隨著中國全固態(tài)電池產(chǎn)學研協(xié)同創(chuàng)新平臺（CASIP）掛牌成立，新能源汽車行業(yè)的關(guān)注點再度落到這一動力電池新技術(shù)領(lǐng)域。據(jù)介紹，該創(chuàng)新平臺旨在發(fā)揮帶動作用，積極引導和組織整車、動力電池、關(guān)鍵材料企業(yè)和有關(guān)高校、科研院所開展協(xié)同創(chuàng)新，共同推動全固態(tài)電池技術(shù)突破和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。同在近期，輝能科技計劃IPO等固態(tài)電池企業(yè)的最新動態(tài)也屢屢見諸報端。

 

近年來，行業(yè)對固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)化翹首以盼，但此事心急不得。作為CASIP牽頭人之一的中國科學院院士、清華大學教授歐陽明高直言，全固態(tài)電池有可能2030年前后實現(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，還要防范激進型全固態(tài)技術(shù)路線帶來的顛覆性風險。

 

01

 

探索腳步越邁越大

 

當前，中國動力電池產(chǎn)業(yè)處于全球領(lǐng)先地位，在液態(tài)鋰離子電池領(lǐng)域取得了顯著進步，但隨著新能源汽車的市場化發(fā)展，市場對動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，我國固態(tài)電池技術(shù)研發(fā)突飛猛進。來自國家知識產(chǎn)權(quán)局的數(shù)據(jù)顯示，我國關(guān)于固態(tài)電池的專利申請保持上升勢頭，2022年就有785項，其中有效實用新型專利150項；2023年專利申請604項，其中有效實用新型專利90項。寧德時代、國軒高科、蜂巢能源、屹鋰新能源、鋰威能源、中汽創(chuàng)智等企業(yè)都有多項關(guān)于固態(tài)電池材料、工藝及制備方法的專利申請。

 

與此同時，不少整車企也陸續(xù)自行或以合作方式展開對固態(tài)電池的研發(fā)。一汽與遠景動力聯(lián)合申請了《全固態(tài)電池模組及其裝配方法》專利；吉利與旗下綠色智行聯(lián)合申請了《一種極片、極片的制備方法、電池、電池模塊、電池包及裝置》專利；北汽與旗下北汽藍谷聯(lián)合申請了《固態(tài)電解質(zhì)、固態(tài)電池及其制備方法》專利；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)材料的導電性能，提升全固態(tài)電池的能量密度。

 

上汽集團于2023年8月與清陶能源合資成立了上汽清陶，并于今年1月在互動平臺表示，2024年開始，半固態(tài)電池將率先在智己L6等新車型上實現(xiàn)量產(chǎn)應(yīng)用，公司正加緊推進相關(guān)工作，力爭早日將產(chǎn)品投放市場，并實現(xiàn)在整車上的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，拉開中國汽車固態(tài)電池“上車”帷幕。

 

在配套整車的探索方面，上汽與清陶能源合作的第一代固態(tài)電池在2022年完成了裝車試驗，在實現(xiàn)“系統(tǒng)級零熱失控”的前提下，單體能量密度達到368Wh/kg（相比磷酸鐵鋰電池，能量密度提升100％以上），測試車輛最大續(xù)駛里程達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)開始量產(chǎn)，二代固態(tài)電池安全性能完全達到車規(guī)級要求，研發(fā)樣品的循環(huán)性能也已達到車企的要求。此外，2022年，首批東風固態(tài)電池示范運營車正式交付，50輛東風固態(tài)電池汽車已在江西、湖南等6省10地累計行駛超120萬公里。目前，東風汽車研發(fā)出了第二代固態(tài)電池，有望在2024年搭載應(yīng)用，可使整車續(xù)駛里程達800公里以上。

 

02

 

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、工學博士周劍光向《中國汽車報》記者介紹道，從時間線來看，聚合物固體電解質(zhì)在車端最早實現(xiàn)應(yīng)用，如法國博洛雷的電動汽車使用的就是聚合物固體電解質(zhì)，但這類電解質(zhì)體系目前只適配磷酸鐵鋰正極，故而電芯能量密度有限；從市場端來看，氧化物固體電解質(zhì)在國內(nèi)比較熱門，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；從長遠來看，硫化物固體電解質(zhì)，因為離子電導率很高，可與電解液的離子電導率相媲美，同時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)對于固態(tài)電池的分級界定，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90％～95％；準固態(tài)鋰電池電芯中固態(tài)電解質(zhì)的占比進一步加大，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)品進入試裝車階段。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)只是時間問題，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）對此表示認同：“半固態(tài)電池可以簡單理解為凝膠狀態(tài)，介于液態(tài)和固態(tài)之間，比液態(tài)安全，但沒有固態(tài)安全；倍率性比固態(tài)好，但沒有液態(tài)好，是一個中間產(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)中的離子將移動困難，直接影響電池性能，使得導電率低，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。周劍光解釋說：“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，無法從‘此岸’的過去預(yù)測‘彼岸’的未來。在產(chǎn)業(yè)化方面，全固態(tài)電池目前來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題，在硫化物固體電解質(zhì)成膜開發(fā)過程中無法使用傳統(tǒng)動力電池經(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，這是一項較為艱巨的任務(wù)。其次，硫化物電芯的界面問題，在電芯設(shè)計、加工及應(yīng)用環(huán)節(jié)都需要切實可行的方案妥善解決。”

 

此外，固態(tài)電池在配套裝備開發(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)對水分極為敏感，對硫化物固體電解質(zhì)制備和應(yīng)用的環(huán)境及設(shè)備要求較高，尤其是規(guī)�；�制備方面尚無成熟經(jīng)驗可供參考，因此需要強有力的非標裝備開發(fā)能力支撐。

 

03

 

需要警惕“欲速不達”

 

在周劍光看來，雖然我國在全固態(tài)電池方面起步較晚，但通過引進、模仿、學習能夠節(jié)省不少的初步創(chuàng)新成本，具備一定的后發(fā)優(yōu)勢，有望發(fā)展成為高速增長的主要動力。

 

歐陽明高指出，全固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)路線圖不是一家公司所能確定的，需要很多具有實力的公司共同參與，技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的時間在2027～2030年，這是全行業(yè)的共識。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)電池大幅加速推進的底氣，也將為2030年前后實現(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)人士認為此事沒有那么樂觀。“到2030年還有6年，盡管不清楚6年后產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況會如何，但我認為3～4年內(nèi)技術(shù)不會有太大突破。”在周康看來，量產(chǎn)和產(chǎn)業(yè)化完全是兩個概念，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倍的價格，固態(tài)電池憑什么在市場上中立足？

 

歐陽明高也指出，雖然到2030年全固態(tài)電池有望實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，但在當下階段企業(yè)還應(yīng)腳踏實地解決關(guān)鍵問題。他直言：“現(xiàn)在，很多企業(yè)迫不及待將固態(tài)電池裝車，但如果沒有解決好這個領(lǐng)域的關(guān)鍵問題，裝車也只是作秀，欲速不達。”

 

據(jù)了解，目前固態(tài)電池的整個產(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)鏈都會發(fā)生巨變�，F(xiàn)階段，行業(yè)對全固態(tài)電池的研發(fā)認識還不統(tǒng)一、力量比較分散、產(chǎn)學研不協(xié)調(diào)，需要聯(lián)合起來建立協(xié)同創(chuàng)新平臺，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，中國一汽、東風汽車、長安汽車、中國科學院、清華大學、北京大學、中汽創(chuàng)智、力神、貝特瑞、當升、國聯(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”，旨在加強與產(chǎn)業(yè)鏈上下游單位協(xié)作，構(gòu)建獨具特色、優(yōu)勢互補、結(jié)構(gòu)合理的產(chǎn)業(yè)增長引擎，加快固態(tài)電池關(guān)鍵材料及關(guān)鍵技術(shù)開發(fā)、創(chuàng)新成果產(chǎn)出及孵化轉(zhuǎn)化，共同推動我國固態(tài)電池技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用，為動力電池及新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展注入新動力。

 

此外，不得不指出的是，全固態(tài)電池能否盡快裝車，不僅要看研發(fā)端的進展，更要看市場需求。企業(yè)需要進一步深入挖掘、剖析細分賽道市場中具備核心競爭實力的全固態(tài)電池方案，結(jié)合開發(fā)、量產(chǎn)成本，綜合考慮全固態(tài)電池裝車的必要性。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，影響當前的動力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展。