作為當(dāng)前最熱門的電池投資領(lǐng)域之一，固態(tài)電池較傳統(tǒng)液態(tài)電池在能量密度和安全性方面有明顯優(yōu)勢，被普遍認(rèn)為是最具潛力的下一代電池技術(shù)。隨著固態(tài)電池實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)，是否意味著行業(yè)已迎來商業(yè)化節(jié)點(diǎn)？

 

       近日，中科融能628Ah和314Ah固態(tài)電池實(shí)現(xiàn)規(guī)�；�生產(chǎn)并順利下線。作為當(dāng)前最熱門的電池投資領(lǐng)域之一，固態(tài)電池較傳統(tǒng)液態(tài)電池在能量密度和安全性方面有明顯優(yōu)勢，被普遍認(rèn)為是最具潛力的下一代電池技術(shù)，受到業(yè)內(nèi)廣泛關(guān)注。隨著固態(tài)電池實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)，是否意味著行業(yè)已迎來商業(yè)化節(jié)點(diǎn)？

 

半固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程提速

 

       目前，市場主流的鋰電池采用電解液作為傳輸載體，在過度充電、內(nèi)部短路等異常情況下，電解液極易發(fā)熱、分解、脹氣，進(jìn)而導(dǎo)致電池燃燒甚至爆炸。如果將液態(tài)電解液替換為固態(tài)電解質(zhì)，能從根源上解決鋰電池的安全問題，同時也能滿足市場對更高電池能量密度、更優(yōu)性能的需求。

 

       據(jù)了解，當(dāng)前業(yè)內(nèi)討論的固態(tài)電池一般是指電解液含量降低到5%—15%的半固態(tài)電池、準(zhǔn)固態(tài)電池或固液混合電池，保留部分液態(tài)電解質(zhì)，使其在材料設(shè)計(jì)、制造工藝、裝備生產(chǎn)、成本等方面具備量產(chǎn)可行性。

 

       “依托強(qiáng)大的新能源產(chǎn)業(yè)鏈制造基礎(chǔ)，我國電池企業(yè)在固態(tài)電池技術(shù)研發(fā)、產(chǎn)業(yè)鏈布局方面取得重要突破，尤其伴隨著以衛(wèi)藍(lán)新能源、清陶能源、贛鋒鋰電等為代表的中國企業(yè)半固態(tài)電池的量產(chǎn)裝車，半固態(tài)電池真正實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)學(xué)意義上的產(chǎn)業(yè)化。”在近日召開的2024固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)生態(tài)圈企業(yè)家峰會上，中關(guān)村新型電池技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟秘書長于清教指出，固態(tài)電池商業(yè)化應(yīng)用漸行漸近，誰先占據(jù)產(chǎn)業(yè)制高點(diǎn)，誰就能掌握發(fā)展主動權(quán)。

 

       近年來，我國企業(yè)在固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)鏈層面進(jìn)行全方位布局。中科院上海硅酸鹽研究所研究員張濤介紹，電解質(zhì)粉體是固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)鏈中關(guān)鍵核心的先進(jìn)材料，其團(tuán)隊(duì)已建成十噸級標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)化產(chǎn)線。鋒鋰新能源副總經(jīng)理唐光盛介紹，公司已在江西新余市投產(chǎn)4吉瓦時固態(tài)電池產(chǎn)線，預(yù)計(jì)2025年在重慶市建成10吉瓦時生產(chǎn)線，并已研制出第二代500瓦時/千克高比能、高功率半固態(tài)電池，后續(xù)將在高端電動汽車和航天器等領(lǐng)域展開應(yīng)用。

 

全固態(tài)電池商業(yè)化仍存挑戰(zhàn)

 

       盡管半固態(tài)電池實(shí)現(xiàn)規(guī)模量產(chǎn)和應(yīng)用，但全固態(tài)電池商業(yè)化仍面臨著技術(shù)和成本等系列挑戰(zhàn)。

 

        固態(tài)電解質(zhì)替代液態(tài)電解液，其技術(shù)核心是材料的選擇，業(yè)內(nèi)已經(jīng)探索出三類主要固態(tài)電池體系：聚合物、硫化物、氧化物。聚合物固態(tài)電解質(zhì)易于加工，干法和濕法制造工藝均能兼容，量產(chǎn)工藝難度最低，但電導(dǎo)率低，歐洲企業(yè)多聚焦于這條技術(shù)路線；硫化物性能最佳，但材料對空氣中的水分和大部分極性溶劑敏感，且電芯制造需要通過等靜壓設(shè)備施加壓力，成本較高，寧德時代、比亞迪、億緯鋰能均側(cè)重于該技術(shù)路線；一些創(chuàng)業(yè)公司則多選擇氧化物路線。

 

        “全固態(tài)電池是材料、電芯制成工藝、制造設(shè)備等全方位的創(chuàng)新升級，產(chǎn)業(yè)鏈將迎來革命性變化。”蜂巢能源前沿技術(shù)研發(fā)總經(jīng)理苗力孝指出，固態(tài)電池應(yīng)用在系統(tǒng)設(shè)計(jì)、回收利用方面存在挑戰(zhàn)。例如，在制造過程中，液態(tài)電池有隔膜，可以對極片進(jìn)行包裹，避免極片之間錯位導(dǎo)致短路，也不需要超高壓力致密化；而固態(tài)電池沒有隔膜，層層堆疊起來通過超高壓致密化，極片邊緣容易破碎和錯位，電芯側(cè)面絕緣工藝非常難解決。“固態(tài)電池就像漢堡，一層一層疊起來，里面夾的菜會從邊緣露出來，擠壓后易發(fā)生破裂導(dǎo)致短路。而液態(tài)電池就像煎餅卷菜，是包起來的，不會短路。”

 

        目前，固態(tài)電池成本高于液態(tài)電池。苗力孝舉例：“硫化物固態(tài)電解質(zhì)材料成本非常高，每公斤可達(dá)2萬元，未來成本有望降到5000元/公斤，而固態(tài)電解質(zhì)占電芯質(zhì)量比重超過20%，這個價格市場恐怕難以接受。”

 

       湖南中科星城石墨有限公司董事長皮濤指出：“每家企業(yè)都有自己的技術(shù)特點(diǎn)，由于技術(shù)方向不確定，導(dǎo)致上游產(chǎn)業(yè)鏈處于觀望狀態(tài)。固態(tài)電池需要一個相對確定的方向，上下游才可以在產(chǎn)品品類方面做配置工作，避免資本投入有更大的沉沒成本。”

 

復(fù)合材料設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)1+1>2

 

       由于技術(shù)路線和降本空間尚不明確，產(chǎn)業(yè)內(nèi)企業(yè)選擇從半固態(tài)逐漸向全固態(tài)過渡。

 

       “全固態(tài)電池路線存在分歧，差異化競爭將促使固態(tài)電池?cái)U(kuò)大應(yīng)用范圍。”在衛(wèi)藍(lán)新能源科研發(fā)總監(jiān)徐航宇看來，當(dāng)前，單一固態(tài)電解質(zhì)材料難以滿足全固態(tài)電池需求，液態(tài)電解質(zhì)和固態(tài)電解質(zhì)相結(jié)合是一種解決方案，在彌補(bǔ)單一電解質(zhì)材料短板的同時，兼容傳統(tǒng)液態(tài)鋰電池的大部分工藝設(shè)備，降低成本。結(jié)合氧化物和聚合物固態(tài)電解質(zhì)的優(yōu)勢，衛(wèi)藍(lán)新能源已實(shí)現(xiàn)混合固液電池的產(chǎn)業(yè)化，產(chǎn)品應(yīng)用于小動力、新能源汽車、儲能等領(lǐng)域。

 

       “單一種類的材料各有優(yōu)缺點(diǎn)，通過復(fù)合材料設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)1+1>2。”一位業(yè)內(nèi)人士同樣認(rèn)為，復(fù)合固態(tài)電池是實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)的有效途徑。“固態(tài)電池不能做成一個藝術(shù)品，產(chǎn)品很貴，高出液態(tài)電池幾倍甚至十幾倍，這樣永遠(yuǎn)不可能裝車應(yīng)用。”

 

        在萬向一二三股份公司電芯材料研發(fā)部總監(jiān)蘇敏看來，無論半固態(tài)還是全固態(tài)，都有最適配的能量密度，不存在某一類技術(shù)是唯一最優(yōu)解，都是解決高比能需求下電芯安全隱患殊途同歸的技術(shù)手段。攻克全固態(tài)電池的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化問題，需要全行業(yè)共同努力。