全固態(tài)電池還有一個(gè)大問題待確定

時(shí)間:2024-06-12 11:29來源:車百智庫 作者:岳鵬鵬
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全固態(tài)電池領(lǐng)域又有消息。
 
5月31日，在新體系電池技術(shù)主題峰會(huì)上，多位企業(yè)專家公布了在全固態(tài)電池領(lǐng)域研發(fā)的最新進(jìn)展。專家表示，全固態(tài)電池目前還存在性能有限、產(chǎn)線兼容性低等難題。在全產(chǎn)業(yè)的努力下，預(yù)計(jì)2027年全固態(tài)電池將實(shí)現(xiàn)小批量示范裝車。
 
而幾天前，據(jù)多家權(quán)威媒體報(bào)道，工信部和財(cái)政部擬牽頭60億元的全固態(tài)電池發(fā)展計(jì)劃 ，提供政府基礎(chǔ)研發(fā)支持資金，以實(shí)現(xiàn)下一代動(dòng)力電池核心材料及制造的重大突破。
 
全固態(tài)電池，由于潛在的高能量密度、安全性和低成本等多維優(yōu)勢(shì)，被國(guó)際普遍認(rèn)為是下一代新能源動(dòng)力電池的發(fā)展大勢(shì)，目前各國(guó)均加大投入攻關(guān)該顛覆性技術(shù)。
 
但是，在這個(gè)賽道大熱的背后，還有一些爭(zhēng)議和問題需要厘清。
 
1
群雄逐鹿
 
固態(tài)電池可分為半固態(tài)、準(zhǔn)固態(tài)、全固態(tài)三種類型，區(qū)別在于所包含的液體電解質(zhì)質(zhì)量。其中，半固態(tài)電池的液體電解質(zhì)質(zhì)量百分比小于10%，準(zhǔn)固態(tài)電池液體電解質(zhì)質(zhì)量百分比小于5%，而全固態(tài)不含有任何液體電解質(zhì)，其電解質(zhì)材料為固態(tài)。
 
目前在全球范圍內(nèi)，全固態(tài)電池主要處于研發(fā)和試制階段。上述研發(fā)人員表示，從液態(tài)電池到固態(tài)電池，首先會(huì)面臨電解質(zhì)材料的變更，進(jìn)而帶來工藝上的轉(zhuǎn)變。
 
目前固態(tài)電池有三大主流技術(shù)路線，包括聚合物固態(tài)電池、氧化物固態(tài)電池和硫化物固態(tài)電池。
 
材料技術(shù)、制備技術(shù)不夠成熟、生產(chǎn)成本過高，成為制約全固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化的主要因素。行業(yè)普遍認(rèn)為，全固態(tài)電池距離大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化至少還需5年時(shí)間。正因如此，半固態(tài)電池成為公認(rèn)的更利于產(chǎn)業(yè)化的技術(shù)路線。
 
目前日韓和歐美等海外企業(yè)更傾向于硫化物技術(shù)路線，致力于全固態(tài)電池的開發(fā)，產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程相對(duì)緩慢；而國(guó)內(nèi)企業(yè)多數(shù)選擇氧化物技術(shù)路線，研發(fā)的產(chǎn)品多為半固態(tài)電池。
 
2023年年底，蔚來汽車創(chuàng)始人、董事長(zhǎng)李斌通過直播實(shí)測(cè)150kWh超長(zhǎng)續(xù)航電池包續(xù)航里程，讓半固態(tài)電池的量產(chǎn)上車走向現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景。搭載該款電池的蔚來純電動(dòng)轎車ET7最終行駛了1044公里，行駛總時(shí)間為12.4小時(shí)。
 
今年以來，固態(tài)電池賽道頻傳新動(dòng)向。1月初，美股上市的量子景觀宣布，公司研發(fā)的固態(tài)電池已通過德國(guó)大眾公司的50萬公里耐久性測(cè)試。據(jù)大眾汽車集團(tuán)證實(shí)，該電池經(jīng)過數(shù)月測(cè)試，已完成1000次充電循環(huán)。
 
隨后，豐田汽車宣布成功克服固態(tài)電池的瓶頸，其發(fā)布的固態(tài)電池在能量密度和充電速度上取得了顯著突破，充電10分鐘可續(xù)航1500公里。
 
國(guó)內(nèi)車企方面，蔚來、長(zhǎng)安、比亞迪、吉利、上汽、廣汽、長(zhǎng)城、嵐圖、賽力斯等，均在加速布局固態(tài)電池技術(shù)路線。
 
其中，廣汽集團(tuán)明確宣布，已在固態(tài)電池領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展，在電芯能量密度達(dá)到400Wh/kg時(shí)，能夠滿足電池在極端環(huán)境下的安全性與可靠性要求，計(jì)劃在2026年實(shí)現(xiàn)裝車搭載。
 
寧德時(shí)代首席科學(xué)家吳凱則在4月的技術(shù)研討會(huì)上表示，公司的全固態(tài)電池研發(fā)目前處于技術(shù)和制造成熟度評(píng)分為4的水平。此外寧德時(shí)代計(jì)劃到2027年實(shí)現(xiàn)全固態(tài)電池的小批量生產(chǎn)。
 
2
競(jìng)賽正式升級(jí)
 
全固態(tài)電池的競(jìng)爭(zhēng)本已激烈，隨著5月29日，“中國(guó)或投入約60億元用于全固態(tài)電池研發(fā)”消息不脛而走，一時(shí)間，更多玩家宣布入局。
 
5月29日，恩捷股份在投資者互動(dòng)平臺(tái)表示，其與北京衛(wèi)藍(lán)新能源、溧陽天目先導(dǎo)合作成立了江蘇三合，主要從事半固態(tài)項(xiàng)目的研發(fā)和生產(chǎn)；贛鋒鋰業(yè)（002460.SZ）稱其第一代固液混合電池已初步實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)；
 
同日，福田汽車在互動(dòng)平臺(tái)表示，其半固態(tài)電池目前已在輕卡上進(jìn)行技術(shù)研發(fā)及搭載測(cè)試，且正在合作研究固態(tài)電池在車輛上的應(yīng)用。
 
中企對(duì)這一技術(shù)的研發(fā)緊迫性，還有來自國(guó)外同行的競(jìng)爭(zhēng)壓力。作為一項(xiàng)可能顛覆行業(yè)格局的突破性技術(shù)，日韓、歐美都將全固態(tài)電池視為下一代電池技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)鍵，并為此制定了具體規(guī)劃。
 
日本在2020年發(fā)布的路線圖中明確，到2030年全固態(tài)電池計(jì)劃實(shí)現(xiàn)1000瓦時(shí)/升的體積能量密度，這是決定電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程的關(guān)鍵指標(biāo)。
 
根據(jù)豐田去年發(fā)布的規(guī)劃，最早到2027年，這家日本車企就將向市場(chǎng)投放搭載全固態(tài)電池的電動(dòng)汽車。
 
中科院院士、中國(guó)電動(dòng)汽車百人會(huì)副理事長(zhǎng)歐陽明高今年曾提醒稱，日本和歐美在全固態(tài)電池方面加大研發(fā)力度，意圖改變目前在液態(tài)鋰電池方面落后于中國(guó)的局面。
 
與傳統(tǒng)的液態(tài)鋰電池相比，全固態(tài)電池放棄了易燃易爆的液態(tài)電解質(zhì)，采用固態(tài)電解質(zhì)材料，被視為電動(dòng)汽車的“游戲規(guī)則改變者”，也被稱為鋰電終極技術(shù)。
 
根據(jù)咨詢機(jī)構(gòu)SNE的統(tǒng)計(jì)，全球前十大動(dòng)力電池公司都來自于中日韓三國(guó)，其中有六家為中國(guó)企業(yè)，市場(chǎng)份額總計(jì)超過六成。
 
近兩年來，固態(tài)電池的投資項(xiàng)目也快速升溫。
 
據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，自2023年以來，國(guó)內(nèi)半固態(tài)和全固態(tài)電池項(xiàng)目累計(jì)超過11個(gè)，總投資額達(dá)到664.3億元。這還不包括中國(guó)臺(tái)灣企業(yè)輝能科技計(jì)劃在法國(guó)新建的固態(tài)電池工廠，該項(xiàng)目投資額預(yù)計(jì)超過400億元。
 
3
主流技術(shù)路線還需探討
 
不過，群雄逐鹿下，目前全固態(tài)電池的主流技術(shù)路線還需探討。
 
目前看，全固態(tài)電池是確定的技術(shù)發(fā)展方向，路線上，在電解質(zhì)選材方面基本集中在硫化物、聚合物和氧化物領(lǐng)域，也有鹵化物等其他路線，重點(diǎn)解決的是固固界面問題，之后還有量產(chǎn)的工程化問題。
 
根據(jù)不同的電解質(zhì)類型，固態(tài)電池主要包括聚合物、氧化物、硫化物三種技術(shù)路線。其中聚合物固態(tài)電池具有良好的機(jī)械性能，但常溫下離子電導(dǎo)率較低；氧化物固態(tài)電池離子電導(dǎo)率較高，熱穩(wěn)定性好，適合大規(guī)模生產(chǎn)，但界面接觸差，為目前半固態(tài)電池主要技術(shù)路線；硫化物電解質(zhì)離子電導(dǎo)率最高，電化學(xué)窗口寬，柔度和可塑性好，或最終為全固態(tài)電池主要路徑，但其生產(chǎn)要求高，且硫化鋰前驅(qū)體昂貴，短時(shí)制約其商業(yè)化。
 
目前海外主要企業(yè)如 Solid Power、豐田、三星 SDI等均選擇硫化物路線作為固態(tài)電池技術(shù)方向，并以研發(fā)全固態(tài)電池為主；國(guó)內(nèi)企業(yè)如衛(wèi)藍(lán)、清陶等均選擇氧化物路線，并先行研制、生產(chǎn)半固態(tài)電池。雖各企業(yè)技術(shù)路徑選擇具一定差異，但從現(xiàn)有趨勢(shì)來看，氧化物與半固態(tài)、硫化物與全固態(tài)成為主流搭配，硫化物或成為全固態(tài)電池終局技術(shù)路徑。
 
以新能源汽車和液態(tài)鋰離子電池技術(shù)在我國(guó)的發(fā)展歷史來看，確立全固態(tài)電池的技術(shù)路線仍然非常重要。最典型的就是三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池之爭(zhēng)，當(dāng)年海外更多的選擇三元鋰電池為主的時(shí)候，中國(guó)選擇以磷酸鐵鋰電池為主，如今磷酸鐵鋰70%的市占率證明了這一路線的正確。
 
4
結(jié)語
 
業(yè)內(nèi)預(yù)測(cè)，由于近期國(guó)內(nèi)企業(yè)和產(chǎn)業(yè)鏈上下游加碼投入全固態(tài)電池研發(fā)，引發(fā) “鯰魚”效應(yīng)，或帶動(dòng)萬億級(jí)別的市場(chǎng)，為全球綠色轉(zhuǎn)型和世界范圍的可持續(xù)發(fā)展注入新的動(dòng)力。
 
不過，目前的情況來看，雖然全固態(tài)電池發(fā)展前景讓人振奮，但傳統(tǒng)的液態(tài)電池、半固態(tài)電池和全固態(tài)電池仍將在未來一段時(shí)間長(zhǎng)期共存。
 
根據(jù)咨詢機(jī)構(gòu)EVTank的預(yù)測(cè)，到2030年，全球鋰電池市場(chǎng)中，90%左右的份額仍將是傳統(tǒng)的液態(tài)電池，剩余約10%為固態(tài)電池。在固態(tài)電池所占據(jù)的市場(chǎng)份額中，大部分將屬于半固態(tài)電池。
 
半固態(tài)電池并非從1.0到2.0的迭代技術(shù)，但是市場(chǎng)需要有不同價(jià)格和性能的產(chǎn)品，去滿足各個(gè)細(xì)分市場(chǎng)。如果全固態(tài)電池沒有完全商業(yè)化，或者商業(yè)化以后沒有能夠大規(guī)模降本，那么半固態(tài)電池作為1.5代的產(chǎn)品，在高端市場(chǎng)上依然會(huì)具備它存在的價(jià)值。
 
(責(zé)任編輯：子蕊)
文章標(biāo)簽： 全固態(tài)電池
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