中國儲能網(wǎng)訊：固態(tài)電池領域出現(xiàn)了實質(zhì)性進展。繼在廣州車展上宣布將于2026年實現(xiàn)搭載全固態(tài)電池的汽車全面量產(chǎn)并首發(fā)昊鉑后，11月21日，廣汽埃安宣布，已經(jīng)取得了全固態(tài)電池重要的技術突破；同樣是在廣州車展上，長安汽車提出，計劃到2030年，將推出液態(tài)、半固態(tài)、固態(tài)等8款自研電芯，形成不低于150GWh的電池產(chǎn)能；作為最先開展固態(tài)電池研發(fā)的企業(yè)，豐田則將全固態(tài)電池的推測量產(chǎn)時間從此前的2027年推遲到了2030年以后。
雖然業(yè)界目前普遍認為，全固態(tài)電池的量產(chǎn)時間或在2030年左右，但中國化學與物理電源行業(yè)協(xié)會秘書長劉彥龍在接受本報采訪時直言，當下，距真正意義上的全固態(tài)電池量產(chǎn)還有一定的距離，尤其是“上車”之后，在同樣的成本體系下，性能、安全性、能量密度是否有明顯的提升，是否具備性價比優(yōu)勢等問題，還要經(jīng)過市場的檢驗。
車企陸續(xù)公布裝車進展
掀起最近這一波固態(tài)電池熱潮的是整車企業(yè)。
近日，廣汽集團總經(jīng)理馮興亞表示，廣汽集團已將固態(tài)電池、無鈷電池、低鈷電池、鈉離子電池等列入關鍵技術攻關。其中，固態(tài)電池已經(jīng)取得突破性進展，在電芯能量密度達到400wh/kg時，能夠滿足電池在極端環(huán)境下的安全性與可靠性要求，計劃在2026年實現(xiàn)裝車搭載。
廣汽埃安近期公布的固態(tài)電池界面改性技術試驗驗證結果表明，該技術將使固態(tài)電池的壽命衰減降低50％，150周循環(huán)后，電池容量能夠保持在90％以上。廣汽埃安實驗室通過固態(tài)電解質(zhì)成分特殊設計，在負極表面誘導形成界面緩沖層，可有效降低界面阻抗，同時提升界面穩(wěn)定性。
廣汽埃安還表示，實驗室還在加速開發(fā)新型固態(tài)電解質(zhì)、固固界面改性等相關技術，以進一步優(yōu)化固態(tài)電池的綜合性能。除了在汽車產(chǎn)業(yè)的應用外，固態(tài)電池的性能和重量的跨越性提升也將為無人機產(chǎn)業(yè)、機器人產(chǎn)業(yè)、機械外骨骼、醫(yī)療科技等對電池有高度輕量化要求的領域帶來重大突破。
而按照長安汽車在廣州車展上公布的電池系統(tǒng)技術領域規(guī)劃，長安汽車將深耕半固態(tài)、固態(tài)電池，推進全新電解質(zhì)材料開發(fā)、關鍵工藝開發(fā)，計劃不晚于2027年推動重量能量密度達到350～500Wh/kg、體積能量密度750～1000Wh/L，并逐步量產(chǎn)應用，2030年實現(xiàn)全面普及，徹底解決用戶里程焦慮。
相較之下，跑在最前面的豐田也發(fā)布了下一代電池技術路線，據(jù)悉，豐田首先將從2026年開始引入高性能鋰離子電池，將使得車輛行駛里程提高到800公里以上。成本比當前車型降低20％?？焖俪潆姇r間（電量從10％～80％）為20分鐘或更短。據(jù)稱，豐田研發(fā)的采用固態(tài)電解質(zhì)的全固態(tài)電池具備更快的充電速度和更小體積?？斐鋾r間為10分鐘或更短，豐田已在開發(fā)更高規(guī)格的全固態(tài)電池，目標是與高性能鋰離子電池相比，續(xù)駛里程提高50％。
豐田汽車社長佐藤恒治提出，計劃在2027財年開始運營一座大型固體電解質(zhì)試點工廠，年產(chǎn)能將達到數(shù)百噸，并逐步推向市場。2030年之后，公司的全固態(tài)電池將達到大規(guī)模生產(chǎn)階段，以提供給數(shù)萬輛汽車。
10月，日產(chǎn)汽車研究部門副總裁土井和弘在東京車展現(xiàn)場介紹了全固態(tài)電池的電池技術，該技術可以讓電動汽車的電池具有“幾乎是現(xiàn)有電池兩倍的能量密度”，并將充電時間縮短到傳統(tǒng)電池的三分之一，還可以在室溫到100℃的范圍內(nèi)正常工作，不需要專門的冷卻系統(tǒng)。根據(jù)規(guī)劃，日產(chǎn)第一座試驗性生產(chǎn)工廠仍然計劃于明年開始運營，而首款采用固態(tài)電池技術的量產(chǎn)車型預計于2028年推出。
中日美韓展開競賽
一直以來，由于具有超高能量密度、耐高溫抗穿刺的超高安全性以及寬溫域工作窗口等眾多優(yōu)點，固態(tài)電池都被稱為是最具潛力的“下一代動力電池”，有望成為動力電池終極解決方案。因此，中日韓美都在這一領域開展“軍備競賽”。
三星SDI副總裁Michael Son近日指出：“全固態(tài)電池在材料和工藝方法上與傳統(tǒng)電池不同，這為電池制造商帶來了許多挑戰(zhàn)。”他透露，公司計劃在2027年前開始大規(guī)模生產(chǎn)全固態(tài)電池，并已經(jīng)與多家汽車制造商就生產(chǎn)問題進行了討論。SK集團的SK On也在進行突破性的全固態(tài)電池研究，該公司正開發(fā)兩種類型的全固態(tài)電池，其高能量密度和更快的充電時間將極大地提高電動汽車的續(xù)駛能力。
美國也不甘落后，美國全固態(tài)電池企業(yè)Solid Power于11月15日表示，公司已生產(chǎn)出首批固態(tài)電池A樣品，并將其交付給寶馬汽車，后者計劃于2025年前推出基于Solid Power技術的第一輛原型車。再加上Quantum Scape及時更新了其固態(tài)電池測試數(shù)據(jù)；Factorial Energy宣布其在波士頓郊區(qū)的采用聚合物電解質(zhì)的固態(tài)電池制造工廠正式運營，一時間，硝煙四起，蔓延全球。
“固態(tài)電池的競爭呈現(xiàn)出全球角力的態(tài)勢，日韓、歐美、中國等均在積極布局以期望搶占先機?！睒I(yè)內(nèi)人士提出，盡管當前我國動力電池產(chǎn)業(yè)處于全球領先地位，但在全固態(tài)領域等迭代技術上與日韓企業(yè)還存在差距。例如全固態(tài)電池的專利數(shù)量對比中，豐田就以1300余件位列全球第一，前十名也都是日韓企業(yè)。中國企業(yè)仍然“雄心勃勃”，僅輝能科技、衛(wèi)藍新能源、贛鋒鋰業(yè)、清陶能源、太藍新能源等5家企業(yè)，固態(tài)電池產(chǎn)能的規(guī)劃就總共達到了256.2GWh。
“我們要‘吃著碗里看著鍋里’，給予固態(tài)電池足夠的重視?！敝袊妱悠嚢偃藭崩硎麻L董揚認為，日本在研發(fā)和專利方面的優(yōu)勢，不一定意味著日本在固態(tài)電池領域的勝勢。一方面，我國目前固態(tài)動力電池研究并不落后，在世界科學期刊發(fā)表文章數(shù)已居世界第一；另一方面，日本雖然在研發(fā)方面處于強勢，但中國有全球最大的新能源汽車市場，未來在固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)化方面有望實現(xiàn)反超。
最大挑戰(zhàn)是成本
與傳統(tǒng)電池相比，全固態(tài)電池優(yōu)勢明顯。首先，全固態(tài)電池更小、更輕。其次，全固態(tài)電池能夠提供比傳統(tǒng)鋰離子電池高2.5倍的能量密度，可使設備長時間工作而不用頻繁充電。
此外，全固態(tài)電池充電時間更短，充電速度比目前的電池快4至6倍，且續(xù)駛里程更長——充電不到10分鐘便可驅(qū)動汽車持續(xù)行駛1200公里，續(xù)駛里程是現(xiàn)有電動汽車的2.4倍。最讓人“心動”的是，由于采用不含任何易燃成分的固體電解質(zhì)，全固態(tài)電池完全沒有起火風險，因此更加安全，壽命也更長。全固態(tài)電池還具有出色的熱穩(wěn)定性，能夠承受較低或較高的溫度，在低溫環(huán)境中儲電能力強，使其在寒冷的冬日或長途旅行中獨具優(yōu)勢。
但遺憾的是，全固態(tài)電池技術還處于研發(fā)階段，目前面臨的問題包括成本高、技術成熟度低、產(chǎn)能不足等，尤其是豐田早在2011年就宣布將在2015～2020年期間推出固態(tài)電池，可到今天還沒有看到量產(chǎn)固態(tài)電池搭載在汽車上。
“汽車行業(yè)對動力電池一致性、安全性、穩(wěn)定性、成本控制等各方面要求都很高，任何一項新技術導入到車輛上，需要極其嚴謹?shù)尿炞C過程?！鼻逄漳茉纯偨?jīng)理李崢此前曾表示，本質(zhì)上說，固態(tài)電池一定是向著更高安全性和更高能量密度發(fā)展，因此更要考慮包括能量密度是否有優(yōu)勢、安全裝車的可行性、產(chǎn)品有沒有競爭力、成本經(jīng)濟性可不可控等方面的問題。只有具備這些條件，固態(tài)電池才會有競爭優(yōu)勢。
“最大的挑戰(zhàn)在于成本?！毖芯繖C構報告指出，由于電解質(zhì)材料變化、少部分工藝改變、量產(chǎn)質(zhì)量控制經(jīng)驗不足等因素，導致目前混合固液電池成本仍較高。根據(jù)產(chǎn)業(yè)調(diào)研和測算，以NCM811液態(tài)電芯和NCM811混合固液電芯為例，混合固液電芯成本相比液態(tài)電芯成本增加約80％，其中固態(tài)電解質(zhì)成本是主要新增成本，也是混合固液電池中的主要成本中心，占比約達50％；少部分工藝改動、量產(chǎn)質(zhì)量控制經(jīng)驗不足、尚未進入大規(guī)模量產(chǎn)等因素也導致混合固液電池成本增高。而全固態(tài)電池成本相比混合固液電池會進一步增加，一方面，由于固態(tài)電解質(zhì)用量的增加，另一方面，由于全固態(tài)電池工藝與液態(tài)電池相比變化較大，新增設備折舊攤銷、產(chǎn)品質(zhì)量控制能力缺乏、工程驗證周期長等因素也會加大成本。
2025～2030年是窗口期
中國工程院外籍院士孫學良表示，未來10年，將是全固態(tài)電池研發(fā)的關鍵機遇期，全固態(tài)電池規(guī)?；慨a(chǎn)和應用，窗口期在2025～2030年間。
事實上，這也是業(yè)內(nèi)的普遍看法。中國科學院院士歐陽明高在第八屆動力電池應用國際峰會上也表達了相同的觀點：“自2000年起，鋰離子電池開始在動力方面應用，預計到2030年將會有一次全方位的技術革新?！睔W陽明高認為，2000年開始的第一個10年，主要是解決鋰離子電池動力化的安全問題，現(xiàn)在還在繼續(xù)解決；2010年起的第二個10年，隨著動力電池產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷增大，提質(zhì)增效需求推動了動力電池全產(chǎn)業(yè)鏈的技術革新、數(shù)字化轉型；而第三個10年，電池超高比能量的需求催生新材料的換代，也就是以固態(tài)電解質(zhì)研發(fā)為核心的全固態(tài)電池技術。
“動力電池的最終目標，是要做到本質(zhì)安全，這要通過全固態(tài)電池的開發(fā)來實現(xiàn)?！睔W陽明高表示，“目前安全電池已經(jīng)做到了產(chǎn)業(yè)化，為動力電池和儲能電池提供了新方法。我們正在開發(fā)下一代智能電池，將安全技術、智能技術全部結合起來，預計在2025年左右產(chǎn)業(yè)化。全固態(tài)電池也在研發(fā)之中，預計在2027～2030年間可以規(guī)模產(chǎn)業(yè)化?！彼麖娬{(diào)，全固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化后，也需要30年才能被替代。
華創(chuàng)證券研報稱，國內(nèi)半固態(tài)電池已率先產(chǎn)業(yè)化，并裝車量產(chǎn)加速驗證，但全固態(tài)電池的大規(guī)模裝車仍需時日。相較之下，電子消費領域已經(jīng)有所突破。例如聚合物固態(tài)電池，又被成為鋰聚合物電池，從2007年的第一代iPhone開始，蘋果發(fā)布的iPhone、iPad就被廣泛使用，大疆多款無人機也搭載了鋰聚合物電池；而氧化物、硫化物體系則有望在近期取得突破，2023年3月，小米發(fā)布了預研的固態(tài)電池技術，采用的是正極涂覆氧化物電解質(zhì)，適配鋰金屬負極。2023年5月，韓媒報道稱，三星SDI在加大動力電池研發(fā)的同時，也計劃將開發(fā)的硫化物固態(tài)電池應用在智能手機等移動設備上。
還有其他選項嗎
當然，也并非所有的人都對固態(tài)電池抱持看好的態(tài)度。例如在中國科學院電工研究所儲能技術研究組組長陳永翀看來，按照目前的產(chǎn)業(yè)應用情況，液態(tài)電解質(zhì)應用于新能源汽車的安全性問題實際已經(jīng)基本解決了（70分），當然我們希望安全水平能夠提升到85分至95分之間的水平，但這可以通過其他技術進步方式解決，而不一定要通過固態(tài)電解質(zhì)解決。韓國咨詢機構SNE research也表示，到2030年，液態(tài)鋰離子電池在動力電池的市場仍將占據(jù)絕對優(yōu)勢，即使全固態(tài)電池成功批量生產(chǎn)，由于成本問題很難解決，市場滲透率也會非常低，達到4％左右。
寧德時代首席科學家吳凱更是直言：“全固態(tài)電池目前還有些核心問題亟待解決。如果豐田說現(xiàn)在能量產(chǎn)全固態(tài)電池，我表示懷疑。目前全行業(yè)誰都不具備量產(chǎn)全固態(tài)電池的能力。至于到2027年能否量產(chǎn)，作為技術人員，我也很難說得準確。”對于豐田提出的成本減半目標，吳凱認為，電池成本減半其實很難做到，即使固態(tài)電池完全不需要電解液和隔膜，成本也降不了一半。
行業(yè)專家直言，全固態(tài)電池的優(yōu)點之一是超長的續(xù)駛里程，但近年來由于電池技術日新月異，目前市場上在售的純電動汽車續(xù)駛里程在500公里左右的比比皆是，甚至部分車型向著1000公里續(xù)駛里程邁進，例如極氪推出了極氪001千里續(xù)航版，奔馳純電EQS在CLTC工況下的續(xù)駛里程也超過800公里，更不用說插電式混合動力汽車和增程式電動汽車也在同時“搶占”市場。另一方面，電池技術還在飛速發(fā)展中，例如寧德時代的麒麟電池、神行超充電池等都可能對全固態(tài)電池構成競爭壓力，特別是寧德時代近期公布的凝聚態(tài)電池，其車規(guī)級應用版本有望在今年年內(nèi)具備量產(chǎn)能力。
據(jù)寧德時代介紹，凝聚態(tài)電池不是半固態(tài)電池，更不是過渡產(chǎn)品。主要優(yōu)點之一是高能量密度，其單體能量密度高達500Wh/kg，相當于松下2170圓柱電池的近兩倍，刀片電池的近3倍；優(yōu)點之二就是安全，相比液態(tài)電解質(zhì)，凝聚態(tài)電解質(zhì)不易燃、零揮發(fā)，顯著提升了電池的熱穩(wěn)定性，做到了高比能的情況下還具備高安全性。另外，該產(chǎn)品還具備優(yōu)秀的充放電性能。
此外值得一提的是，進入2023年，鈉離子電池產(chǎn)業(yè)化明顯提速，由于成本優(yōu)勢、性能優(yōu)勢、儲量豐富，鈉離子電池近年來不斷“走紅”。據(jù)不完全統(tǒng)計，目前中科海鈉、華陽股份、鵬輝能源、多氟多、孚能科技、欣旺達、美聯(lián)新材已公開宣稱最快將在2023年以后形成鈉離子電池量產(chǎn)能力。
或許正如通用汽車發(fā)言人Phil Lienert所說，最終，可能永遠不會有一種電池技術適用于所有電動汽車，電池的類型將與車輛和特定的銷售市場相匹配。Phil Lienert認為：“當你擁有像我們這樣龐大而多樣化的客戶陣容時，你需要在相同的基礎工程中擁有多種可以共存的解決方案?！?
