中國儲能網(wǎng)訊：在政策、技術(shù)和需求的多重驅(qū)動下，今年固態(tài)電池市場的熱度和產(chǎn)業(yè)化進程進一步提升。
硫化物固態(tài)電解質(zhì)迎來產(chǎn)業(yè)化拐點、疊加以eVTOL為代表的細分領(lǐng)域爆發(fā)差異化應用需求，固態(tài)電池整體加速從研發(fā)邁向產(chǎn)業(yè)成果轉(zhuǎn)化，工程化驗證又推動了創(chuàng)新工藝、設備的研發(fā)與落地。
與此同時，車企、電池企業(yè)、材料企業(yè)、固態(tài)電池初創(chuàng)公司，多方勢力各自活躍又不斷深化合作，市場關(guān)注焦點也從全固態(tài)“何時量產(chǎn)”向“誰先量產(chǎn)”轉(zhuǎn)變。
在此背景下，11月20-22日，2024高工鋰電年會暨金球獎頒獎典禮將在深圳前海華僑城JW萬豪酒店重磅啟幕。本屆年會主題為“重整邊界 重構(gòu)價值 重塑生態(tài)”。
屆時，多家固態(tài)電池領(lǐng)域企業(yè)領(lǐng)袖將在高工鋰電年會上發(fā)表主題演講。截至目前，已經(jīng)有超20家固態(tài)領(lǐng)域企業(yè)領(lǐng)袖演講及出席。
其中，中國工程院院士陳立泉，欣旺達動力、衛(wèi)藍新能源、利元亨、清研納科、屹鋰科技、中科深藍匯澤、中科固能、嘉拓智能、華彩科技、精誠時代、麻省固能、先導集團、藍廷新能源、博路威、力神電池、超威集團等電池、材料、設備企業(yè)的領(lǐng)袖高層將做主題演講或圓桌對話，更多固態(tài)企業(yè)正在邀請確認中。
從固態(tài)電解質(zhì)突破到關(guān)鍵材料體系搭建，從產(chǎn)品開發(fā)到擇定細分應用場景先行驗證，固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的邏輯愈發(fā)清晰，競爭格局日益豐富，以固態(tài)電池為中心的“卡位戰(zhàn)”已然開啟。
1、差異化需求浮現(xiàn)，混合固液、全固態(tài)電池獲得新催化。
追尋市場目光來看，先前海內(nèi)外車企被認為是固態(tài)電池搶先布局和進度推動的主要勢力，新能源汽車也由此被認為是固態(tài)電池率先批量搭載的場景。
國內(nèi)混合固液電池已于今年實現(xiàn)裝車。2023年底，蔚來汽車聯(lián)合衛(wèi)藍新能源推出首款混合固液電池產(chǎn)品，電芯能量密度達360Wh/kg、以150kWh系統(tǒng)設計可支持1000km續(xù)航，成為了固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化的首個標桿案例。
今年以來，衛(wèi)藍新能源主導的混合固液電池開始出貨，截至7月份的累計裝車量已突破2.6GWh。8月，SES AI的100Ah混合固液鋰金屬電芯通過GB 38031-2020《電動汽車用動力蓄電池安全要求》安全測試，成為行業(yè)首個通過該標準的鋰金屬電芯，技術(shù)初創(chuàng)企業(yè)混合固液電池產(chǎn)品的上車進程也不斷加快。
以上均意味著混合固液電池在技術(shù)、制造工藝、批量應用上的成熟度不斷提升，市場認可度隨之高漲。
由此出發(fā)，混合固液電池技術(shù)及產(chǎn)品開始向商用車、儲能、無人機、eVTOL等細分場景滲透，追求通過對高安全、高充放倍率、高能量密度等差異化需求的滿足來提前搶占市場。
混合固液儲能示范項目頻出，鵬輝能源、南都電源等儲能企業(yè)入局固態(tài)，寧德時代凝聚態(tài)電池搭載4噸級電動飛機成功試飛等，均是固態(tài)電池應用場景不斷拓寬的證明。
2023年初，力神電池第二代混合固液電池產(chǎn)品就已規(guī)模化應用于物流無人機，飛行續(xù)航300公里；第三代混合固液電池產(chǎn)品，同時面向純電動長續(xù)航乘用車、eVTOL等領(lǐng)域，采用軟包形態(tài)，能量密度高達402Wh/kg，循環(huán)壽命1000次，計劃2025年量產(chǎn)。
與此同時，消費電子、輕型電動車等電芯容量要求小、但性能要求高的領(lǐng)域，也正在推動全固態(tài)電池加速量產(chǎn)。
10月，屹鋰科技宣布其位于江西于都的0.5GWh全固態(tài)消費電池量產(chǎn)線正式投產(chǎn)，為產(chǎn)業(yè)帶來了全固態(tài)電池開啟量產(chǎn)新階段的積極信號。此前，公司成功研發(fā)并制備出2Ah及5Ah的全固態(tài)電池軟包電芯，能量密度達到410Wh/kg、充放電循環(huán)壽命達到2000次以上，計劃率先在消費電子領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)商用。
2、賽道活躍，投擴產(chǎn)并行，主流技術(shù)路線逐步清晰。
固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化的加速，也可以從資金、企業(yè)的持續(xù)活躍中反映出來。
今年來，寧德時代、中創(chuàng)新航、國軒高科、億緯鋰能、欣旺達等電池企業(yè)，廣汽、上汽、長安等車企紛紛公開固態(tài)電池量產(chǎn)時間表。
其中電池企業(yè)的規(guī)劃趨于謹慎，認為2027年會是全固態(tài)電池（大容量/車規(guī)級）小批量制備的節(jié)點。其中欣旺達計劃在2026年建設1GWh全固態(tài)產(chǎn)線，實現(xiàn)60Ah電芯的初步量產(chǎn)，并將成本控制在2元/Wh以下。
部分車企則更大膽地將全固態(tài)電池的裝車節(jié)點設定為2025、2026年。自研，或者與掌握研發(fā)經(jīng)驗與核心技術(shù)的初創(chuàng)企業(yè)建立深度合作，是當前車企推動固態(tài)電池落地的兩種形式。市場也愈發(fā)好奇，全固態(tài)量產(chǎn)應用的“圣杯”將由哪一股勢力最先捧得。
固態(tài)電池正是在市場喧囂與火熱競爭中不斷推進，一些共識已經(jīng)形成：
復合固態(tài)電解質(zhì)（聚合物+無機物）成為混合固液的主流選擇，今年新投產(chǎn)的固態(tài)電池生產(chǎn)項目也集中于此。
硫化物開始被頭部企業(yè)集中選擇，被認為是最有潛力實現(xiàn)全固態(tài)的技術(shù)路線，多家企業(yè)正集中攻克20Ah級別硫化物全固態(tài)電池制備的難關(guān)。
與此同時，面向固態(tài)電池領(lǐng)域（包含電池、電解質(zhì)、硅基負極等）的投資還在不斷繼續(xù)，據(jù)統(tǒng)計2024年前三季度共發(fā)生19筆融資事件，已達到了2022、2023年的全年融資規(guī)模。
其中值得關(guān)注的是，如聚焦硫化物-聚合物全固態(tài)路線，產(chǎn)品歷經(jīng)四代迭代的中科深藍匯澤，新增來自中石化等的數(shù)億元融資；太藍新能源于8月獲得來自長安汽車等的數(shù)億元B輪融資。
以上兩起融資事件，反映出傳統(tǒng)能源企業(yè)通過固態(tài)電池參與新能源轉(zhuǎn)型的決心，同時也為固態(tài)電池技術(shù)落地提供了更為扎實的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)。
3、新老勢力匯合，固態(tài)電池核心材料體系率先迎來產(chǎn)業(yè)化拐點。
固態(tài)電池技術(shù)路線逐漸明確，背后是以固態(tài)電解質(zhì)為核心的材料體系在性能和工藝上的持續(xù)突破。在此過程中，傳統(tǒng)鋰電材料與“固態(tài)電池材料體系”的界限也逐漸模糊并走向融合。
固態(tài)電解質(zhì)曾被認為是對鋰電四大主材中電解液、隔膜的替代。但實際上，是固態(tài)電解質(zhì)、固態(tài)電解質(zhì)層同時充當了電解液與隔膜的功能；同時推動電極/電解質(zhì)的界面修飾和改性研究，則是提供固態(tài)電池整體性能的關(guān)鍵。因此，固態(tài)電池產(chǎn)品的形態(tài)定義、制造工藝等，實際上迫切需要鋰電產(chǎn)業(yè)一直以來所積累的工程化經(jīng)驗的支撐。
如在溶劑、鋰鹽中加入聚合物和引發(fā)劑等形成液態(tài)電解質(zhì)，再通過光、熱或電化學反應轉(zhuǎn)化為固態(tài)電解質(zhì)，便是目前受到行業(yè)重視的原位固化工藝。
又如固態(tài)電解質(zhì)制備的主流工藝之一高溫固相合成，是一個對粉體進行高溫燒結(jié)的過程，類似于正負極活性材料的制備；固態(tài)電解質(zhì)膜的制備，同樣有干、濕法工藝路線之分，對成膜厚薄、均勻度、孔徑大小、防止刺穿等關(guān)鍵性能上也有著與隔膜一樣的要求。
此外，固態(tài)電池若想突破400Wh/kg以上能量密度，需要依托富錳正極和鋰金屬負極，固態(tài)電池整體進度的加快，也正在對正負極材料企業(yè)提出更為緊迫的要求。
因此，固態(tài)產(chǎn)業(yè)中可以看到越來越多來自天賜材料、星源材質(zhì)、恩捷股份等傳統(tǒng)電解液、隔膜企業(yè)，還有正負極企業(yè)的進展與動態(tài)。如宜賓鋰寶通過制造納米級的顆粒來增加固態(tài)電解質(zhì)與電極材料的接觸面積，從而提高電池的充放電速度和效率；通過復合材料技術(shù)，增強電解質(zhì)材料與正極材料結(jié)合等，
對于傳統(tǒng)鋰電材料企業(yè)來說，進入固態(tài)電池供應鏈，甚至成為電解質(zhì)等關(guān)鍵材料供應商，將推動其在電芯BOM端價值量占比的大幅提升（較液態(tài)）。固態(tài)電池帶來的是重塑產(chǎn)業(yè)格局的機會。
固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化的先決條件是固態(tài)電解質(zhì)及原材料的產(chǎn)業(yè)化，而不同技術(shù)路線并非相互取代的關(guān)系，而是長期共存、互相配合。
今年，部分聚合物、氧化物固態(tài)電解質(zhì)以電解液、漿料、電解質(zhì)膜等形態(tài)進入出貨階段。
如藍廷新能源依托隔膜研究和MOF材料優(yōu)勢，開發(fā)出高性能（半）固態(tài)電池用固態(tài)電解質(zhì)、固態(tài)電解質(zhì)膜片、MOF涂覆隔膜、固態(tài)電解質(zhì)涂覆隔膜、粘結(jié)劑等產(chǎn)品，已密集向電池企業(yè)送樣復合膜，反饋對電池倍率、循環(huán)有明顯改善，預計年內(nèi)形成銷售訂單，率先在混合固液電池中批量應用。
隨著性能上界面接觸、離子電導率的突破、制備上低溫、液相合成工藝的發(fā)展，硫化物固態(tài)電解質(zhì)產(chǎn)能也在中科固能、瑞固新材等企業(yè)的推動下，進入了開工建設的實質(zhì)推進階段。2025年將迎來多條百噸級硫化物產(chǎn)線的跑通，其安全、穩(wěn)定、規(guī)模制備的問題有望在產(chǎn)線中得到解決。
同時，固態(tài)電池初創(chuàng)企業(yè)也不斷通過產(chǎn)業(yè)合作來豐滿羽翼。如以定位為硫化物固態(tài)電解質(zhì)供應商的中科固能為例，其在今年已經(jīng)與高能數(shù)造、中車戚墅堰、琥崧集團、寶晟能源、徐工創(chuàng)投、璞泰來等多家企業(yè)建立合作。可看出哪怕僅是固態(tài)電池核心材料的量產(chǎn)推進，同樣需要產(chǎn)業(yè)鏈上下游的協(xié)同配合。
4、設備研發(fā)、出貨加速，固態(tài)產(chǎn)業(yè)生態(tài)逐漸成型。
無論混合固液還是全固態(tài)，想達到量產(chǎn)并降本兩大目的，都離不開工藝與設備的研發(fā)創(chuàng)新。新型材料體系的制備工藝，對良率與效率都提出了更高的要求。
無論是出于更兼容硫化物電解質(zhì)的考慮，還是工藝簡單、無溶劑污染、降低生產(chǎn)成本、提高能量密度等優(yōu)勢，干法工藝在固態(tài)電池中的應用受到越來越多關(guān)注，但也對混合均勻度、纖維化、輥壓精度、壓實密度等都帶來更多挑戰(zhàn)。最終對于電解質(zhì)膜的制備來說，需要的是在離子導電性、厚度和機械性能之間取得巨大平衡。
因此雖然固態(tài)電池工藝尚未定型，但工藝難題的攻克離不開鋰電設備廠商基于過往制造經(jīng)驗提出解決思路并進行驗證。
曼恩斯特全固態(tài)電池干法復合制膜一體機，具備多輥并排連軋、伺服輥縫控制、集成化設計三大特點。通過多輥并排連軋，可實現(xiàn)膜片的多級壓延成型，進一步提高了膜片的密實度和均勻性。伺服輥縫控制技術(shù)，能夠精確調(diào)節(jié)壓輥輥縫間隙、壓力及溫度，從而確保膜片的制備過程更加穩(wěn)定可靠。設備集成了放卷、復合及收卷功能于一體，能夠集流體與膜片的高效復合。
清研納科干法電極成型覆合一體機，雙面同時覆合、10-20輥的多輥設計，疊加伺服液壓輥縫控制，可實時檢測輥縫與壓力，輥縫控制精度可達1μ，切邊寬度自動對齊，糾偏閉環(huán)調(diào)節(jié)，雙軸自動收放卷，輥壓寬度1000mm，產(chǎn)速度80m/min，厚度精度控制在±2μm。
華彩科技干法制備自支撐膜技術(shù)，可實現(xiàn)小于2% PTFE含量的石墨負極，及NCM正極配方的纖維化，并顯著提升纖維化物料內(nèi)部活性物質(zhì)、SP及纖維拉絲包覆的均勻性；干法工藝極片張力可達0.5MPa以上，同時支持350mm幅寬的自支撐膜中試規(guī)模連續(xù)化生產(chǎn)。
嘉拓智能對輥/多輥干法電極輥壓設備，其膜寬＞1000mm，膜片張力≥4N，輥子可獨立驅(qū)動，轉(zhuǎn)速、壓力可獨立控制，并實現(xiàn)閉環(huán)控制輥縫、成膜厚度、壓實密度。
博路威BENDCON撓度分區(qū)可控輥技術(shù)，可智能調(diào)整各個分區(qū)壓力；進料測厚、出料測厚系統(tǒng)聯(lián)控，和目標厚度一起分析，參與輥壓系統(tǒng)智能計算，實現(xiàn)厚度智能閉環(huán)控制。能滿足高均勻性極片輥壓、寬幅電池極片輥壓的要求。
不過，出于設備投入成本、技術(shù)成熟度等考慮，濕法涂布工藝也依舊存在于固態(tài)電解質(zhì)層的制備中。精誠時代自主研制2.5D多層共擠、涂布解析系統(tǒng)，能夠精確模擬涂布過程中的流體動態(tài)，以合理優(yōu)化的模頭設計，確保涂布的精度和一致性，有望推動固態(tài)電解質(zhì)膜的批量生產(chǎn)。
為提高涂布質(zhì)量，方恩電子推出固態(tài)電池極片保護膠帶，剝離力＜5g/25mm，可有效防止極片出現(xiàn)打皺現(xiàn)象；總厚度不超過30μm，黏貼后不影響輥壓工藝，同時在輥壓時也能夠給予極片一定強度，降低了極片破損的可能性。
另有行業(yè)人士指出，固態(tài)電池工程化驗證難度大，引入整線解決方案，能夠更好地把控生產(chǎn)條件的一致性，有利于新工藝的高效驗證。
先導智能全固態(tài)整線解決方案，在電芯結(jié)構(gòu)緩沖件成形、無隔膜疊片、連續(xù)致密化、高壓化成分容等關(guān)鍵技術(shù)上具備優(yōu)勢，疊加采用干法電極與高度集成化設計，設備制成工序相對傳統(tǒng)工序大幅減少，最終能夠?qū)崿F(xiàn)人力需求降低20%、整體投入降低30%。
利元亨則于近期中標國內(nèi)頭部企業(yè)的第一條硫化物固態(tài)電池整線項目，該項目覆蓋了固態(tài)電池生產(chǎn)的前段、中段和后段設備。
