中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：8月28日，中創(chuàng)新航在成都舉辦了規(guī)模宏大的2024全球生態(tài)大會(huì)，并重磅推出“無界”全固態(tài)電池，能量密度高達(dá)430Wh/kg，容量超過50Ah，同時(shí)在電池運(yùn)行壓力、壽命、功率方面均取得重要突破。計(jì)劃于2027年小批量裝車，2028年量產(chǎn)。
不過值得注意的是，雖然將全固態(tài)電池作為顛覆式的技術(shù)創(chuàng)新，但中航高層并不認(rèn)為其會(huì)率先應(yīng)用在主流的動(dòng)力電池市場，而是會(huì)在某個(gè)細(xì)分市場，比如對(duì)能量密度和安全更加注重的eVTOL電動(dòng)飛機(jī)領(lǐng)域。那么，作為當(dāng)下最為火爆的技術(shù)方向，全固態(tài)電池到底會(huì)不會(huì)顛覆主流的動(dòng)力電池市場，本文帶您一探究竟。
一、全固態(tài)電池技術(shù)路線回顧
全固態(tài)電池原本有三條技術(shù)路線，分別是聚合物，氧化物以及硫化物（參考全固態(tài)電池路在何方），最近三年來又新增了一條鹵化物路線（參考豐田固態(tài)電池也用鹵化物電解質(zhì)？），所以目前是多種路線并存的現(xiàn)狀。其中鋰離子電導(dǎo)率最高的是硫化物電解質(zhì)，達(dá)到了32mS/cm, 是目前液態(tài)電解液的三倍（10mS/cm）; 而且材料相對(duì)成熟度也更高，日韓企業(yè)也已經(jīng)深耕多年，是短期內(nèi)最有希望量產(chǎn)的。
此外，硫化物電解質(zhì)的密度比較低，只有2g/cm3左右，與液態(tài)電解液相比增加幅度較少（1.2g/cm3）, 對(duì)于高比能電池比較友好，是目前國內(nèi)眾多企業(yè)面向下一代400Wh/kg電池的不二之選。此前廣汽集團(tuán)發(fā)布的400Wh/kg的全固態(tài)電池就是采用的硫化物電解質(zhì)，這次中航發(fā)布的430Wh/kg“無界”電池大概率也是該路線。
不過要注意的是，硫化物電解質(zhì)對(duì)環(huán)境濕度十分敏感，容易釋放有毒的硫化氫氣體，并且材料表面結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，離子電導(dǎo)率下降明顯。其加工性能堪憂，很難大規(guī)模量產(chǎn)。
所以在9月1日舉辦的第三屆世界動(dòng)力電池大會(huì)上，寧德時(shí)代CEO曾毓群講到，如果用數(shù)字1到9，表示固態(tài)電池的技術(shù)和制造成熟度，目前寧德時(shí)代研究進(jìn)展也處在4左右，只是做出了一些器件樣品，進(jìn)行一些實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證?！暗菍?duì)比全世界的情況，我們的研究應(yīng)該算是領(lǐng)先一大步，或者用英文說Second to none”。
這句英文Second to none值得我們?nèi)ド钊敕治?。字面意思來看，這代表了寧德時(shí)代硫化物全固態(tài)電池放眼全球來看是首屈一指，無出其右。
不過雖然C公司宣稱在固態(tài)電池領(lǐng)域已經(jīng)有十多年的積累，組建了接近千人的固態(tài)電池和新體系電池研發(fā)團(tuán)隊(duì)。但是針對(duì)硫化物全固態(tài)電池，業(yè)內(nèi)公認(rèn)日本豐田是最早研究的，而且在相關(guān)發(fā)明專利上也是遙遙領(lǐng)先。那為何曾總會(huì)說自家的電池Second to none呢？這可能跟電池的應(yīng)用場景相關(guān)。
二、全固態(tài)電池的應(yīng)用場景
全固態(tài)電池的核心是提升安全，而對(duì)于鋰電池而言，安全跟能量密度一般是負(fù)相關(guān)。所以說大部分企業(yè)發(fā)展全固態(tài)電池的初衷就是為了能夠在超高比能量的電池上兼顧安全性能，比如中創(chuàng)新航，起初將固態(tài)電池比能量定為300Wh/kg；而近兩年發(fā)現(xiàn)液態(tài)電池比能量320Wh/kg時(shí)也能一定程度上解決其安全問題，所以就把全固態(tài)電池的目標(biāo)瞄準(zhǔn)到400Wh/kg以上。
但是400Wh/kg的電池對(duì)于主流電動(dòng)汽車而言并不是必須的，極氪001上140kWh的麒麟電池，電芯能量密度只有285Wh/kg左右（參考麒麟電池首款高比能電芯分析）。所以中航把全固態(tài)電池的應(yīng)用場景定在了某些細(xì)分領(lǐng)域，比如對(duì)能量密度和安全要求更高的eVTOL（電動(dòng)飛機(jī)或者飛行汽車,電池成本占比較低）。寧德時(shí)代的500Wh/kg凝聚態(tài)電池也是瞄準(zhǔn)了商用大飛機(jī)這個(gè)細(xì)分市場，并沒有打算用在新能源汽車領(lǐng)域。
那么，固態(tài)電池到底能否應(yīng)用在主流的電動(dòng)汽車領(lǐng)域呢？這要從該應(yīng)用領(lǐng)域?qū)﹄姵氐闹笜?biāo)要求來看。根據(jù)艾媒咨詢的調(diào)研報(bào)告，目前制約消費(fèi)者購買汽車的主要是續(xù)航里程，充電速度，安全以及成本。
前文已經(jīng)提到過，隨著CTP技術(shù)的普及，現(xiàn)在液態(tài)三元電池已經(jīng)能實(shí)現(xiàn)千里續(xù)航，連磷酸鐵鋰都能實(shí)現(xiàn)超過800km的續(xù)航（參考小米SU7從小米SU7 Pro看神行全能電池），所以用超過400Wh/kg的全固態(tài)電池提高續(xù)航里程并沒有太大必要性。
此外，固態(tài)電池的成本跟同體系液態(tài)電池相比較也沒有任何優(yōu)勢(shì)，甚至?xí)叱龊脦妆?，所以在主流電?dòng)汽車市場基本無法大規(guī)模使用。
就連歐陽明高院士對(duì)固態(tài)電池的發(fā)展進(jìn)程也是持非常謹(jǐn)慎的態(tài)度，并沒有一步到位的想法，而是采用分步走的策略。
首先重點(diǎn)攻關(guān)固態(tài)電解質(zhì)，2025年以200Wh/kg和400Wh/L為目標(biāo)，打通全固態(tài)電池技術(shù)鏈，三元和石墨正負(fù)極基本不變，確立主體電解質(zhì)；這一步的核心是驗(yàn)證全固態(tài)能否將能量密度更高的三元電池?zé)崾Э販囟雀纳频搅姿徼F鋰的水平。
第二步和第三步分別重點(diǎn)攻關(guān)高容量復(fù)合負(fù)極和高容量復(fù)合正極，在2030年以及2035年實(shí)現(xiàn)400Wh/kg和500Wh/kg的階段目標(biāo)。
這里面尤其是注意的是2025年200Wh/kg的全固態(tài)電池，在能量密度上甚至還低于目前主流的三元電池，成本上肯定也要更高，那么其應(yīng)用場景會(huì)在哪里呢？筆者在此前的文章中分析過，大概率會(huì)是目前豐田汽車一家獨(dú)大的HEV領(lǐng)域（參考全固態(tài)電池的技術(shù)路線圖會(huì)是怎樣的？）
首先正負(fù)極材料都是成熟體系，尤其是石墨負(fù)極體積膨脹較小，電池施加的壓力也小很多，這樣只需要解決固態(tài)電解質(zhì)的問題即可，不必過多考慮主材本身的問題。
其次，固態(tài)電解質(zhì)的導(dǎo)入會(huì)導(dǎo)致能量密度下降，而HEV電池主要考慮功率和循環(huán)，對(duì)比能量要求很低。
第三，硫化物電解質(zhì)溫度范圍很寬，可以在-40~85℃下使用，避免了熱管理的需求，降低了系統(tǒng)成本。由于HEV電池一般只有1~2kWh成本更加可控，而循環(huán)壽命上進(jìn)行初期驗(yàn)證，哪怕無法滿足要求也能通過及時(shí)更換來解決。
所以說豐田一開始把固態(tài)電池定位在HEV車型上應(yīng)該是經(jīng)過深思熟慮的，后面打算直接用在BEV上應(yīng)該是看到了其高比能的潛力。如果寧德時(shí)代曾總說的Second to none屬實(shí)，那么豐田在硫化物高比能電池的進(jìn)展可能沒有那么順利。
小結(jié)：雖然全固態(tài)電池是今年鋰電池領(lǐng)域最為火爆的技術(shù)熱點(diǎn)，但其應(yīng)用場景并不一定是主流的新能源汽車，其高昂的成本和極高的比能量并非是該領(lǐng)域必須的。大概率會(huì)在某些細(xì)分市場率先取得應(yīng)用，比如需要高比能和高安全的電動(dòng)飛機(jī)領(lǐng)域，以及對(duì)功率要求極致的HEV領(lǐng)域。
全固態(tài)電池取得應(yīng)用的核心是把高比能三元電池的熱失控溫度改善到跟磷酸鐵鋰電池相近的水平。按照歐陽明高院士的研究，如果能夠把熱失控限制在固固反應(yīng)，三元電池安全性提升到磷酸鐵鋰電池這個(gè)完全可以做到的。至于成本方面，三元電池?zé)o法跟磷酸鐵鋰相媲美，得需要更為先進(jìn)的復(fù)合正極了（比如中航生態(tài)大會(huì)上發(fā)布的尖晶石LNMO電池）。
