中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：近幾年頻頻見諸報(bào)端的固態(tài)電池近日熱度強(qiáng)勁攀升，成為汽車圈最熱門的話題之一。
5 月 29 日，據(jù)《中國日報(bào)》報(bào)道，中國政府相關(guān)部委牽頭，或?qū)⑼度?0億元支持全固態(tài)電池研發(fā)，其中寧德時(shí)代（300750.SZ）、比亞迪（002594.SZ）、一汽、上汽、衛(wèi)藍(lán)新能源和吉利共6家企業(yè)或獲得政府基礎(chǔ)研發(fā)支持。據(jù)悉，該項(xiàng)目經(jīng)過嚴(yán)格篩選后，將具體分為七大項(xiàng)目，聚焦聚合物和硫化物等固態(tài)電池技術(shù)路線推進(jìn)。
因具有更高的安全性、更長的循環(huán)壽命、更高的能量密度、高功率特性以及更強(qiáng)的溫度適應(yīng)性等優(yōu)點(diǎn)，近幾年來固態(tài)電池快速“升溫”，全球多個(gè)國家相關(guān)企業(yè)均在爭搶固態(tài)電池最先量產(chǎn)的“榮譽(yù)”。
中國科學(xué)院院士、清華大學(xué)教授歐陽明高此前在一場行業(yè)論壇上表示，全固態(tài)電池具有技術(shù)顛覆的性能潛力，目前動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)已經(jīng)迎來新一輪材料創(chuàng)新周期，我國需要跨越創(chuàng)新周期，迎接國際新一輪動(dòng)力電池技術(shù)之爭。
“在構(gòu)成鋰離子電池的所有材料中，只有電解液是易燃易爆的。很多鋰離子電池的燃油、爆炸事故，也都是由于電解液出現(xiàn)了問題。固態(tài)電池不再使用電解液，使其提高了安全系數(shù)?！闭驿囇芯縿?chuàng)始人、總裁墨柯在接受《中國經(jīng)營報(bào)》記者采訪時(shí)表示，國家向全固態(tài)電池技術(shù)開發(fā)投入60億元，或?qū)?dòng)社會(huì)資本以及相關(guān)企業(yè)向這一領(lǐng)域注入更多資金，以推動(dòng)我國固態(tài)電池技術(shù)的發(fā)展，這將對我國固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶來積極意義。從60億元的投入可以看到，相對于此前，國家對固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展明顯更為重視，接下來可能投入的力度也會(huì)越來越大。
“此次60億元的投入聚焦了硫化物、聚合物等不同技術(shù)路線，規(guī)避了押注單一技術(shù)路線的風(fēng)險(xiǎn)，也有利于固態(tài)電池技術(shù)發(fā)展的多元化，給予了企業(yè)更大的自主空間?！必?cái)信證券分析師楊鑫表示，此次針對6家企業(yè)的全固態(tài)電池研發(fā)專項(xiàng)投入，進(jìn)一步整合了國內(nèi)的研發(fā)力量，有望加速全固態(tài)電池的發(fā)展速度，預(yù)計(jì)全固態(tài)電池有望在2027年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)裝車。
重新審視“顛覆性技術(shù)”
固態(tài)電池被視為動(dòng)力電池的一場顛覆性革命。
根據(jù)液態(tài)電解質(zhì)在電池材料中的質(zhì)量百分比含量的不同，業(yè)界將鋰電池分為液態(tài)電池（25%）、半固態(tài)電池（5%—10%）、準(zhǔn)固態(tài)電池（0%—5%）和全固態(tài)電池（0%）。
近幾年來，固態(tài)電池一直處在汽車圈內(nèi)人士的視線之中，固態(tài)電池概念個(gè)股在資本市場亦持續(xù)活躍。個(gè)中原因是固態(tài)電池被認(rèn)為是鋰離子電池的“終極形態(tài)”。
當(dāng)前，液態(tài)鋰電池是全球鋰電池主流技術(shù)。不過，現(xiàn)有液態(tài)鋰電池能量密度已經(jīng)接近理論上限，與此同時(shí)，液態(tài)鋰電池使用的有機(jī)液態(tài)電解液具有易燃、易泄漏等問題使其存在安全風(fēng)險(xiǎn)。
相對于液態(tài)鋰電池，固態(tài)電池不再使用液態(tài)電解質(zhì)，取而代之的是熱穩(wěn)定性高、不易燃的固體電解質(zhì)，因而在安全性上更具優(yōu)勢。固態(tài)電池還能兼容更高性能的正負(fù)極材料，可以大幅提升鋰電池能量密度，使電動(dòng)汽車實(shí)現(xiàn)更高續(xù)航里程。此外，固態(tài)電池還具備高功率特性以及更好的溫度適應(yīng)性，使電動(dòng)汽車充電速度更快、使用場景更多元?；谏鲜鰞?yōu)點(diǎn)，行業(yè)內(nèi)認(rèn)為固態(tài)電池是“下一代電池技術(shù)”。
“近10年來，以硫化物固態(tài)電解質(zhì)為代表的新型固態(tài)電解質(zhì)發(fā)展迅猛，離子電導(dǎo)率趕上甚至超過了液態(tài)電解質(zhì)。目前，大家已經(jīng)形成共識，全固態(tài)電池是公認(rèn)的‘下一代電池技術(shù)’的首選方案，被列入中國、美國、歐盟、日韓等主要國家的發(fā)展戰(zhàn)略，也成為下一代電池技術(shù)競爭的關(guān)鍵制高點(diǎn)?！苯衲?月底，歐陽明高在中國全固態(tài)電池創(chuàng)新發(fā)展高峰論壇上表示，從全球固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)的布局來看，中國企業(yè)的數(shù)量最多，其次是日本，日本企業(yè)的數(shù)量雖然不多，但實(shí)力很強(qiáng)。韓國也是如此。
相較于日本、韓國等企業(yè)在全固態(tài)電池領(lǐng)域的深耕積淀，我國進(jìn)入固態(tài)電池賽道的時(shí)間更晚，而且主要是以科研機(jī)構(gòu)和院校為支撐，產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)程更慢?？傮w而言，目前我國固態(tài)電池技術(shù)處于產(chǎn)品導(dǎo)入前的技術(shù)萌芽階段。
在目前主流的液態(tài)鋰電池體系中，我國在全球動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)版圖上占據(jù)舉足輕重的地位，全球排名前十的動(dòng)力電池企業(yè)有6家來自中國。而要大舉發(fā)展固態(tài)電池，記者在采訪中了解到，行業(yè)內(nèi)目前存在矛盾糾結(jié)的心態(tài)。
行業(yè)內(nèi)較為普遍的看法是，從原料及基材生產(chǎn)、電芯及電池包裝配、電池生產(chǎn)應(yīng)用到電池回收，全固態(tài)電池將對現(xiàn)有電池全生命周期產(chǎn)業(yè)鏈造成巨大沖擊。
“固態(tài)電池技術(shù)如果成熟了，動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)現(xiàn)有的材料很多都用不到。首先，對于電解質(zhì)的需求，將從液態(tài)轉(zhuǎn)換成固態(tài)，這是兩種完全不同的材料體系，意味著目前生產(chǎn)電解液的企業(yè)要去生產(chǎn)固態(tài)電解質(zhì)。這存在一定的難度，因?yàn)槲覀冊谶@方面沒有積累。其次，隔膜也將被完全取代。這些年來，在隔膜產(chǎn)業(yè)中我們投入了大量的資金，建立了優(yōu)勢，而這些優(yōu)勢在固態(tài)電池時(shí)代基本上也會(huì)蕩然無存。在正極材料方面也存在同樣的問題。”墨柯告訴記者，“如果要大力發(fā)展固態(tài)電池，就意味著我們要進(jìn)行自我革命，這對企業(yè)而言的確是很難接受。但是，我們?nèi)绻贿M(jìn)行自我革命，將來有很大的概率會(huì)被別人顛覆。”
歐陽明高此前曾表示，就算全固態(tài)電池在2030年實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，它要想替代液態(tài)鋰離子電池50%的市場份額也需要20—30年時(shí)間。但需要注意的是，對于汽車技術(shù)而言，達(dá)到1%的市場份額已經(jīng)是一種預(yù)警。
在歐陽明高看來，全固態(tài)電池的發(fā)展是未來的必經(jīng)之路，要守住優(yōu)勢、防止被顛覆，我國動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)應(yīng)堅(jiān)持液態(tài)電池與全固態(tài)電池平衡發(fā)展的定位和目標(biāo)，加大對全固態(tài)電池的研發(fā)布局。
國家從資金層面給予支持，使業(yè)內(nèi)對固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)的信心有所增強(qiáng)。深藍(lán)科技高級項(xiàng)目總監(jiān)周安健認(rèn)為，在此次60億元國家研發(fā)項(xiàng)目的支持下，我國全固態(tài)電池的研發(fā)將提速，預(yù)計(jì)3—5年內(nèi)或追趕上日本、韓國的發(fā)展水平，預(yù)計(jì)我國全固態(tài)電池在2027年可小規(guī)模示范裝車，2030年實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)裝車。
尚需解決技術(shù)與成本等難題
固態(tài)電池目前尚未走至量產(chǎn)上車的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。從整個(gè)行業(yè)來看，全固態(tài)電池實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的時(shí)間被設(shè)定在2027—2030年。
雖然目前行業(yè)內(nèi)還存在比較大的顧慮，但是從目前的情況來看，固體電池賽道入局者眾多，其中包括傳統(tǒng)動(dòng)力電池企業(yè)、整車企業(yè)等。對于全固態(tài)電池而言，誰能夠真正率先量產(chǎn)，誰就會(huì)占據(jù)主導(dǎo)權(quán)。在此背景下，多家企業(yè)正在加快固態(tài)電池領(lǐng)域的研發(fā)和應(yīng)用進(jìn)度。
國軒高科（002074.SZ）5月17日在第13屆科技大會(huì)上發(fā)布了全固態(tài)“金石電池”。其稱，目前公司已具備半固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化能力，建成半固態(tài)電池產(chǎn)能 2GWh，此次發(fā)布的全固態(tài)電池預(yù)計(jì)將在2027年進(jìn)行小批量上車試驗(yàn)，產(chǎn)業(yè)鏈完善情況下在2030年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。
清陶能源與上汽集團(tuán)（600104.SH）的合資公司——上汽清陶計(jì)劃于2026年實(shí)現(xiàn)全固態(tài)電池正式量產(chǎn)，并完成樣車測試，2027年搭載全固態(tài)電池的智己汽車新車將實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)并交付用戶。
寧德時(shí)代（300750.SZ)首席科學(xué)家吳凱近期在一場行業(yè)會(huì)議中則表示，全固態(tài)電池的成熟度指標(biāo)若用1—9數(shù)字表示，寧德時(shí)代目前的成熟度在“4”的水平，目標(biāo)為2027年到“7—8”的水平。在他看來，2027年寧德時(shí)代全固態(tài)電池實(shí)現(xiàn)小批量生產(chǎn)的機(jī)會(huì)很大，但受成本因素制約，大規(guī)模生產(chǎn)尚不能實(shí)現(xiàn)。
相對于國內(nèi)企業(yè)現(xiàn)階段主要瞄準(zhǔn)半固態(tài)電池產(chǎn)品進(jìn)行開發(fā)，海外企業(yè)多采用全固態(tài)電池路線。記者注意到，寶馬汽車與Solid Power達(dá)成合作，預(yù)計(jì)2025年推出固態(tài)電池原型車，2030年量產(chǎn)固態(tài)電池車型。大眾汽車則與QuantumScape進(jìn)行合作，預(yù)計(jì)2025年建立固態(tài)電池量產(chǎn)線。奔馳與輝能、Factorial Energy等合作，計(jì)劃2028年批量生產(chǎn)固態(tài)電池。豐田計(jì)劃2025年推出全固態(tài)電池混動(dòng)汽車，2030年推出全固態(tài)電池純電汽車。
目前，全固態(tài)電池主要分為聚合物體系、氧化物體系、硫化物體系和鹵化物體系四種技術(shù)路徑。多位業(yè)內(nèi)受訪人士告訴記者，現(xiàn)階段，全固態(tài)電池?zé)o論哪種路線都面臨困境和瓶頸，有許多科學(xué)問題尚未解決。全固態(tài)電池要真正迎來產(chǎn)業(yè)化，行業(yè)就必須要直面挑戰(zhàn)。
“盡管固態(tài)電池具備高能量密度、高安全性和快速充放電的優(yōu)點(diǎn)，但受到固態(tài)電解質(zhì)、電極材料的固有性質(zhì)限制，固態(tài)電池目前性能有限，固-固界面點(diǎn)接觸、界面阻抗大，產(chǎn)線兼容低，生產(chǎn)成本高?！眹幐呖剖紫茖W(xué)家朱星寶5月31日在一場主題峰會(huì)上表示。
在周安健看來，從產(chǎn)業(yè)化角度來講，全固態(tài)電池的關(guān)鍵挑戰(zhàn)是商品化屬性不足，成本過高，制作條件嚴(yán)苛。他認(rèn)為，目前固態(tài)電池成本遠(yuǎn)高于液態(tài)電池，仍不具備商品屬性。固態(tài)電解質(zhì)目前制備條件苛刻，工藝難度大，用到的部分原材料價(jià)格較高。同時(shí)，全固態(tài)電池對生產(chǎn)工藝、成本和質(zhì)量控制也提出了更嚴(yán)苛的要求。
墨柯在采訪中對記者表示，目前考慮成本問題還為時(shí)尚早，對于任何一個(gè)新技術(shù)而言，成本并不是在發(fā)展早期就應(yīng)該考慮的問題，首先需要把產(chǎn)品先做出來，在這之后再考慮降成本的問題。在早期，液態(tài)鋰電池的成本也非常高。
“固態(tài)電解質(zhì)的生產(chǎn)對于溫度和濕度等各個(gè)方面的要求都極為苛刻，因此對于其生產(chǎn)的開發(fā)很費(fèi)時(shí)間。目前，三星在硫化物固態(tài)電解質(zhì)以及對應(yīng)的電池技術(shù)的開發(fā)方面相對來說比較領(lǐng)先，三星在2023年開發(fā)出了20Ah固態(tài)電池，在2023年也把第一條試生產(chǎn)線做出來了。但按照三星的計(jì)劃，要在2025年才能夠量產(chǎn)20Ah固態(tài)電池，也就是說它還要計(jì)劃用2年的時(shí)間去解決工程化方面的問題。”墨柯認(rèn)為，對于固態(tài)電池的發(fā)展而言，技術(shù)的沉淀和積累非常關(guān)鍵。
雖然在多個(gè)維度面臨較大挑戰(zhàn)，但從長期來看，行業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為固態(tài)電池市場廣闊。研究機(jī)構(gòu)EVTank在一份白皮書中指出，基于對固態(tài)電池技術(shù)路線和降本路徑的研判，預(yù)計(jì)到2030年全球固態(tài)電池的出貨量將達(dá)到614.1GWh，在整體鋰電池中的滲透率預(yù)計(jì)在10%左右，其市場規(guī)模將超過2500億元，主要為半固態(tài)電池。
