固态电池商业化有多远

2024-07-04 15:30:46 来源: 中国网

　　合肥力翔电池科技有限责任公司生产车间，工人操作设备加工新能源动力电池配件。袁兵摄(中经视觉)

　　江西省赣州市豪鹏科技有限公司生产车间，工人在拆解回收的动力电池。胡江涛摄 (中经视觉)

　　在“双碳”目标驱动的交通电动化加速转型过程中，动力电池创新成为强化新能源汽车竞争水平、打造国家产业竞争力、稳固企业竞争优势的关键。今年以来，无论是整车企业，还是动力电池企业，纷纷瞄准新技术同时布局新一代动力电池——固态电池，并加快发布固态电池“上车”时间表。

　　争相发布“上车”时间表

　　丰田汽车沉寂已久的固态电池又有动静和希望了。6月28日，丰田公布新一代电动化技术进展，性能型锂离子电池、普及型磷酸铁锂电池、高性能型锂离子电池和全固态电池共4类新一代电池，将从2026年起依次投入市场。其中，全固态电池正以2027—2028年推出为目标全力推进研发。据悉，搭载固态电池的车型续航里程将达到1000公里以上，实现快充只需10分钟。

　　此前，上汽集团旗下的智己汽车推出业内首个准900V超快充固态电池——第一代光年固态电池，并首搭智己全新轿车智己L6。随后，上汽集团宣布“首条全固态电池生产线建成贯通倒计时500天正式启动”，基于聚合物—无机物复合电解质技术路线的上汽全固态电池，将于2026年实现量产。

　　同时，广汽集团在科技日发布全固态电池。据了解，该款全固态电池采用了第三代海绵硅负极和高面容量固态正极技术，其能量密度可达到400Wh/kg以上，较当前量产液态锂离子电池，体积能量密度提升52%以上，质量能量密度提升50%以上，可轻松实现超1000公里续航。广汽集团表示，将在2026年完成全固态电池开发，将首先搭载于旗下昊铂车型。

　　作为全球动力电池领军企业，宁德时代也在今年4月首次公布了全固态电池研发和量产时间表。“宁德时代的目标是到2027年小批量生产全固态电池，因为大批量生产仍然会面临成本等问题。”宁德时代首席科学家吴凯对此仍持谨慎态度，“如果用技术和制造成熟度作为评价体系(以1至9打分)，公司的全固态电池研发目前处于4分的水平。”

　　相较传统锂离子电池，全固态电池由于潜在的安全性、高能量密度、高功率特性和温度适应性等多维优势，被国际上普遍认为是下一代新能源动力电池技术的首选方案。目前各国均加大投入攻关该颠覆性技术。梳理国内外公司发布的全固态电池产业时间表，产业化主要集中在2027年至2030年。比如，韩国SK On称，正在开发高分子氧化物复合和硫化物两种固态电池，目标是到2026年生产出原型产品，2028年实现商业化。而三星SDI也在开发一种没有负极的固态电池，预计将于2027年量产。

　　半固态电池不等于全固态电池

　　近年来，随着新能源汽车产业的迅猛发展，产业界越发认识到传统液态锂电池的极限。比如，能量密度上限低，无法根除消费者的里程焦虑；整体电池质量大；低温运行不畅、高温环境下又存在安全隐患等。因此，业界对固态电池“上车”的呼声日益高涨。

　　不过，就在企业加快发布固态电池“上车”时间表的同时，关于固态电池概念的争议也随之而来。智己汽车在推出固态电池“上车”的消息后，多位业内人士向记者表示，智己汽车发布的光年固态电池实为半固态电池。

　　这也得到了电池供应商清陶能源联合创始人李峥的证实：“为了增强固态电解质的锂离子导电性，清陶能源在电解质中加入了10%的浸润液，较传统三元锂电池减少了5%左右的总液体含量，智己汽车推出的光年固态电池实际上属于半固态电池。”

　　根据电解质液含量的不同，电池可以分为液态(液体含量10wt%至25wt%)、半固态(液体含量5wt%至10wt%)、准固态(液体含量0wt%至5wt%)和全固态(液体含量0wt%)四大类。“半固态电池是液态电池和固态电池之间的一种过渡产品，不能直接称为固态电池。”全国乘联会秘书长崔东树明确表示。但现实情况是，大部分企业发布的新电池技术概念都在往这个“筐”里装。

　　目前，固态电池有三大主流技术路线，包括聚合物固态电池、氧化物固态电池和硫化物固态电池。日韩和欧美等海外企业更倾向于硫化物技术路线，致力于全固态电池的开发，产业化进程相对缓慢；而国内企业多数选择氧化物技术路线，研发的产品多为半固态电池。

　　“国内无论是车企还是电池供应商，当前都具备了半固态电池的量产能力，预计在2025年可实现大批量‘上车’。不过，全固态电池仍然停留在正负极材料的突破阶段，因存在材料还未解决的问题，导致近几年内都无法实现量产。”宁德时代董事长曾毓群说。

　　“从全行业看，中国既要发展这种渐进性的半固态技术路线，又要防范激进型全固态技术路线带来的颠覆性风险。”或许正是因为民间存在这种争议，中科院院士、清华大学教授欧阳明高在谈到固态电池时，特别强调了“半”与“全”的区别。

　　在他看来，全固态电池落地产业化近期应面向电池300Wh/kg(重量比能量)、600Wh/L(体积比能量)的目标，打通全固态电池全技术链。中期应以面向500Wh/kg、1000Wh/L为目标，2035年前实现商业化。“规模产业化时间，不是实验室的样品，更不是论文。所谓的近期就是3年至5年，中期就是5年至10年。”欧阳明高解释。

　　三大挑战亟待破解

　　与企业偏于乐观相比，业内专家对全固态电池商业化进程则略显保守。“这是因为当前全固态电池还难以兼顾续航和安全性的瓶颈，难以突破电池技术的玻璃天花板。”欧阳明高表示，全固态电池面临的挑战具有跨学科的特性，技术门槛极高，涵盖材料、界面、工艺、产业链、设备等问题。

　　首先是全固态电池的科学技术挑战。目前，全固态电池产业化仍需要从关键材料、界面、复合电极、单体电池不同层面进行解决。

　　在材料层面，硫化物电解质化学稳定性、空气稳定性差，批量生产难，基础硫化锂成本高。同时，硅碳负极存在体积膨胀大的问题，而锂负极还不成熟。在界面层面，电极材料、固态电解质的界面相容性不够，包括界面的副反应、固—固界面机械接触等。在电极层面，高面载复合电极应变条件下的电荷输运缓慢。在电芯片层面，环境控制成本高，制作效率比较低。此外，车载工况下的电芯性能综合评估也没有相关评价标准。

　　其次是全固态电池的工艺设备挑战。“如果我们用湿法工艺，大概能保留一半的现有设备。如果我们用干法工艺，三分之二的设备都不能用了，要换新设备。”欧阳明高称。

　　最后是产业链挑战。从供给角度看，我国已基本构建了完整的液态锂离子电池产业生态，涵盖从上游矿产资源、材料制造、电池生产、整车应用到回收利用等各个环节。液态锂离子电池主要供应链已实现自主可控。若发展全固态电池，将对现有电池全生命周期产业链造成不小的冲击。

　　对于固态、液态电池取舍问题，欧阳明高还表示：“日本、欧洲发展全固态电池就是要颠覆中国的优势，我们恰恰相反，既要保优势、防颠覆，奋力攻克全固态电池，又要兼顾优化液态锂离子电池。”

(责任编辑：戴贤军)