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)換拐點無限靠近，競爭愈發(fā)激烈、同質(zhì)化愈發(fā)嚴重的中國新能源車企正在加速尋找差異化立足點。

 

繼800V、超快充、城市導航輔助駕駛爭先“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)的最新進展：中國科學院青島生物能源與過程研究所先進儲能材料與技術(shù)研究團隊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世紀經(jīng)濟報道記者，從嚴格意義上講，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)電池或準固態(tài)電池更加準確。

 

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，試圖搶占先機獲得一定的競爭優(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)難以實現(xiàn)規(guī)�；瘧�用，行業(yè)普遍認為固態(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)及正負極材料，創(chuàng)新極片及電芯設(shè)計，高速連續(xù)化制造工藝及裝備以及系統(tǒng)集成設(shè)計等領(lǐng)域開展技術(shù)攻關(guān)。”廣汽方面人士對21世紀經(jīng)濟報道記者表示。

 

顛覆新能源汽車的下一代電池技術(shù)？

 

事實上，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、減少當前液態(tài)鋰電池存在的熱失控和電池燃燒等潛在風險。

 

“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極材料，可進一步提升鋰電池的能量密度”。中國電子科技集團第十八研究所研究員肖成偉認為。

 

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率（鋰離子在正負極之間游動的速度）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，正負極固固界面接觸差；硫化物電解質(zhì)離子電導率高，延展性較好，但化學穩(wěn)定性差，機械性能差，規(guī)�；�量產(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、贛鋒鋰電、重慶太藍等普遍選擇氧化物路線。

 

紛至沓來的量產(chǎn)上車和落地應用讓2023年火爆一時的固態(tài)電池概念再次掀起風暴。

 

去年6月，衛(wèi)藍新能源宣布將360Wh/kg鋰電池電芯正式交付蔚來汽車；去年底，蔚來創(chuàng)始人李斌直播實測了150kWh（即150度電）電池包行駛距離達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)方面取得重大進展，制備出實測能量密度達到720Wh/kg的超高能量密度體型化全固態(tài)鋰金屬電池；4月9日，廣汽集團官宣實現(xiàn)了全固態(tài)電池能量密度達到400Wh/kg以上，較當前量產(chǎn)的液態(tài)鋰離子電池體積能量密度提升52%以上，實現(xiàn)超1000公里續(xù)航。

 

根據(jù)研究機構(gòu)GGII預測，2024年將是固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個重要節(jié)點，年內(nèi)有望實現(xiàn)（半）固態(tài)電池的大規(guī)模裝載應用，預計全年裝機總量將歷史性突破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世紀經(jīng)濟報道記者，此外也需要大力度推進固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，除了應用層面，在源頭的技術(shù)研究更重要，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。

 

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，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)，提高能量密度進而提高續(xù)航里程，從嚴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)電池由上汽集團投資的清陶能源供應），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)卷嚴重，各車企宣布固態(tài)類電池上車、智能駕駛上車等，甚至進行高管實測，一方面是電池等零部件的先進技術(shù)有所進展，另一方面則是為了吸引投資人或消費者而給出的自選動作。”4月15日，車夫咨詢合伙人曹廣平在接受21世紀經(jīng)濟報道記者采訪時表示。

 

曹廣平認為，以固態(tài)類電池來說，各家的技術(shù)路線、供應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)難以實現(xiàn)規(guī)�；瘧�用。

 

華金證券曾做過測算，以蔚來2023年7月上線的150kWh電池包信息測算，其半固態(tài)電池成本約為1.7~2.2元/Wh，遠高于同期車用方形三元電芯、鐵鋰電芯均價0.73、0.65元/Wh。截至2024年4月3日，方形三元電芯、鐵鋰電芯均價已降至0.465、0.375元/Wh。

 

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)。”中國科學院院士陳軍認為。

 

廣汽埃安電池研發(fā)部負責人李進表示，雖然其全固態(tài)電池步入從實驗室里走向量產(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。

 

也有觀點認為，固態(tài)電池在汽車上率先應用的場景可能在混合動力車型，突破1%替代率的機會就在混動車上。

 

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)激烈的當下，車企需要新的故事來提振士氣以及支撐消費者對品牌的信心。

 

廣汽研究院人士告訴21世紀經(jīng)濟報道記者，借助AI及高通量計算等先進技術(shù)，可加快全固態(tài)電池的研發(fā)進度，加速商業(yè)化進程。

 

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)，目標是2025年前實現(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年實現(xiàn)“全固態(tài)電池”的量產(chǎn)實用化，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，實現(xiàn)百輛到千輛車級別的示范運營；2030年實現(xiàn)全固態(tài)電池和搭載車輛的小規(guī)模量產(chǎn)；2035年左右實現(xiàn)全固態(tài)電池大規(guī)模量產(chǎn)，并實現(xiàn)普遍使用。

 

曹廣平告訴21世紀經(jīng)濟報道記者，對固態(tài)類電池技術(shù)或資源的布局，要堅持投技術(shù)，測試看效果，發(fā)展看趨勢。“目前指標好的產(chǎn)品，趨勢不一定好；目前指標差的產(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。既不能失去機會，又要多方把握。”