中國儲能網(wǎng)訊：據(jù)國家知識產(chǎn)權(quán)局發(fā)布，中國在全球固態(tài)電池關(guān)鍵技術(shù)專利申請總量中占據(jù)了36.7%，近五年年均增速20.8%，位居全球第一。
21世紀，什么是能源的終極形式？這個答案，正在逐漸向人們揭開謎底。
中國儲能網(wǎng)獲悉，4月28日，在CIBF2024先進電池前沿技術(shù)研討會上，寧德時代首席科學(xué)家吳凱罕見透露了公司車用全固態(tài)電池研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化進展。吳凱介紹說，目前公司的技術(shù)成熟度，大概在4的水平（以1—9評分體系），寧德時代的目標是到2027年達到7—8的水平，這意味著可以小批量（生產(chǎn)全固態(tài)電池），且機會很大，但大批量生產(chǎn)可能仍然會面臨成本等問題。
此前在2023年4月，寧德時代發(fā)布了凝聚態(tài)電池，單體能量密度最高可達500Wh/kg。該電池采用半固態(tài)的膠質(zhì)電解液，是一種介于液態(tài)電池與固態(tài)電池之間的技術(shù)路線。
2023年12月，寧德時代在互動平臺稱，公司致力于解決固態(tài)電池的各種工程技術(shù)難題，并擁有大量技術(shù)儲備。
在本次寧德時代公布的全固態(tài)電池時間表里，2027年是其一個重要時間節(jié)點，而這也恰恰是日本企業(yè)宣布將向市場投放固態(tài)電池的時間。
在這場已經(jīng)進入緊張倒計時的固態(tài)電池國際競賽中，到底誰能笑到最后？
什么是固態(tài)電池？
中國儲能網(wǎng)查閱公開資料發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前，傳統(tǒng)液態(tài)鋰電池的能量密度已經(jīng)接近350Wh/kg的理論極限，同時仍存在電池?zé)崾Э氐劝踩[患。而固態(tài)電池具有高安全性、高能量密度、不可燃、耐高溫、無腐蝕、不揮發(fā)和長循環(huán)壽命的特點，克服了傳統(tǒng)液態(tài)鋰離子電池中電解液泄漏、電極短路等現(xiàn)象，降低了熱失控的發(fā)生概率。正逐漸成為電動汽車、儲能設(shè)備、便攜式設(shè)備以及清潔能源領(lǐng)域理想的能源存儲解決方案，被全球公認為下一代電池的主流方向。
固態(tài)電池與傳統(tǒng)液態(tài)電池的核心區(qū)別，在于固態(tài)電解質(zhì)取代傳統(tǒng)液態(tài)鋰電池的電解液和隔膜。根據(jù)不同的固態(tài)電解質(zhì)分類，固態(tài)電池有三大主流技術(shù)路線：聚合物固態(tài)電池、氧化物固態(tài)電池、硫化物固態(tài)電池。綜合來看，這三大技術(shù)路線各有優(yōu)缺點，各有技術(shù)難題待突破，其中硫化物在全固態(tài)電池中發(fā)展?jié)摿ψ畲蟆?
在固態(tài)電池中，固態(tài)電解質(zhì)是最為關(guān)鍵的部件，其技術(shù)路線可分為聚合物、氧化物、有機-無機復(fù)合、硫化物等。聚合物固態(tài)電解質(zhì)發(fā)展較早，已在部分領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)應(yīng)用，但其在室溫下離子電導(dǎo)率低，升溫后離子電導(dǎo)率提升但存在消耗能量和增加成本的問題；氧化物固態(tài)電解質(zhì)綜合性能好，制約其發(fā)展的重要因素是電解質(zhì)和電極之間界面阻抗較大，界面反應(yīng)造成電池容量衰減；硫化物固態(tài)電解質(zhì)與鋰電極的界面穩(wěn)定性較差，但由于離子電導(dǎo)率極高、電化學(xué)穩(wěn)定窗口較寬，受到了眾多企業(yè)的青睞，尤其是日韓企業(yè)投入了大量資金進行研究。
不久前，中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所宣布，該研究所先進儲能材料與技術(shù)研究組在硫化物電解質(zhì)研究取得新進展，解決了硫化物全固態(tài)電池疊層工藝的行業(yè)痛點及瓶頸問題，打通了硫化物全固態(tài)電池的大型車載電池制作工藝的最后一道難關(guān)，在硫化物軟包電池疊片技術(shù)上取得關(guān)鍵性突破，但目前處于產(chǎn)線實驗階段。中科院青島所的目標是在2026年實現(xiàn)硫化物全固態(tài)電池批的量產(chǎn)。
生產(chǎn)成本過高是量產(chǎn)最大難點
目前，由于受到材料技術(shù)、制備技術(shù)還不夠成熟，生產(chǎn)成本過高等因素的制約，行業(yè)普遍認為全固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化至少還需5年時間。
吳凱對此表示，從寧德時代全固態(tài)電池的技術(shù)成熟度和制造成熟度來看，有望在未來3年逐步進入成熟期，真正開啟量產(chǎn)化進程。他還透露，目前解決方案進展比較快的硫化物路線，率先量產(chǎn)的可行性較大。
吳凱總結(jié)說，全固態(tài)電池要率先解決的問題主要有四方面：一是固固界面的問題；二是鋰金屬負極的應(yīng)用問題；三是硫化物電解質(zhì)在空氣中不穩(wěn)定及成本問題；四是全固態(tài)電池的生產(chǎn)難題。對此，寧德時代研發(fā)了單晶正極多層級全包覆技術(shù)，還研發(fā)了多功能復(fù)合粘結(jié)劑，幫助穩(wěn)定極片導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。
據(jù)吳凱介紹，針對鋰金屬負極使用時候的鋰枝晶問題，公司認為相變自填充技術(shù)是可行方案。同時，寧德時代還優(yōu)化了鋰金屬負極的多相導(dǎo)鋰界面，構(gòu)筑界面離子傳輸“高速公路”，使鋰金屬負極循環(huán)平均庫倫效率大于99.9%。
針對硫化物電解質(zhì)的環(huán)境穩(wěn)定性問題，寧德時代開發(fā)了表面疏水層可逆包覆技術(shù)，實現(xiàn)高空氣穩(wěn)定性電解質(zhì)的制備。除此以外，目前電解質(zhì)的價格1公斤在5萬元以上，通過開發(fā)新型合成路線和低含鋰量材料，新的合成方案可以降低量產(chǎn)成本。
不過，雖然寧德時代公布了全固態(tài)電池小批量生產(chǎn)的時間節(jié)點，但這里要強調(diào)的是，吳凱也明確提到“大批量生產(chǎn)可能仍然會面臨成本等問題?！睋?jù)日本科學(xué)技術(shù)振興機構(gòu)估計，在設(shè)施方面，制造全固態(tài)電池所需的設(shè)施成本是目前鋰離子電池的10至20倍。材料方面，該機構(gòu)表示，全固態(tài)電池的生產(chǎn)成本達到采用液態(tài)電解質(zhì)的鋰電池的4-25倍，電解質(zhì)在材料成本中占到76%。
據(jù)了解，液態(tài)鋰電池的成本大約在120-200美元/KWh，預(yù)計2026年固態(tài)電池的成本大概是800美元/kWh。這也意味著，僅70kWh的固態(tài)電池成本便接近40萬元。
因此，降本已經(jīng)成為固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化的的關(guān)鍵突破口，豐田正是在其固態(tài)電池技術(shù)取得關(guān)鍵突破后，向外界公布了其電動汽車電池的尺寸、成本和重量減半的雄心。
群雄逐鹿的固態(tài)電池賽道
目前，全球范圍內(nèi)固態(tài)電池主要處于研發(fā)和試制階段，由于日韓和歐美等海外企業(yè)主攻硫化物技術(shù)路線，致力于全固態(tài)電池，因此產(chǎn)業(yè)化進程相對緩慢。而多數(shù)國內(nèi)企業(yè)主攻氧化物技術(shù)路線，選擇了產(chǎn)業(yè)化較為容易的半固態(tài)電池作為過渡階段產(chǎn)品。
另據(jù)國家知識產(chǎn)權(quán)局發(fā)布的信息，中國在全球固態(tài)電池關(guān)鍵技術(shù)專利申請總量中占據(jù)了36.7%，近五年年均增速20.8%，位居全球第一。這表明中國在固態(tài)電池技術(shù)研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化方面已顯現(xiàn)領(lǐng)先態(tài)勢，并且部分企業(yè)已進入半固態(tài)電池量產(chǎn)階段。
中國儲能網(wǎng)注意到，目前，以衛(wèi)藍新能源和贛鋒鋰電等為代表的中國企業(yè)已經(jīng)實現(xiàn)了半固態(tài)電池的量產(chǎn)裝車。北京太藍新能源也成功研發(fā)出全球首款能量密度高達720Wh/kg的“車規(guī)級”全固態(tài)鋰金屬電池。寧德時代也宣布，公司的凝聚態(tài)電池能量密度已經(jīng)達到了最高500Wh/kg，續(xù)航里程可達1500km。
此外，領(lǐng)新新能源的20GWh大容量凝膠聚合物固態(tài)電池的項目，擬投資106億元，2024年實現(xiàn)3GWh建成投產(chǎn)，2026年實現(xiàn)10GWh量產(chǎn)。上汽集團與清陶能源共同設(shè)立在烏海市投建了10GWh固態(tài)電池零碳產(chǎn)業(yè)園區(qū)。而近日上汽智己發(fā)布的最新車型智己L6，應(yīng)用了準900V超快充固態(tài)電池，而廣汽集團也表示，全固態(tài)電池在能量密度、安全性和制造技術(shù)方面已實現(xiàn)階段性突破，并計劃在2026年完成全固態(tài)電池開發(fā)。
業(yè)內(nèi)人士認為，在動力電池市場，短期看半固態(tài)電池，長期要看全固態(tài)?？梢灶A(yù)見，今后3年在全固態(tài)電池這個競爭激烈的賽道上必將戰(zhàn)火連綿。等賽完這場國內(nèi)群雄大會，2027年，中國鋰電企業(yè)還將迎戰(zhàn)渡海西來的日本高手，那將是一場更殘酷的決定未來數(shù)十年電池產(chǎn)業(yè)鏈格局的世界之戰(zhàn)。誰能笑到最后？我們拭目以待。
