厚度和優(yōu)越的機(jī)械性能，可以有效抵抗鋰枝晶造成的穿刺現(xiàn)象。同時(shí)，固態(tài)電池還不易燃，不易揮發(fā)，即使短路，也可以防止熱失控造成的起火。此外，固態(tài)電解質(zhì)電化學(xué)窗口普遍較高，不易被正負(fù)極氧化還原，防止脹氣鼓包風(fēng)險(xiǎn)。

“半固態(tài)電池和固態(tài)電池帶來(lái)的一個(gè)很大影響，在于解決動(dòng)力電池的安全問(wèn)題。因?yàn)閭鹘y(tǒng)電池隔膜被刺穿，會(huì)出現(xiàn)熱失控。而固態(tài)電池基本上沒(méi)有液體（電解液），可能就相對(duì)能夠解決這種（安全）問(wèn)題。”王顯斌告訴記者。

同時(shí)，固態(tài)電池電化學(xué)窗口可達(dá)5V以上，高于液態(tài)鋰電池（4.2V），允許匹配高能正極和金屬鋰負(fù)極，大幅提升了理論能量密度；固態(tài)電池可簡(jiǎn)化封裝、冷卻系統(tǒng)，在有限空間進(jìn)一步縮減電池重量，體積能量密度較液態(tài)鋰電池（石墨負(fù)極）提升70%以上。

以廣汽集團(tuán)發(fā)布的固態(tài)電池為例，廣汽埃安電池研發(fā)部負(fù)責(zé)人李進(jìn)表示，廣汽集團(tuán)憑借第三代海綿硅負(fù)極技術(shù)和高面容量固態(tài)正極技術(shù)，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，質(zhì)量能量密度提升50%以上，實(shí)現(xiàn)超1000公里續(xù)航。

圖片來(lái)源：廣汽集團(tuán)微信公眾號(hào)

華金證券電力設(shè)備與新能源首席分析師張文臣也表示，固態(tài)電池使用的固態(tài)電解質(zhì)，具有較高的化學(xué)穩(wěn)定性，繞開(kāi)了液態(tài)電解質(zhì)的濃度梯度問(wèn)題，同時(shí)對(duì)鋰金屬負(fù)極的鋰枝晶的形成及硅的膨脹起抑制作用，其較高的電化學(xué)平臺(tái)對(duì)富鋰錳基等新型正極材料的應(yīng)用提供了理論使用可行性。

“固態(tài)電池有望打破當(dāng)前動(dòng)力電池的技術(shù)局限，全固態(tài)電池可以在實(shí)現(xiàn)超高能量密度的同時(shí)，大幅改善電芯的本質(zhì)安全性，同時(shí)實(shí)現(xiàn)更寬的使用溫域。”李進(jìn)稱。

預(yù)計(jì)2030年能夠?qū)崿F(xiàn)規(guī)?；瘧?yīng)用

業(yè)內(nèi)分析認(rèn)為，作為下一代高性能鋰電池，固態(tài)電池行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模有望迎來(lái)快速增長(zhǎng)。據(jù)方正證券測(cè)算，目前國(guó)產(chǎn)新能源車企已實(shí)現(xiàn)半固態(tài)電池裝車，預(yù)計(jì)2026年至2030年為全固態(tài)電池放量窗口期。2027年和2030年，固態(tài)電池需求量或分別超100GWh、460GWh。

但需要注意的是，固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)鏈尚未成熟，目前固態(tài)電池仍處于初步應(yīng)用階段，面臨著大規(guī)模量產(chǎn)及商業(yè)化的難題。“固態(tài)電池當(dāng)前面臨的挑戰(zhàn)有很多，其中一個(gè)就是成本比較高，而成本比較高的核心在于其供應(yīng)鏈不（?。┤?rdquo;王顯斌告訴記者。

“此外，就現(xiàn)在主流來(lái)看，大家認(rèn)為終極的技術(shù)路線是硫化物的固態(tài)電池，但其實(shí)往這個(gè)方向去發(fā)展的話，目前工藝方面還存在挑戰(zhàn)，同時(shí)超高壓使用這方面也存在挑戰(zhàn)。”王顯斌進(jìn)一步解釋稱，在硫化物技術(shù)路線下，固態(tài)電池的界面反應(yīng)也需要克服一些困難。

寧德時(shí)代在2023年度業(yè)績(jī)說(shuō)明會(huì)上也表示：“固態(tài)電池有三條技術(shù)路線：氧化物、硫化物及聚合物路線。目前還有很多基本的問(wèn)題待解決，如大多數(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(jí)差異、固固界面難以始終保持良好接觸等，在突破這些科技問(wèn)題后，還會(huì)遇到產(chǎn)業(yè)化的問(wèn)題。”

圖片來(lái)源：每日經(jīng)濟(jì)新聞 資料圖

“固態(tài)電池面臨的挑戰(zhàn)，主要是如何進(jìn)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(duì)穩(wěn)定的固固界面。”中國(guó)科學(xué)院院士孫世剛在2024年百人會(huì)論壇上也表達(dá)了類似的觀點(diǎn)。

對(duì)于固態(tài)電池當(dāng)前的電導(dǎo)方面的問(wèn)題，孫世剛提出的解決辦法是，“用表面化學(xué)方式來(lái)提升固態(tài)電解質(zhì)的性能，通過(guò)調(diào)控鋰的遷移能壘提高性能。例如，對(duì)于硫化物來(lái)說(shuō)，通過(guò)元素取代，用其他離子到晶格位點(diǎn)，提升材料的周期循環(huán)和穩(wěn)定性。另外，通過(guò)界面調(diào)控，提升快速充放電能力”。

王顯斌認(rèn)為：“短期來(lái)講，全固態(tài)電池應(yīng)該是很難（產(chǎn)業(yè)化）的，到2030年可能會(huì)有希望實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)在還是從液態(tài)到半固態(tài)，到凝膠態(tài)，最后再到全固態(tài)的發(fā)展趨勢(shì)。”

中國(guó)化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)方面也表示，全固態(tài)電池與半固態(tài)電池、液態(tài)電池是不同的概念，全固態(tài)電池在車輛上實(shí)現(xiàn)規(guī)?；瘧?yīng)用，要等到2030年左右。