中國儲能網(wǎng)訊：隨著現(xiàn)有液態(tài)鋰離子電池能量密度接近理論極限，固態(tài)電池作為高能量密度、高安全性的新一代電池技術(shù)備受關(guān)注。在政府支持和市場需求的雙重驅(qū)動(dòng)下，固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程加速推進(jìn)。
北京純鋰新能源科技公司研發(fā)生產(chǎn)國內(nèi)首條全固態(tài)鋰電池量產(chǎn)線投產(chǎn)，太藍(lán)新能源的無隔膜半固態(tài)電池規(guī)?；苽浼夹g(shù)經(jīng)鑒定達(dá)到國際先進(jìn)水平，寧德時(shí)代表示將在2027年小批量生產(chǎn)全固態(tài)電池……電池制造企業(yè)加緊研發(fā)步伐。
新能源車企也加速入局，奇瑞汽車宣布其自主研發(fā)的全固態(tài)電池即將面世，續(xù)航里程有望突破1500千米；上汽集團(tuán)計(jì)劃在2026年量產(chǎn)全固態(tài)電池，并在2027年實(shí)現(xiàn)搭載全固態(tài)電池的新車量產(chǎn)交付；國際車企如大眾、寶馬、豐田等也積極研發(fā)固態(tài)電池，預(yù)計(jì)在2025年至2027年間實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。
產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)摩拳擦掌，固態(tài)電池成為了新能源行業(yè)的風(fēng)口。
比拼綜合性能
相較于目前占據(jù)動(dòng)力電池主要市場的鋰電池而言，固態(tài)電池的優(yōu)勢十分明顯。
傳統(tǒng)液態(tài)鋰電池主要由正極、負(fù)極、電解液和隔膜四大關(guān)鍵要素組成，其中包含的有機(jī)溶劑具有易燃性、高腐蝕性等特點(diǎn)。鋰電池一旦出現(xiàn)撞擊、進(jìn)水、高溫等情況，就有可能引起燃燒、爆炸等。
固態(tài)電池用固態(tài)電解質(zhì)替換傳統(tǒng)液態(tài)鋰電池中的液態(tài)電解液和隔膜，并使用全新的正負(fù)極材料，可以從根本上解決液態(tài)鋰離子電池在提升能量密度、提高安全性能方面的瓶頸。
概括來講，固態(tài)電池能夠以更小的體積擁有高安全性、高能量密度、更快充放電速度、長循環(huán)壽命，以及對溫度的高適應(yīng)性等優(yōu)點(diǎn)。在新能源汽車、航空航天、儲能、電子產(chǎn)品等領(lǐng)域具有較高的應(yīng)用價(jià)值。
據(jù)了解，根據(jù)電解質(zhì)液含量不同，電池可分為液態(tài)、半固態(tài)、準(zhǔn)固態(tài)和全固態(tài)四大類。其中半固態(tài)、準(zhǔn)固態(tài)和全固態(tài)電池統(tǒng)稱為固態(tài)電池。電解液含量占電池10%左右的叫半固態(tài)，1%左右的叫準(zhǔn)固態(tài)，0%就是全固態(tài)。
全固態(tài)電池因具有高能量密度、長續(xù)航里程、低溫和安全性優(yōu)勢，被視為未來動(dòng)力電池市場的顛覆性技術(shù)，也是下一代電池的首選方案之一。全固態(tài)電池完全不使用液態(tài)或凝膠態(tài)的電解液，而采用固態(tài)電解質(zhì)作為離子傳導(dǎo)媒介，從根本上避免了傳統(tǒng)液態(tài)電池因電解液泄漏、揮發(fā)或燃燒導(dǎo)致的安全隱患，同時(shí)也為實(shí)現(xiàn)更高的能量密度和更長的循環(huán)壽命提供了可能。
真鋰研究副總編于小龍向中國城市報(bào)記者介紹，目前，固態(tài)電池依據(jù)電解質(zhì)不同，主要?jiǎng)澐譃榫酆衔?、氧化物和硫化物三種主要技術(shù)路線，還有鹵化物等其他路線。具體來看，聚合物電解質(zhì)具備安全性高、重量輕、容量大等優(yōu)點(diǎn)，但離子電導(dǎo)率很難大幅度提升；氧化物電解質(zhì)空氣穩(wěn)定性較好，但離子電導(dǎo)率不如硫化物電解質(zhì)；硫化物電解質(zhì)離子電導(dǎo)率較高，高溫性能和安全性能好，但化學(xué)穩(wěn)定性相對較差；鹵化物技術(shù)路線耐高壓電、能量密度高、運(yùn)行穩(wěn)定，但離子電導(dǎo)率低、成本高，且電池倍率性能差。
“總體來說，每一類技術(shù)都有各自的優(yōu)劣勢，最終比拼的是綜合性能。目前，各技術(shù)路線都在向前推進(jìn)。值得注意的是，硫化物路線更接近于真正的全固態(tài)電池，被視為固態(tài)電池的重要發(fā)展方向。”于小龍說。
仍是塊“難啃的硬骨頭”
盡管全固態(tài)電池在理論上具有諸多優(yōu)勢，但商業(yè)化進(jìn)程仍有較多門檻，如固態(tài)電解質(zhì)的成本高昂、制備工藝復(fù)雜、界面電阻較大等。
中國科學(xué)院院士、清華大學(xué)教授、新能源動(dòng)力系統(tǒng)與交通電動(dòng)化專家歐陽明高認(rèn)為，從技術(shù)研發(fā)節(jié)點(diǎn)上看，2025年至2030年，全固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)將重點(diǎn)攻關(guān)固態(tài)電解質(zhì)；2030年至2035年，重點(diǎn)攻關(guān)高容量復(fù)合負(fù)極；2035年至2040年，重點(diǎn)攻關(guān)高容量復(fù)合正極。
今年9月，電池龍頭企業(yè)寧德時(shí)代董事長曾毓群在2024世界動(dòng)力電池大會上透露，全固態(tài)電池行業(yè)研發(fā)水平還不高，如果以1—9分為固態(tài)電池的技術(shù)和制造成熟度打分，寧德時(shí)代自己的研發(fā)也就處于TRL(技術(shù)成熟度)4分的水平，即技術(shù)定型的階段，計(jì)劃到2027年提升至7—8分的水平，屆時(shí)可能實(shí)現(xiàn)小批量生產(chǎn)。
當(dāng)前，以低空經(jīng)濟(jì)為首的新賽道為固態(tài)電池打開了成長空間，尤其是電動(dòng)垂直起降飛行器（eVTOL）對電池的能量密度、安全性、快充及長壽命等要求更高，固態(tài)電池成為其較好的動(dòng)力來源。
而在新能源汽車方面，不論是車企還是消費(fèi)者，都在期待能量密度更高的全固態(tài)電池的到來，以解決“里程焦慮”、安全性不高、充電效率低、使用壽命短等痛點(diǎn)。根據(jù)中國汽車動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟發(fā)布的數(shù)據(jù)，今年上半年，半固態(tài)電池裝車量達(dá)2.2GWh，已初具市場規(guī)模。
據(jù)國盛證券預(yù)測，2025年全球固態(tài)電池需求量為17.3GWh，到2030年有望超200GWh，2025年至2030年復(fù)合增長率或可達(dá)65.8%。
“用理論上對全固態(tài)電池的預(yù)期，去講述半固態(tài)電池的資本故事，多少有點(diǎn)往酒里‘摻水’的感覺。即便是半固態(tài)電池實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，目前依然遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到可以支撐大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用的程度。而沒有利潤支撐預(yù)期，更多的就剩下炒作了?！庇谛↓埍硎?，在行業(yè)需求的引導(dǎo)下，許多企業(yè)為了營銷偷換概念。實(shí)際上，我國目前達(dá)到量產(chǎn)規(guī)模的固態(tài)電池均為“半固態(tài)電池”，受制于成本高、技術(shù)難等，全固態(tài)電池的研發(fā)及商業(yè)化落地仍是塊“難啃的硬骨頭”。
用市場檢驗(yàn)技術(shù)
2020年10月，由工業(yè)和信息化部裝備工業(yè)一司指導(dǎo)、中國汽車工程學(xué)會牽頭編制的《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖2.0》指出，到2025年、2030年，動(dòng)力電池單體能量密度需要分別達(dá)到400Wh/kg、500Wh/kg。而當(dāng)前液態(tài)鋰電池較難實(shí)現(xiàn)能量密度超過300Wh/kg。因此，固態(tài)電池因高能量密度成為重點(diǎn)發(fā)展目標(biāo)。
固態(tài)電池是電池領(lǐng)域新質(zhì)生產(chǎn)力的代表，近年來，固態(tài)電池的研發(fā)獲得國家政策和地方政府大力支持。今年6月，工業(yè)和信息化部印發(fā)的《2024年汽車標(biāo)準(zhǔn)化工作要點(diǎn)》提出，圍繞固態(tài)電池等新領(lǐng)域，支撐新技術(shù)、新業(yè)態(tài)、新模式創(chuàng)新發(fā)展。
據(jù)了解，今年我國計(jì)劃投入約60億元用于全固態(tài)電池研發(fā)，鼓勵(lì)企業(yè)研發(fā)全固態(tài)電池相關(guān)技術(shù)，包括寧德時(shí)代、比亞迪、一汽、上汽、衛(wèi)藍(lán)新能源和吉利共6家企業(yè)獲得政府基礎(chǔ)研發(fā)資金支持。
全固態(tài)電池概念大火，資本市場一擁而上。于小龍認(rèn)為，這對于固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展而言可謂喜憂參半。
“喜的是，股市高漲，更多資金涌向行業(yè)，有利于技術(shù)研發(fā)；憂的是，一些良莠不齊的企業(yè)一哄而上，容易舉得越高摔得越狠，畢竟目前的固態(tài)電池技術(shù)還沒有發(fā)展到市場所預(yù)期的狀態(tài)?！庇谛↓?zhí)寡?，無論是電池行業(yè)還是整車企業(yè)，都需要用市場來檢驗(yàn)技術(shù)。發(fā)展路線是半固態(tài)電池率先量產(chǎn)，逐步縮減電解液用量直至不用，最終過渡至準(zhǔn)固態(tài)進(jìn)而全固態(tài)。
國家知識產(chǎn)權(quán)局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，截至2023年5月，全球固態(tài)電池關(guān)鍵技術(shù)專利申請量為20798項(xiàng)，其中中國有7640項(xiàng)，占比達(dá)36.7%。此前五年，我國固態(tài)電池全球?qū)＠暾埩磕昃鲩L率為20.8%，增速位列全球第一。
歐陽明高表示，固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)化不僅關(guān)乎技術(shù)的突破，更關(guān)乎國家在全球新能源市場的競爭力。固態(tài)電池將是現(xiàn)有電池技術(shù)的進(jìn)一步優(yōu)化，而非簡單的替代。希望通過不斷的技術(shù)創(chuàng)新和政策支持，確保我國在這一領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。
