中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：隨著中國(guó)全固態(tài)電池產(chǎn)學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新平臺(tái)（CASIP）掛牌成立，新能源汽車(chē)行業(yè)的關(guān)注點(diǎn)再度落到這一動(dòng)力電池新技術(shù)領(lǐng)域。據(jù)介紹，該創(chuàng)新平臺(tái)旨在發(fā)揮帶動(dòng)作用，積極引導(dǎo)和組織整車(chē)、動(dòng)力電池、關(guān)鍵材料企業(yè)和有關(guān)高校、科研院所開(kāi)展協(xié)同創(chuàng)新，共同推動(dòng)全固態(tài)電池技術(shù)突破和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。同在近期，輝能科技計(jì)劃IPO等固態(tài)電池企業(yè)的最新動(dòng)態(tài)也屢屢見(jiàn)諸報(bào)端。
近年來(lái)，行業(yè)對(duì)固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)化翹首以盼，但此事心急不得。作為CASIP牽頭人之一的中國(guó)科學(xué)院院士、清華大學(xué)教授歐陽(yáng)明高直言，全固態(tài)電池有可能2030年前后實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。在此之前，行業(yè)發(fā)展?jié)u近式半固態(tài)技術(shù)路線的同時(shí)，還要防范激進(jìn)型全固態(tài)技術(shù)路線帶來(lái)的顛覆性風(fēng)險(xiǎn)。
探索腳步越邁越大
當(dāng)前，中國(guó)動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)處于全球領(lǐng)先地位，在液態(tài)鋰離子電池領(lǐng)域取得了顯著進(jìn)步，但隨著新能源汽車(chē)的市場(chǎng)化發(fā)展，市場(chǎng)對(duì)動(dòng)力電池提出了更高要求，高可靠、高安全、高能量密度成為企業(yè)發(fā)力的主要方向，全固態(tài)電池正是路徑之一。
記者了解到，我國(guó)固態(tài)電池技術(shù)研發(fā)突飛猛進(jìn)。來(lái)自國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局的數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)關(guān)于固態(tài)電池的專(zhuān)利申請(qǐng)保持上升勢(shì)頭，2022年就有785項(xiàng)，其中有效實(shí)用新型專(zhuān)利150項(xiàng)；2023年專(zhuān)利申請(qǐng)604項(xiàng)，其中有效實(shí)用新型專(zhuān)利90項(xiàng)。寧德時(shí)代、國(guó)軒高科、蜂巢能源、屹鋰新能源、鋰威能源、中汽創(chuàng)智等企業(yè)都有多項(xiàng)關(guān)于固態(tài)電池材料、工藝及制備方法的專(zhuān)利申請(qǐng)。
與此同時(shí)，不少整車(chē)企也陸續(xù)自行或以合作方式展開(kāi)對(duì)固態(tài)電池的研發(fā)。一汽與遠(yuǎn)景動(dòng)力聯(lián)合申請(qǐng)了《全固態(tài)電池模組及其裝配方法》專(zhuān)利；吉利與旗下綠色智行聯(lián)合申請(qǐng)了《一種極片、極片的制備方法、電池、電池模塊、電池包及裝置》專(zhuān)利；北汽與旗下北汽藍(lán)谷聯(lián)合申請(qǐng)了《固態(tài)電解質(zhì)、固態(tài)電池及其制備方法》專(zhuān)利；極氪增資寧波威睿后，便有了自研電池的能力，與吉利共同研發(fā)了一種固態(tài)電解質(zhì)材料及其制備方法與應(yīng)用，能夠提高固態(tài)電解質(zhì)材料的導(dǎo)電性能，提升全固態(tài)電池的能量密度。
上汽集團(tuán)于2023年8月與清陶能源合資成立了上汽清陶，并于今年1月在互動(dòng)平臺(tái)表示，2024年開(kāi)始，半固態(tài)電池將率先在智己L6等新車(chē)型上實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)應(yīng)用，公司正加緊推進(jìn)相關(guān)工作，力爭(zhēng)早日將產(chǎn)品投放市場(chǎng)，并實(shí)現(xiàn)在整車(chē)上的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，拉開(kāi)中國(guó)汽車(chē)固態(tài)電池“上車(chē)”帷幕。
在配套整車(chē)的探索方面，上汽與清陶能源合作的第一代固態(tài)電池在2022年完成了裝車(chē)試驗(yàn)，在實(shí)現(xiàn)“系統(tǒng)級(jí)零熱失控”的前提下，單體能量密度達(dá)到368Wh/kg（相比磷酸鐵鋰電池，能量密度提升100％以上），測(cè)試車(chē)輛最大續(xù)駛里程達(dá)1083公里。2023年5月，贛鋒鋰業(yè)表示，公司一代固態(tài)電池已經(jīng)開(kāi)始量產(chǎn)，二代固態(tài)電池安全性能完全達(dá)到車(chē)規(guī)級(jí)要求，研發(fā)樣品的循環(huán)性能也已達(dá)到車(chē)企的要求。此外，2022年，首批東風(fēng)固態(tài)電池示范運(yùn)營(yíng)車(chē)正式交付，50輛東風(fēng)固態(tài)電池汽車(chē)已在江西、湖南等6省10地累計(jì)行駛超120萬(wàn)公里。目前，東風(fēng)汽車(chē)研發(fā)出了第二代固態(tài)電池，有望在2024年搭載應(yīng)用，可使整車(chē)?yán)m(xù)駛里程達(dá)800公里以上。
技術(shù)壁壘尚未跨越
縱觀固態(tài)電池的發(fā)展歷程，根據(jù)電解質(zhì)類(lèi)型的不同，可分為聚合物固體電解質(zhì)、氧化物固體電解質(zhì)和硫化物固體電解質(zhì)。中汽創(chuàng)智科技有限公司首席科技官、工學(xué)博士周劍光向《中國(guó)汽車(chē)報(bào)》記者介紹道，從時(shí)間線來(lái)看，聚合物固體電解質(zhì)在車(chē)端最早實(shí)現(xiàn)應(yīng)用，如法國(guó)博洛雷的電動(dòng)汽車(chē)使用的就是聚合物固體電解質(zhì)，但這類(lèi)電解質(zhì)體系目前只適配磷酸鐵鋰正極，故而電芯能量密度有限；從市場(chǎng)端來(lái)看，氧化物固體電解質(zhì)在國(guó)內(nèi)比較熱門(mén)，可以應(yīng)用于固液混合電池，目前許多企業(yè)在做的半固態(tài)電池都采用這條技術(shù)路線；從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，硫化物固體電解質(zhì)，因?yàn)殡x子電導(dǎo)率很高，可與電解液的離子電導(dǎo)率相媲美，同時(shí)考慮到其相比于氧化物電解質(zhì)具有更好的加工性能，最具應(yīng)用前景。
據(jù)了解，業(yè)內(nèi)對(duì)于固態(tài)電池的分級(jí)界定，以電芯中固態(tài)電解質(zhì)含量為依據(jù)，半固態(tài)鋰電池電芯中固態(tài)電解質(zhì)含量達(dá)90％～95％；準(zhǔn)固態(tài)鋰電池電芯中固態(tài)電解質(zhì)的占比進(jìn)一步加大，通常在95％以上，是半固態(tài)鋰電池向全固態(tài)電池過(guò)渡的階段；全固態(tài)鋰電池的電芯則全部由固態(tài)電極和固態(tài)電解質(zhì)材料構(gòu)成。比如，蜂巢能源的果凍電池、寧德時(shí)代的凝聚態(tài)電池都屬于半固態(tài)電池?，F(xiàn)階段，半固態(tài)電池技術(shù)基本成熟，不少產(chǎn)品進(jìn)入試裝車(chē)階段。凱聯(lián)資本行業(yè)分析師朱濤提出，半固態(tài)電池走向量產(chǎn)只是時(shí)間問(wèn)題，但從半固態(tài)電池到固態(tài)電池，存在巨大的技術(shù)“鴻溝”。
中科院電工所前研究人員周康（化名）對(duì)此表示認(rèn)同：“半固態(tài)電池可以簡(jiǎn)單理解為凝膠狀態(tài)，介于液態(tài)和固態(tài)之間，比液態(tài)安全，但沒(méi)有固態(tài)安全；倍率性比固態(tài)好，但沒(méi)有液態(tài)好，是一個(gè)中間產(chǎn)物。盡管只有5％～10％的液態(tài)電解質(zhì)，但半固態(tài)電池和液態(tài)電池差距并不大；而如果電解液完全變成固態(tài)，電解質(zhì)中的離子將移動(dòng)困難，直接影響電池性能，使得導(dǎo)電率低，倍率性差，還影響電池壽命?！?
全固態(tài)電池并不是半固態(tài)電池的延續(xù)，不存在一脈相承、承前啟后一說(shuō)。周劍光解釋說(shuō)：“半固態(tài)與全固態(tài)是兩種完全不同的電池形態(tài)。從半固態(tài)到全固態(tài)電池，無(wú)法從‘此岸’的過(guò)去預(yù)測(cè)‘彼岸’的未來(lái)。在產(chǎn)業(yè)化方面，全固態(tài)電池目前來(lái)看只有硫化物體系最有希望，但硫化物全固態(tài)電芯的商業(yè)化仍然面臨很多困難。首先是技術(shù)層面，如硫化物固體電解質(zhì)涂布體系的適配性問(wèn)題，在硫化物固體電解質(zhì)成膜開(kāi)發(fā)過(guò)程中無(wú)法使用傳統(tǒng)動(dòng)力電池經(jīng)典的PVDF-NMP涂布材料體系，需要篩選出滿足要求的全新涂布材料體系，這是一項(xiàng)較為艱巨的任務(wù)。其次，硫化物電芯的界面問(wèn)題，在電芯設(shè)計(jì)、加工及應(yīng)用環(huán)節(jié)都需要切實(shí)可行的方案妥善解決?！?
此外，固態(tài)電池在配套裝備開(kāi)發(fā)方面和相關(guān)設(shè)備產(chǎn)業(yè)鏈尚不成熟。周劍光表示，由于硫化物固體電解質(zhì)對(duì)水分極為敏感，對(duì)硫化物固體電解質(zhì)制備和應(yīng)用的環(huán)境及設(shè)備要求較高，尤其是規(guī)模化制備方面尚無(wú)成熟經(jīng)驗(yàn)可供參考，因此需要強(qiáng)有力的非標(biāo)裝備開(kāi)發(fā)能力支撐。
需要警惕“欲速不達(dá)”
在周劍光看來(lái)，雖然我國(guó)在全固態(tài)電池方面起步較晚，但通過(guò)引進(jìn)、模仿、學(xué)習(xí)能夠節(jié)省不少的初步創(chuàng)新成本，具備一定的后發(fā)優(yōu)勢(shì)，有望發(fā)展成為高速增長(zhǎng)的主要?jiǎng)恿Α?
歐陽(yáng)明高指出，全固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)路線圖不是一家公司所能確定的，需要很多具有實(shí)力的公司共同參與，技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的時(shí)間在2027～2030年，這是全行業(yè)的共識(shí)。人工智能的快速發(fā)展正在改變材料的研發(fā)范式，這是全固態(tài)電池大幅加速推進(jìn)的底氣，也將為2030年前后實(shí)現(xiàn)全固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化突破增加了確定性。
有信心是好事，但顯然也有業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為此事沒(méi)有那么樂(lè)觀?！暗?030年還有6年，盡管不清楚6年后產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況會(huì)如何，但我認(rèn)為3～4年內(nèi)技術(shù)不會(huì)有太大突破?！痹谥芸悼磥?lái)，量產(chǎn)和產(chǎn)業(yè)化完全是兩個(gè)概念，技術(shù)成熟就可以生產(chǎn)產(chǎn)品，但產(chǎn)業(yè)化不是一兩家企業(yè)就能實(shí)現(xiàn)的，而是整條產(chǎn)業(yè)鏈上的企業(yè)都能夠做到；只有達(dá)到一定規(guī)模，產(chǎn)品成本才有下降空間，否則以液態(tài)電池5、6倍的價(jià)格，固態(tài)電池憑什么在市場(chǎng)上中立足？
歐陽(yáng)明高也指出，雖然到2030年全固態(tài)電池有望實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，但在當(dāng)下階段企業(yè)還應(yīng)腳踏實(shí)地解決關(guān)鍵問(wèn)題。他直言：“現(xiàn)在，很多企業(yè)迫不及待將固態(tài)電池裝車(chē)，但如果沒(méi)有解決好這個(gè)領(lǐng)域的關(guān)鍵問(wèn)題，裝車(chē)也只是作秀，欲速不達(dá)?！?
據(jù)了解，目前固態(tài)電池的整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈基礎(chǔ)還不成熟，從液態(tài)電池轉(zhuǎn)向全固態(tài)電池，從原料到基材生產(chǎn)，從電芯／電池包裝配到電池生產(chǎn)應(yīng)用再到電池回收，全生命周期的產(chǎn)業(yè)鏈都會(huì)發(fā)生巨變。現(xiàn)階段，行業(yè)對(duì)全固態(tài)電池的研發(fā)認(rèn)識(shí)還不統(tǒng)一、力量比較分散、產(chǎn)學(xué)研不協(xié)調(diào)，需要聯(lián)合起來(lái)建立協(xié)同創(chuàng)新平臺(tái)，共同突破全固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵技術(shù)，這正是CASIP建立的初衷。
除了CASIP，中國(guó)一汽、東風(fēng)汽車(chē)、長(zhǎng)安汽車(chē)、中國(guó)科學(xué)院、清華大學(xué)、北京大學(xué)、中汽創(chuàng)智、力神、貝特瑞、當(dāng)升、國(guó)聯(lián)研究院等27家單位聯(lián)合組建了“中央企業(yè)固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)合體”，旨在加強(qiáng)與產(chǎn)業(yè)鏈上下游單位協(xié)作，構(gòu)建獨(dú)具特色、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、結(jié)構(gòu)合理的產(chǎn)業(yè)增長(zhǎng)引擎，加快固態(tài)電池關(guān)鍵材料及關(guān)鍵技術(shù)開(kāi)發(fā)、創(chuàng)新成果產(chǎn)出及孵化轉(zhuǎn)化，共同推動(dòng)我國(guó)固態(tài)電池技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用，為動(dòng)力電池及新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展注入新動(dòng)力。
此外，不得不指出的是，全固態(tài)電池能否盡快裝車(chē)，不僅要看研發(fā)端的進(jìn)展，更要看市場(chǎng)需求。企業(yè)需要進(jìn)一步深入挖掘、剖析細(xì)分賽道市場(chǎng)中具備核心競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力的全固態(tài)電池方案，結(jié)合開(kāi)發(fā)、量產(chǎn)成本，綜合考慮全固態(tài)電池裝車(chē)的必要性。在創(chuàng)新與“守拙”之間，更重要的是不能因小失大、顧此失彼，不能為了全固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化，影響當(dāng)前的動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
