中國儲能網(wǎng)訊：近日，天齊鋰業(yè)、贛鋒鋰業(yè)接連發(fā)力固態(tài)電池的舉動，引發(fā)行業(yè)密切關(guān)注。這兩家電池材料供應(yīng)商向下延伸業(yè)務(wù)，打破了產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)多年來天然形成的界限——上游企業(yè)專注材料供應(yīng)，電池企業(yè)積極研發(fā)電池配方。
據(jù)記者了解，天齊鋰業(yè)、贛鋒鋰業(yè)并不是簡單走發(fā)展鋰電池的老路，而是從固態(tài)、半固態(tài)電池切入。那么，它們?nèi)刖謺駧韯恿﹄姵匦袠I(yè)洗牌？
鋰電池關(guān)鍵材料接近極限
正極、負極、電解液是鋰電池的關(guān)鍵材料，經(jīng)過多年技術(shù)開發(fā)，其潛力被深度挖掘，都接近材料性能的極限值。
中南大學冶金學院教授張永柱告訴《中國汽車報》記者，鋰電池電解液的發(fā)展趨勢是液態(tài)到凝膠，然后是半固態(tài)和準固態(tài)，最后到全固態(tài)。據(jù)介紹，現(xiàn)有的鋰電池電解液約占電池質(zhì)量的25％，凝膠時將降到約10％，半固態(tài)再降到約5％，準固態(tài)時電解液的量會非常少，大約只占電池總質(zhì)量的1％，全固態(tài)電池沒有液態(tài)電解質(zhì)，固態(tài)電解質(zhì)將發(fā)揮重要作用。
磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池正極材料的極限值，顯示出較大的不同。幾年前，不少行業(yè)專家表示，磷酸鐵鋰電池的能量密度“天花板”約為180Wh/kg。后來，這個數(shù)值被突破了，但這并不是研究人員的結(jié)論出現(xiàn)差錯。據(jù)悉，能量密度不僅和正極材料相關(guān)，也與負極材料有密切聯(lián)系。早些年，鋰電池的負極普遍采用石墨，現(xiàn)在加入了硅，借助硅碳負極，磷酸鐵鋰電池的能量密度才有了進一步的提升。三元鋰電池的能量密度高于磷酸鐵鋰電池，但材料的潛能也被挖掘得接近極限值了。
張永柱介紹說，液態(tài)鋰電池的能量密度約為250～300Wh/kg，凝膠態(tài)可以做到350Wh/kg，準固態(tài)能達到400Wh/kg，全固態(tài)相比液態(tài)鋰電池的能量密度有了大幅度提升，可以達到500Wh/kg。
動力電池之所以一直被稱為鋰電池，是因為無論磷酸鐵鋰電池，還是三元鋰電池都含有鋰金屬。不過，對于現(xiàn)有的鋰電池及半固態(tài)、固態(tài)電池而言，鋰金屬在其中發(fā)揮的作用并不一樣。張永柱表示，在現(xiàn)有的動力電池中，鋰主要被應(yīng)用于正極材料和電解液中；在凝膠和半固態(tài)電池中，鋰在負極材料的預鋰化等技術(shù)中得到更多的應(yīng)用；在準固態(tài)和全固態(tài)電池中，金屬鋰負極將得到應(yīng)用，進一步增加其應(yīng)用場景。
長續(xù)駛背后的市場驅(qū)動力
資料顯示，全球電動汽車銷量領(lǐng)先的特斯拉、比亞迪、五菱宏光MINIEV都有各自顯著的產(chǎn)品特點。特斯拉不斷強調(diào)自動駕駛的高科技性，也側(cè)重宣傳續(xù)駛里程的不斷提升。比亞迪在自動駕駛市場化方面稍遜一籌，但在市場營銷中也不斷強調(diào)車輛續(xù)駛里程的提升，從最初的300公里，逐漸增加到如今的600公里，幾乎翻了一倍。五菱宏光MINIEV則突出強調(diào)性價比，一般的電動汽車企業(yè)很難在這方面實現(xiàn)超越。
特斯拉和比亞迪的技術(shù)策略起到了明顯的市場效果。數(shù)據(jù)顯示，多年來，兩家企業(yè)的電動汽車銷量穩(wěn)居排行榜前列。特斯拉和比亞迪的成功，引得其他企業(yè)競相效仿。小鵬汽車G3推出了400公里標準續(xù)航版和520公里長續(xù)航版；蔚來EC6的續(xù)駛里程達430～615公里；即便是理想ONE也突出宣傳續(xù)駛里程超過1000公里。
為贏得市場競爭優(yōu)勢，車企都追求長續(xù)駛里程吸引消費者。然而，電池技術(shù)并沒有取得重大突破。在這種情況下，它們普遍采用兩種方法增加車輛續(xù)駛里程，一是優(yōu)化電池包物理結(jié)構(gòu)；二是多“堆”電池。CTB、CTP技術(shù)，滑板底盤等應(yīng)運而生，這些新的物理結(jié)構(gòu)也為“堆”電池創(chuàng)造了條件。
一位業(yè)內(nèi)人士告訴記者，小鵬、蔚來、吉利等汽車企業(yè)用“堆”電池的方法追求車輛的長續(xù)駛，但與比亞迪相比存在明顯弱勢。原因在于，比亞迪有自己的電池工廠，而大多數(shù)車企依賴外部供應(yīng)商，“堆”電池意味著整車成本將大幅增加。近年來，動力電池原材料價格大幅上漲，汽車企業(yè)“堆”電池的成本也隨之增加，用這種辦法追求長續(xù)駛從而吸引消費者，將越來越難以為繼。在不利的市場競爭形勢下，部分汽車企業(yè)選擇突破困境，嘗試凝膠、半固態(tài)電池。
離行業(yè)洗牌還有多遠
固態(tài)電池概念很多年前就已出現(xiàn)，但一直沒有在電動汽車上實現(xiàn)量產(chǎn)。真鋰研究首席執(zhí)行官墨柯在接受記者采訪時表示，小型固態(tài)電池已有批量生產(chǎn)，主要用在一些電子產(chǎn)品上，這種固態(tài)電池的容量比較低，還不能大規(guī)模用于動力電池。
墨柯還告訴記者，固態(tài)電池的界面導電率是一個大難題，為突破這一瓶頸，有些電池企業(yè)選擇用凝膠填充，增加接觸面，從而增加導電率。
中科院物理所研究員李泓指出，混合固液電池包括半固液電解質(zhì)電池、準固態(tài)電解質(zhì)電池、固態(tài)電解質(zhì)電池三種，實現(xiàn)的方式有所不同，一是電極顆粒表面包覆了薄層固態(tài)電解質(zhì)；二是隔膜和電極孔隙中添加固態(tài)電解質(zhì)粉體或聚合物電解質(zhì)；三是濕法制極片過程中液體電解質(zhì)轉(zhuǎn)換為固體電解質(zhì)；四是電芯注入電解液后液態(tài)電解質(zhì)通過化學方法轉(zhuǎn)化為固體電解質(zhì)；五是液體電解質(zhì)通過電化學反應(yīng)在電芯內(nèi)原位轉(zhuǎn)化為固態(tài)電解質(zhì)。
國內(nèi)哪些企業(yè)在固態(tài)、半固態(tài)電池上比較領(lǐng)先？李泓告訴記者，贛鋒鋰業(yè)、孚能科技、衛(wèi)藍新能源等都瞄準了半固態(tài)電池賽道，并且取得了不錯的成果。
據(jù)介紹，贛鋒鋰業(yè)已建成0.3GWh混合固液鋰離子電池生產(chǎn)線，并具備批量化生產(chǎn)能力，首批贛鋒混合固液鋰離子電池已試裝在東風E70電動汽車上。4月新增年產(chǎn)7000噸金屬鋰項目，并且投資22億元建設(shè)高比能固態(tài)電池超薄鋰負極材料項目。贛鋒鋰業(yè)還在加緊第二代固態(tài)鋰電池的研發(fā)，第二代電池將基于高鎳三元正極、含鋰負極，能量密度超過350Wh/kg，循環(huán)壽命接近4000次。
李泓也是衛(wèi)藍新能源的首席科學家，對于該公司的半固態(tài)電池的研發(fā)進展，他沒有回復記者的提問。記者從其他渠道了解到，衛(wèi)藍新能源的半固態(tài)電池將配裝蔚來ET7，能量密度為360Wh/kg、循環(huán)壽命1000次，已通過車企及國標安全性測試，今年將實現(xiàn)2GWh產(chǎn)能。
孚能科技的半固態(tài)電池能量密度為330Wh/kg，能夠?qū)崿F(xiàn)2.2C快充，這款電池在2021年獲得美國汽車委員會的“優(yōu)秀團隊獎”，并且樣品送給整車廠檢測獲得良好反饋。
蜂巢能源的果凍電池采用凝膠電解質(zhì)，與現(xiàn)有的大多數(shù)鋰電池用電解液有所不同。凝膠電解質(zhì)具有高耐熱、自愈合的特點，通過了160℃熱箱測試、針刺測試“不起火、不冒煙”，2021年的第一代果凍電池能量密度為250～300Wh/kg，預計2023年達到300～350Wh/kg，2025年達到350～400Wh/kg。
一位業(yè)內(nèi)人士告訴記者，固態(tài)電池是電動汽車的發(fā)展方向，在技術(shù)難題還不能完全攻克的情況下，半固態(tài)電池將是一個不錯的過渡產(chǎn)品。不遠的將來，這個領(lǐng)域的領(lǐng)先企業(yè)將處于市場競爭的有利地位，屆時動力電池市場將會面臨一次新的洗牌。
