中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：4月12日，廣汽昊鉑“全固態(tài)”電池亮相廣汽科技日。這是繼4月8日智己L6發(fā)布之后，固態(tài)電池又一次被推到了“風(fēng)口浪尖”。目前包括北汽、福田、吉利、東風(fēng)、賽力斯、蔚來、上汽、長(zhǎng)安、廣汽等在內(nèi)的中國車企，以及寶馬、大眾、豐田、日產(chǎn)、福特等國際車企都已發(fā)布固態(tài)電池（含半固態(tài)、凝聚態(tài)、全固態(tài)等電池類型）商業(yè)化進(jìn)展或計(jì)劃。固態(tài)電池真的進(jìn)入商業(yè)化的爆發(fā)前夜了嗎？產(chǎn)業(yè)的商業(yè)化之路還有多遠(yuǎn)？
產(chǎn)業(yè)仍處早期階段
固態(tài)電池是一種使用固體電極和固體電解質(zhì)的電池技術(shù)。與傳統(tǒng)鋰離子電池和鋰離子聚合物電池使用的液態(tài)電解質(zhì)不同，固態(tài)電池采用固態(tài)電解質(zhì)來傳導(dǎo)離子，不具備可燃性，同時(shí)能搭配更高能正負(fù)極活性材料，可以大幅提升能量密度，從而延長(zhǎng)續(xù)航里程。
動(dòng)力電池的能量密度是衡量電池容量的一個(gè)重要指標(biāo)。一款電池的能量密度越大，意味著在相同體積或重量下，電池可以存儲(chǔ)更多的能量。2022年6月23日，寧德時(shí)代發(fā)布的麒麟電池，其能量密度達(dá)255Wh/kg，達(dá)到了液態(tài)電池的上限（公認(rèn)的液態(tài)鋰離子電池的最高密度理論值為300Wh/kg）。2023年8月29日，上汽集團(tuán)與其投資入股的清陶能源宣布，二者聯(lián)合開發(fā)的第一代固態(tài)電池已完成裝車試驗(yàn)，單體能量密度達(dá)368Wh/kg，測(cè)試車輛最大續(xù)航里程達(dá)到1083公里，充電10分鐘續(xù)航增加400公里。今年4月8日，該款電池在智己汽車發(fā)布的新款電動(dòng)汽車上實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。
事實(shí)上，新款智己L6搭載的這款準(zhǔn)900V超快充“光年”固態(tài)電池，按照分類應(yīng)屬于半固態(tài)電池。固態(tài)電池根據(jù)是否含電解液可以分為半固態(tài)電池和全固態(tài)電池，其中半固態(tài)電池電解液含量在10%以下，而全固態(tài)電池不含電解液。隨著固態(tài)電池中液態(tài)電解液添加量逐步減少，固態(tài)電解質(zhì)含量增加，電池的能量密度和安全性能夠得到更大的提升。
雖然固態(tài)電池具備高安全性、高能量密度、長(zhǎng)壽命等諸多優(yōu)勢(shì)，其發(fā)展與產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用仍然受到多方面因素的限制。據(jù)中信證券梳理，固態(tài)電池目前面臨的核心問題包括：一是成本居高，經(jīng)濟(jì)性差；二是高電導(dǎo)率和良好加工性能難以兼顧；三是固態(tài)電解質(zhì)與電極材料之間界面接觸差。
近年來，各大車企、動(dòng)力電池廠商均在積極突破技術(shù)瓶頸，布局固態(tài)電池，如寧德時(shí)代、億緯鋰能、長(zhǎng)安汽車等，均取得了不小的進(jìn)展。
4月3日，蔚來發(fā)布了150kWh的固態(tài)電池包，采用固液混動(dòng)電解質(zhì)，屬于半固態(tài)電池。該電池包的能量密度達(dá)到360Wh，官方數(shù)據(jù)顯示CLTC（美國環(huán)保署制定的測(cè)試方法）續(xù)航里程可達(dá)到1055公里。
4月4日，太藍(lán)新能源對(duì)外宣布在固態(tài)電池技術(shù)領(lǐng)域取得重大突破，成功研發(fā)出世界首塊車規(guī)級(jí)單體容量120Ah、實(shí)測(cè)能量密度高達(dá)720Wh/kg的超高能量密度體型化固態(tài)鋰金屬電池。
目前，固態(tài)電池技術(shù)處于產(chǎn)業(yè)化的早期階段。中商產(chǎn)業(yè)研究院分析，2024年，半固態(tài)電池有望批量應(yīng)用于新能源車市場(chǎng)，產(chǎn)業(yè)化持續(xù)加速。
中國科學(xué)院院士、清華大學(xué)教授歐陽明高今年年初曾公開表示，全固態(tài)電池是公認(rèn)的下一代電池的首選方案之一，也是下一代電池技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)鍵制高點(diǎn)，中國既要發(fā)展?jié)u進(jìn)性的半固態(tài)技術(shù)路線，也要防范激進(jìn)型全固態(tài)技術(shù)路線帶來的顛覆性風(fēng)險(xiǎn)。
企業(yè)競(jìng)相加速布局
與液態(tài)鋰離子電池產(chǎn)業(yè)鏈類似，固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)鏈主要包括：上游基礎(chǔ)材料及設(shè)備（原材料礦產(chǎn)、電芯材料以及生產(chǎn)設(shè)備）；中游電池包加工制備（電池封裝集成、電源管理系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)）；下游應(yīng)用領(lǐng)域（新能源汽車、消費(fèi)電子、儲(chǔ)能、電動(dòng)工具等）。
固態(tài)電池與液態(tài)鋰離子電池主要區(qū)別在于固態(tài)電解質(zhì)代替隔膜與電解液。此外，由于固態(tài)電池的電壓耐受能力更高，因此正負(fù)極及可選材料體系也較為豐富。
正極材料方面，固態(tài)電池可以沿用傳統(tǒng)液態(tài)電池的正極材料體系，但由于固態(tài)電池具有更寬的電化學(xué)窗口，因此可以兼容更高電壓的正極材料。近年來，得益于終端市場(chǎng)的強(qiáng)勢(shì)增長(zhǎng)及海外出口增加帶動(dòng)，中國正極材料市場(chǎng)整體呈快速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。資料顯示，2023年，中國正極材料出貨量248萬噸，同比增長(zhǎng)31%。
從企業(yè)出貨量來看，2022年，湖南裕能市場(chǎng)份額近15%，排名第一；德方納米排名第二；天津巴莫出貨量份額占比約5%，排名第三。湖南裕能主要產(chǎn)品包括：磷酸鐵鋰、三元材料等鋰離子電池正極材料，目前以磷酸鐵鋰為主。德方納米的核心產(chǎn)品是磷酸鹽系正極材料。天津巴莫以三元材料和鈷酸鋰為主，已具備年產(chǎn)106000噸正極材料的生產(chǎn)能力。
負(fù)極材料方面，固態(tài)電池對(duì)高能量密度的要求，將促使負(fù)極材料從石墨負(fù)極向硅基負(fù)極發(fā)展，長(zhǎng)遠(yuǎn)將向金屬鋰負(fù)極迭代。受益于國內(nèi)外新能源汽車等終端市場(chǎng)增長(zhǎng)拉動(dòng)，我國鋰電池相關(guān)行業(yè)發(fā)展快速，負(fù)極材料市場(chǎng)需求增大。
目前，已有多家企業(yè)布局固態(tài)電解質(zhì)。例如，上海洗霸與中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所簽署固態(tài)電解質(zhì)材料技術(shù)相關(guān)知識(shí)產(chǎn)權(quán)轉(zhuǎn)讓協(xié)議。東方鋯業(yè)的固態(tài)電池電解質(zhì)包括：聚合物聚環(huán)氧乙烷、鋰的硫化物、氧化物鋰磷氧氮、鋰鑭鋯氧等。三祥新材專注于鋯系制品、鑄改新材料等工業(yè)新材料的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售。
在新能源車應(yīng)用領(lǐng)域，多家車企已開始規(guī)劃固態(tài)電池裝車：廣汽計(jì)劃2026年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)；大眾計(jì)劃2025年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)；豐田計(jì)劃2025年推出搭載全固態(tài)電池車型，2030年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。
在儲(chǔ)能應(yīng)用領(lǐng)域，得益于我國電化學(xué)儲(chǔ)能市場(chǎng)的快速發(fā)展，應(yīng)用規(guī)模將持續(xù)擴(kuò)大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2023年，我國新增并網(wǎng)運(yùn)行的電化學(xué)儲(chǔ)能電站數(shù)量達(dá)到486座，新增裝機(jī)總量實(shí)現(xiàn)了歷史性的突破，總功率達(dá)到18.11GW。未來，隨著分布式光伏、分散式風(fēng)電等分布式能源的大規(guī)模推廣，電化學(xué)儲(chǔ)能累計(jì)裝機(jī)量將繼續(xù)增長(zhǎng)。
從前沿技術(shù)落地進(jìn)程來看，寧德時(shí)代認(rèn)為，通常要經(jīng)歷三個(gè)階段：
一是必須確保技術(shù)理論上的可行性和實(shí)際的技術(shù)突破。
二是在產(chǎn)品制造階段，要保證產(chǎn)品的安全性、可靠性、一致性和質(zhì)量。
三是產(chǎn)品必須具備市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，即價(jià)格合理，能夠被市場(chǎng)接受。
就固態(tài)電池技術(shù)而言，目前主要有三條技術(shù)路線，即氧化物、硫化物及聚合物路線。寧德時(shí)代董事長(zhǎng)曾毓群近期表示：“目前還有很多基本的科學(xué)問題待解決，如大多數(shù)固態(tài)電解質(zhì)中的離子擴(kuò)散速率與液態(tài)電解質(zhì)存在數(shù)量級(jí)差異、固固界面難以始終保持良好接觸等，在突破這些科技問題后，還會(huì)遇到產(chǎn)業(yè)化的問題。我們非常重視固態(tài)電池，已經(jīng)進(jìn)行了多年的布局，最近加大了很多投入?！?
