中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：當(dāng)前，新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展勢頭強(qiáng)勁，固態(tài)電池與硅基負(fù)極技術(shù)作為其中的關(guān)鍵力量，正引領(lǐng)著行業(yè)不斷向前發(fā)展。在日前舉行的第五屆中國固態(tài)電池科技大會(huì)暨第四屆中國硅基負(fù)極材料技術(shù)大會(huì)上，專家表示，固態(tài)電池以其高能量密度、卓越的安全性與長循環(huán)壽命等優(yōu)勢，成為全球各大科研機(jī)構(gòu)與企業(yè)競相布局的戰(zhàn)略高地。硅基負(fù)極材料則憑借超高理論比容量的優(yōu)勢，為提升電池性能開辟了全新路徑。兩項(xiàng)技術(shù)的協(xié)同發(fā)展，正在為電動(dòng)汽車、電動(dòng)飛機(jī)、智能機(jī)器人乃至“低空經(jīng)濟(jì)”勾勒出無限可能。不過，其大規(guī)模商業(yè)化仍面臨技術(shù)成熟度、成本控制、工藝優(yōu)化等多重考驗(yàn)。
固態(tài)電池體系繁雜多樣
目前，固態(tài)電池技術(shù)路線呈現(xiàn)多元化發(fā)展格局，四種電解質(zhì)技術(shù)路線憑借各自性能優(yōu)勢并行推進(jìn)。
回顧行業(yè)發(fā)展歷程，驥千里（蘇州）新能源有限公司總經(jīng)理馬健表示，從實(shí)驗(yàn)室的理論探索到工程化的技術(shù)驗(yàn)證，再到產(chǎn)業(yè)化的逐步推進(jìn)，每一次突破都凝聚著無數(shù)科研人員和從業(yè)者的心血與智慧。目前，包括東風(fēng)汽車、廣汽埃安等在內(nèi)的車企，已經(jīng)在固態(tài)電池技術(shù)布局上取得顯著進(jìn)展，部分車企的裝車應(yīng)用更是標(biāo)志著該項(xiàng)技術(shù)正快速走向市場。而在硅基負(fù)極材料領(lǐng)域，貝特瑞等企業(yè)不斷優(yōu)化技術(shù)路線、推動(dòng)產(chǎn)品迭代升級(jí)、驅(qū)動(dòng)產(chǎn)能逐步擴(kuò)大，推動(dòng)整個(gè)產(chǎn)業(yè)向著更高水平邁進(jìn)。
從目前的技術(shù)路線看，固態(tài)電池體系繁雜多樣。溧陽中科固能新能源科技有限公司董事長吳凡表示，目前，固態(tài)電池的主要技術(shù)路線包括氧化物、聚合物、硫化物和鹵化物四種。其中，氧化物具有最強(qiáng)的穩(wěn)定性，適合多種電池體系；聚合物作為機(jī)械性能優(yōu)良的介質(zhì)，能夠提供良好的延展性；硫化物的離子傳導(dǎo)能力強(qiáng)；鹵化物在高電壓穩(wěn)定性方面表現(xiàn)優(yōu)異。
在固態(tài)電池發(fā)展過程中，硅基負(fù)極作為提升鋰離子電池能量密度的關(guān)鍵材料，能夠與固態(tài)電池的四種電解質(zhì)技術(shù)路線相匹配，實(shí)現(xiàn)性能協(xié)同提升。但由于各技術(shù)路線特點(diǎn)不同，目前產(chǎn)業(yè)界在同步推進(jìn)多條路線。
“雖然固態(tài)電池有多種技術(shù)路線，各有優(yōu)缺點(diǎn)，但目前尚未有一種技術(shù)能夠完全滿足大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化需求。不過，硫化物固態(tài)電解質(zhì)因其獨(dú)有的技術(shù)優(yōu)勢而備受業(yè)界關(guān)注，被視為最有望率先實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的技術(shù)路徑之一?！眹?lián)汽車動(dòng)力電池研究院高級(jí)研究主管劉丙學(xué)表示。
硅基負(fù)極應(yīng)用“如虎添翼”
硅基負(fù)極材料憑借超高理論比容量等優(yōu)勢，正加速滲透消費(fèi)電子、動(dòng)力電池、低空經(jīng)濟(jì)等領(lǐng)域，該材料的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)入“多點(diǎn)開花”階段。同時(shí)，沉積工藝穩(wěn)定性等仍是規(guī)模化應(yīng)用道路上有待解決的問題。
硅基負(fù)極材料因其高比容量、快充等優(yōu)勢被視作理想的下一代負(fù)極材料。孚能科技（688567.SH）材料研發(fā)高級(jí)經(jīng)理李紅生介紹，硅負(fù)極具有超高比容量、比石墨略高的脫嵌鋰電位，不易析鋰，安全性更高。硅基負(fù)極的容量是現(xiàn)有石墨負(fù)極的2至10倍，能量密度可提升至400Wh/kg以上。
正是基于這些顯著的技術(shù)優(yōu)勢，硅基負(fù)極材料目前已在多個(gè)場景逐步開啟規(guī)模級(jí)應(yīng)用。中信證券研報(bào)認(rèn)為，在消費(fèi)電池方面，各大手機(jī)廠商在推出的自家電池技術(shù)中大范圍采用硅碳負(fù)極，目前搭載硅碳負(fù)極的機(jī)型已經(jīng)下降到一千元的價(jià)位；在動(dòng)力電池方面，寧德時(shí)代等頭部電池廠商發(fā)布高能量密度電池；此外，在電動(dòng)飛機(jī)、機(jī)器人等高性能需求場景中，硅碳負(fù)極電池技術(shù)亦具備廣闊應(yīng)用前景。
李紅生進(jìn)一步表示，硅負(fù)極是提升電池能量密度的關(guān)鍵材料，有望在高端電動(dòng)汽車、電動(dòng)飛機(jī)和機(jī)器人等領(lǐng)域得到規(guī)模化應(yīng)用，助力我國“低空經(jīng)濟(jì)”發(fā)展。目前，國內(nèi)硅碳技術(shù)發(fā)展較快，產(chǎn)品性能的同質(zhì)化比較嚴(yán)重，部分企業(yè)在多孔碳上進(jìn)行設(shè)計(jì)，進(jìn)一步開發(fā)低膨脹硅碳，但主要存在的問題是沉積工藝和生產(chǎn)批次穩(wěn)定性有待進(jìn)一步提高。
在產(chǎn)業(yè)化實(shí)踐中，李紅生表示，孚能科技開發(fā)的高能量密度動(dòng)力電芯，具有優(yōu)異的循環(huán)性能和安全性能，國外和國內(nèi)眾多電動(dòng)飛機(jī)企業(yè)均已評(píng)測，部分已定點(diǎn)生產(chǎn)。
馬健對(duì)《經(jīng)濟(jì)參考報(bào)》記者表示，目前公司新型全固態(tài)電池技術(shù)已具備量產(chǎn)條件，正在洽談合建產(chǎn)線。該技術(shù)的應(yīng)用場景基本覆蓋動(dòng)力電池和3C消費(fèi)電子領(lǐng)域，其中第二代工藝流程將面向無人機(jī)、機(jī)器人、飛行汽車等前沿應(yīng)用領(lǐng)域。
規(guī)?；瘧?yīng)用仍存挑戰(zhàn)
盡管固態(tài)電池和硅基負(fù)極材料均在技術(shù)層面展現(xiàn)出巨大潛力，應(yīng)用前景值得期待。但是，與會(huì)專家同時(shí)指出，固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化仍面臨技術(shù)成熟度、成本控制、工藝優(yōu)化等多重考驗(yàn)。
馬健表示，固態(tài)電池和硅基負(fù)極技術(shù)在邁向大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用的道路上仍面臨諸多挑戰(zhàn)，包括固態(tài)電解質(zhì)離子電導(dǎo)率提升、界面穩(wěn)定性優(yōu)化、硅基材料體積膨脹控制以及成本降低等。
上海溥天同澤企業(yè)管理顧問中心總經(jīng)理張新澤指出，成本問題仍是制約固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵因素。當(dāng)前，硫化物電解質(zhì)成本居高不下。按照硫化鋰單價(jià)400萬元/噸進(jìn)行測算，硫化物電解質(zhì)的成本將達(dá)到140萬元/噸。但長期來看，固態(tài)電池材料成本將持續(xù)下降。
浙江星楷科技有限公司總經(jīng)理黃璟強(qiáng)調(diào)，全固態(tài)電池不僅是結(jié)構(gòu)和材料的創(chuàng)新，還需要工藝和設(shè)備方面的協(xié)同發(fā)力，目前仍有較多科學(xué)與工程方面的問題亟待解決。固體電解質(zhì)作為全固態(tài)電池的核心材料，其性能提升、微納化處理和低成本化等方面仍面臨諸多挑戰(zhàn)。此外，電極體系的合理構(gòu)建、粘結(jié)劑和溶劑的篩選以及適配集流體的選擇，同樣面臨挑戰(zhàn)。
“全固態(tài)電池工程化工藝尚不成熟?！眲⒈麑W(xué)表示，滿足高比能全固態(tài)電池要求的電極工藝路線尚不明確，干法和濕法工藝各有其優(yōu)缺點(diǎn)。目前，全固態(tài)電池一體化成型工藝尚不成熟，滿足批量化生產(chǎn)的工程裝備還有待進(jìn)一步開發(fā)。
寧德時(shí)代（300750.SZ）技術(shù)顧問趙鵬程指出，界面問題是固態(tài)電池技術(shù)發(fā)展中最突出的瓶頸。固態(tài)電池在實(shí)際應(yīng)用中面臨多重技術(shù)難題，包括界面接觸不良導(dǎo)致的阻抗增大、溫度變化引起的界面穩(wěn)定性問題，以及電池在充放電過程中的體積變化對(duì)界面造成的機(jī)械應(yīng)力等。這些問題不僅影響電池的電化學(xué)性能，還直接關(guān)系到電池的安全性和使用壽命。
在解決方案方面，趙鵬程表示，寧德時(shí)代的技術(shù)創(chuàng)新重點(diǎn)是在解決界面問題的同時(shí)控制成本，這直接關(guān)系到固態(tài)電池技術(shù)的商業(yè)化價(jià)值。公司通過綜合考慮材料特性、工藝優(yōu)化和設(shè)備集成等多個(gè)維度，力求在技術(shù)先進(jìn)性和經(jīng)濟(jì)可行性之間找到最佳平衡點(diǎn)。
