中國儲能網(wǎng)訊：固態(tài)電池是不是“炒”過頭了？
此前，寧德時代董事長曾毓群表示，當(dāng)前行業(yè)良莠不齊，許多產(chǎn)品“名不符實”；歐陽明高也提到，固態(tài)電池的發(fā)展要循序漸見，避免形式主義。
毫無疑問，今年以來最受鋰電市場關(guān)注的，就是固態(tài)電池技術(shù)路線。
在一二級市場，固態(tài)電池的熱潮不僅帶動了初創(chuàng)企業(yè)的投融資高峰，也推高了固態(tài)電池相關(guān)企業(yè)的股價。
國家層面，對固態(tài)電池技術(shù)寄予重視，工信部和財政部牽頭，為全固態(tài)電池發(fā)展提供60億元政府基礎(chǔ)研發(fā)資金支持。
在產(chǎn)業(yè)界，今年以來，頭部電池廠商密集披露了固態(tài)電池規(guī)劃進(jìn)度。其中，寧德時代規(guī)劃2027年實現(xiàn)全固態(tài)電池小批量生產(chǎn)；國軒高科發(fā)布首款金石固態(tài)電池，計劃2027年小批量上車，2030年實現(xiàn)量產(chǎn)；中創(chuàng)新航發(fā)布“無界”固態(tài)電池，計劃2027年實現(xiàn)裝車，等等。
固態(tài)電池的火熱，背后有多種因素的交織，既有產(chǎn)業(yè)層面技術(shù)升級的要求，而在更大的層面也有不同國家與地區(qū)的產(chǎn)業(yè)鏈博弈。
首先，就產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)發(fā)展而言，當(dāng)前技術(shù)體系已經(jīng)逐漸達(dá)到了性能瓶頸，放在下游市場，電池的安全性、能量密度表現(xiàn)仍未完全解決消費者的擔(dān)憂，以新能源汽車市場為例，在終端滲透率突破50%之后，新能源汽車滲透率的提升放緩，擴(kuò)大新能源汽車的市場占比需要新一代電池技術(shù)的支撐。
固態(tài)電池作為下一代電池技術(shù)，正由于其在安全性、能量密度的顯著提升，承載了產(chǎn)業(yè)界技術(shù)升級的期待。
再上升到國家戰(zhàn)略層面，隨著鋰電池應(yīng)用的不斷擴(kuò)張，儲能、航空、船舶、新能源汽車等等，鋰電產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為新世紀(jì)能源革新的代表，隨著鋰電產(chǎn)業(yè)應(yīng)用市場和規(guī)模的進(jìn)一步擴(kuò)大，有望成為各國支柱性產(chǎn)業(yè)鏈的重要支撐。針對鋰電技術(shù)的國際化比拼也暗流涌動，日本、韓國、美國、歐洲各國也都推進(jìn)了固態(tài)電池技術(shù)發(fā)展規(guī)劃，以求在下一代技術(shù)中趕超中國。
但是拋開固態(tài)電池帶來的市場熱度，固態(tài)電池難產(chǎn)是業(yè)界的首要問題。作為固態(tài)電池先行者，豐田屢屢推遲固態(tài)電池量產(chǎn)時間表，國內(nèi)電池、材料企業(yè)對與固態(tài)電池技術(shù)路線也未達(dá)成一致共識。
近期，高工鋰電固態(tài)電池巡回走訪多家核心材料、電池以及新能源汽車廠商，對于固態(tài)電池的量產(chǎn)難點，產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程也將給出解析。
全固態(tài)電池難在哪？
首先需要澄清的是，當(dāng)前，能夠?qū)崿F(xiàn)裝車的均為半固態(tài)電池，即以固液混合電解質(zhì)替代傳統(tǒng)液態(tài)電解液。不少車企，乃至電池企業(yè)宣稱的“固態(tài)電池”也均為“半固態(tài)電池”。
盡管半固態(tài)電池被視為全固態(tài)電池的一種過渡技術(shù)路線，但技術(shù)本質(zhì)上，兩者仍有區(qū)別。
有產(chǎn)業(yè)界人士對高工鋰電表示，半固態(tài)電池技術(shù)路線主要是對傳統(tǒng)液態(tài)鋰電池技術(shù)的升級，采用的設(shè)備和材料體系與傳統(tǒng)液態(tài)鋰電池一致，目前已具備大規(guī)模量產(chǎn)條件。但相比之下，全固態(tài)電池不論是設(shè)備，還是材料、工藝，當(dāng)前都不成熟。
產(chǎn)業(yè)界從半固態(tài)電池過渡，其實也在為全固態(tài)電池的材料、設(shè)備研發(fā)爭取時間，從側(cè)面也表明，全固態(tài)電池量產(chǎn)仍面臨眾多問題。
與半固態(tài)電池這類可以采用已有成熟產(chǎn)業(yè)鏈的技術(shù)路線相比，全固態(tài)電池不僅要面臨“造不造得出來”的問題，還要考慮“用不用得上”。
“造不造得出來”主要看材料、設(shè)備是否成熟，生產(chǎn)的良率是否有保障。
目前來看，固態(tài)電池技術(shù)路線中，氧化物、聚合物、硫化物等因為研發(fā)歷史較久而受到市場的關(guān)注。
三大技術(shù)路線共同的技術(shù)難題都包括固固界面接觸帶來的電導(dǎo)率和穩(wěn)定性問題，目前始終沒能找到較好的辦法。
以硫化物固態(tài)電池為例，在界面層面，由于電極和固態(tài)電解質(zhì)的不穩(wěn)定性，界面問題將導(dǎo)致Li+耗盡，阻礙電荷傳輸，進(jìn)而影響全固態(tài)電池的能量、功率特性和使用壽命，盡管當(dāng)前界面問題可以通過引入緩沖層，如進(jìn)行正極包覆和負(fù)極人造SEI層，但是均勻緩沖層的設(shè)計和構(gòu)建仍有挑戰(zhàn)。
此外，通過對復(fù)合電極和電池施加足夠高的壓力是環(huán)節(jié)界面機(jī)械失效的方法，但是施加壓力的方式和大小仍不確定。就產(chǎn)業(yè)設(shè)備而言，業(yè)內(nèi)人士對高工鋰電表示，目前就聚合物、氧化物技術(shù)路線來說，設(shè)備相對成熟一些，但是硫化物路線設(shè)備仍有很大的性能改進(jìn)空間。
除了界面問題外，枝晶問題也同樣存在于固態(tài)電池，由于固態(tài)介質(zhì)的問題，固態(tài)電池在充放電過程中容易出現(xiàn)不均勻沉積的現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致空穴和極化現(xiàn)象，影響固態(tài)電池的性能和使用壽命。
材料問題則是另一大重點。除了固態(tài)電解質(zhì)本身電化學(xué)性能的穩(wěn)定性外，如何匹配合適的正負(fù)極材料亦是一大難點。
對于固態(tài)電池而言，其最大的作用便是綜合材料體系的革新帶來能量密度和安全性的跨越式提升，這也意味正負(fù)極材料不僅局限于三元、磷酸鐵鋰體系，但是作為前沿技術(shù)應(yīng)用的鋰金屬負(fù)極、硅基負(fù)極都不成熟。尋得合適的新型正負(fù)極材料是業(yè)界探索的一大方向。
“用不用得上”主要看成本、性價比以及安全性等問題。
生產(chǎn)成本高昂，是固態(tài)電池面臨的又一問題，尤其是高性能固態(tài)電池的生產(chǎn)。
從材料成本來看，當(dāng)前固態(tài)電池材料成本高昂，僅硫化物固態(tài)電解質(zhì)成本就達(dá)到2萬元/kg。
固態(tài)電池材料價格的混亂，也造成固態(tài)電池成本結(jié)構(gòu)的失衡，業(yè)內(nèi)人士表示，當(dāng)前固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)鏈處于發(fā)展初期，材料價格波動較大，并未形成穩(wěn)定且透明的成本結(jié)構(gòu)，對于不同企業(yè)，不同訂單需求，上游材料企業(yè)往往以差異化的價格對待，這些因素都推高了固態(tài)電池的成本。
據(jù)高工鋰電調(diào)研了解，有頭部電池廠商透露，目標(biāo)是在2027年實現(xiàn)固態(tài)電池成本在1.5-2元/Wh的水平，但是這一成本水平離產(chǎn)業(yè)化目標(biāo)相距仍有一定距離。對比同期磷酸鐵鋰電池價格，預(yù)計2027年將在0.3元/Wh甚至更低，固態(tài)電池成本價格超出磷酸鐵鋰價格5倍以上。
此外，目前產(chǎn)業(yè)鏈多以10Ah、20Ah容量的固態(tài)電池生產(chǎn)樣品為主，而搭載在電車上的電芯容量多超過50Ah，甚至達(dá)到100Ah。生產(chǎn)大容量固態(tài)電池，在測試過程又存在指數(shù)級提升的安全隱患。
綜合以上問題，固態(tài)電池技術(shù)瓶頸眾多，仍以實驗室為主。
全固態(tài)電池量產(chǎn)=商用？
但與目前固態(tài)電池所遇到的困難相比，顯然市場給予固態(tài)電池的期待更大。全固態(tài)電池的熱潮也從起初的乘用車市場，席卷到了航空，儲能。
距高工鋰電不完全統(tǒng)計，目前已有超20家電池企業(yè)、車企公布了自己的固態(tài)電池量產(chǎn)及上車計劃，時間節(jié)點也多集中在2027-2028年。
但是也值得注意的是，量產(chǎn)以及上車并不等于真正的商業(yè)化應(yīng)用。
真正意義上的商業(yè)應(yīng)用，意味著產(chǎn)品能夠大規(guī)模、低成本生產(chǎn)，這是消費端普及應(yīng)用的基本條件。從這一條件來說，電池廠商和車企于2027-2028年量產(chǎn)和裝車離真正意義上的商業(yè)化應(yīng)用仍有距離。
目前所披露的全固態(tài)量產(chǎn)和上車計劃，示范意義大于應(yīng)用意義。
業(yè)內(nèi)人士表示，2027年的量產(chǎn)和上車是一個目標(biāo)和風(fēng)向，并不等于真正的推向市場，國家60億元資金支持固態(tài)電池，也是對這一前沿技術(shù)的鼓勵和探索。
對于產(chǎn)業(yè)化問題，歐陽明高此前表示，即便全固態(tài)電池實現(xiàn)技術(shù)突破，實現(xiàn)2030年產(chǎn)業(yè)化，要替代液態(tài)鋰電池50%市場份額，至少需要20-30年。
從研發(fā)到量產(chǎn)，從量產(chǎn)到商用，固態(tài)電池每一個產(chǎn)業(yè)進(jìn)程都具有不確定性。
正因此，市場對于全固態(tài)電池技術(shù)路線也存在質(zhì)疑，借由固態(tài)電池當(dāng)前混亂的產(chǎn)業(yè)生態(tài)，也滋生著一系列行業(yè)亂象。業(yè)內(nèi)人士坦言，如今涌現(xiàn)出一批固態(tài)電池初創(chuàng)企業(yè)，以及不少企業(yè)蹭上固態(tài)電池的熱度，對于這一部分企業(yè)而言，固態(tài)電池更是一種商業(yè)運營的手段，而非以產(chǎn)業(yè)化為目標(biāo)。
那么，全固態(tài)電池值不值得探索？這背后，其實也是如何平衡前沿技術(shù)探索帶來的風(fēng)險和不確定性。
2027年全固態(tài)電池從實驗室落地為產(chǎn)品，或許面臨極高的成本，但這一示范效應(yīng)仍是有積極作用的。
從產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程角度來看，歐陽明高提到，對于汽車技術(shù)而言，1%是一個重要的市場份額，全固態(tài)電池實現(xiàn)1%就已具備突破性的意義。2016年，國內(nèi)新能源汽車占有率達(dá)1%的情況下，全球已開始朝電動汽車轉(zhuǎn)型，固態(tài)電池如若能達(dá)到1%的市占也將帶來新技術(shù)的革新浪潮。
從0到1的過程也許很慢，但是從1-10的過程往往是加速的。對于固態(tài)電池而言也是如此，放下市場的雜音和紛擾，審慎看待固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)化，不妨多些耐心和等待。
