作為當前最熱門的電池投資領域之一，固態(tài)電池較傳統(tǒng)液態(tài)電池在能量密度和安全性方面有明顯優(yōu)勢，被普遍認為是最具潛力的下一代電池技術。隨著固態(tài)電池實現(xiàn)規(guī)�；�生產，是否意味著行業(yè)已迎來商業(yè)化節(jié)點？

 

       近日，中科融能628Ah和314Ah固態(tài)電池實現(xiàn)規(guī)�；�生產并順利下線。作為當前最熱門的電池投資領域之一，固態(tài)電池較傳統(tǒng)液態(tài)電池在能量密度和安全性方面有明顯優(yōu)勢，被普遍認為是最具潛力的下一代電池技術，受到業(yè)內廣泛關注。隨著固態(tài)電池實現(xiàn)規(guī)�；�生產，是否意味著行業(yè)已迎來商業(yè)化節(jié)點？

 

半固態(tài)電池產業(yè)化進程提速

 

       目前，市場主流的鋰電池采用電解液作為傳輸載體，在過度充電、內部短路等異常情況下，電解液極易發(fā)熱、分解、脹氣，進而導致電池燃燒甚至爆炸。如果將液態(tài)電解液替換為固態(tài)電解質，能從根源上解決鋰電池的安全問題，同時也能滿足市場對更高電池能量密度、更優(yōu)性能的需求。

 

       據了解，當前業(yè)內討論的固態(tài)電池一般是指電解液含量降低到5%—15%的半固態(tài)電池、準固態(tài)電池或固液混合電池，保留部分液態(tài)電解質，使其在材料設計、制造工藝、裝備生產、成本等方面具備量產可行性。

 

       “依托強大的新能源產業(yè)鏈制造基礎，我國電池企業(yè)在固態(tài)電池技術研發(fā)、產業(yè)鏈布局方面取得重要突破，尤其伴隨著以衛(wèi)藍新能源、清陶能源、贛鋒鋰電等為代表的中國企業(yè)半固態(tài)電池的量產裝車，半固態(tài)電池真正實現(xiàn)了經濟學意義上的產業(yè)化。”在近日召開的2024固態(tài)電池產業(yè)生態(tài)圈企業(yè)家峰會上，中關村新型電池技術創(chuàng)新聯(lián)盟秘書長于清教指出，固態(tài)電池商業(yè)化應用漸行漸近，誰先占據產業(yè)制高點，誰就能掌握發(fā)展主動權。

 

       近年來，我國企業(yè)在固態(tài)電池產業(yè)鏈層面進行全方位布局。中科院上海硅酸鹽研究所研究員張濤介紹，電解質粉體是固態(tài)電池產業(yè)鏈中關鍵核心的先進材料，其團隊已建成十噸級標準工業(yè)化產線。鋒鋰新能源副總經理唐光盛介紹，公司已在江西新余市投產4吉瓦時固態(tài)電池產線，預計2025年在重慶市建成10吉瓦時生產線，并已研制出第二代500瓦時/千克高比能、高功率半固態(tài)電池，后續(xù)將在高端電動汽車和航天器等領域展開應用。

 

全固態(tài)電池商業(yè)化仍存挑戰(zhàn)

 

       盡管半固態(tài)電池實現(xiàn)規(guī)模量產和應用，但全固態(tài)電池商業(yè)化仍面臨著技術和成本等系列挑戰(zhàn)。

 

        固態(tài)電解質替代液態(tài)電解液，其技術核心是材料的選擇，業(yè)內已經探索出三類主要固態(tài)電池體系：聚合物、硫化物、氧化物。聚合物固態(tài)電解質易于加工，干法和濕法制造工藝均能兼容，量產工藝難度最低，但電導率低，歐洲企業(yè)多聚焦于這條技術路線；硫化物性能最佳，但材料對空氣中的水分和大部分極性溶劑敏感，且電芯制造需要通過等靜壓設備施加壓力，成本較高，寧德時代、比亞迪、億緯鋰能均側重于該技術路線；一些創(chuàng)業(yè)公司則多選擇氧化物路線。

 

        “全固態(tài)電池是材料、電芯制成工藝、制造設備等全方位的創(chuàng)新升級，產業(yè)鏈將迎來革命性變化。”蜂巢能源前沿技術研發(fā)總經理苗力孝指出，固態(tài)電池應用在系統(tǒng)設計、回收利用方面存在挑戰(zhàn)。例如，在制造過程中，液態(tài)電池有隔膜，可以對極片進行包裹，避免極片之間錯位導致短路，也不需要超高壓力致密化；而固態(tài)電池沒有隔膜，層層堆疊起來通過超高壓致密化，極片邊緣容易破碎和錯位，電芯側面絕緣工藝非常難解決。“固態(tài)電池就像漢堡，一層一層疊起來，里面夾的菜會從邊緣露出來，擠壓后易發(fā)生破裂導致短路。而液態(tài)電池就像煎餅卷菜，是包起來的，不會短路。”

 

        目前，固態(tài)電池成本高于液態(tài)電池。苗力孝舉例：“硫化物固態(tài)電解質材料成本非常高，每公斤可達2萬元，未來成本有望降到5000元/公斤，而固態(tài)電解質占電芯質量比重超過20%，這個價格市場恐怕難以接受。”

 

       湖南中科星城石墨有限公司董事長皮濤指出：“每家企業(yè)都有自己的技術特點，由于技術方向不確定，導致上游產業(yè)鏈處于觀望狀態(tài)。固態(tài)電池需要一個相對確定的方向，上下游才可以在產品品類方面做配置工作，避免資本投入有更大的沉沒成本。”

 

復合材料設計實現(xiàn)1+1>2

 

       由于技術路線和降本空間尚不明確，產業(yè)內企業(yè)選擇從半固態(tài)逐漸向全固態(tài)過渡。

 

       “全固態(tài)電池路線存在分歧，差異化競爭將促使固態(tài)電池擴大應用范圍。”在衛(wèi)藍新能源科研發(fā)總監(jiān)徐航宇看來，當前，單一固態(tài)電解質材料難以滿足全固態(tài)電池需求，液態(tài)電解質和固態(tài)電解質相結合是一種解決方案，在彌補單一電解質材料短板的同時，兼容傳統(tǒng)液態(tài)鋰電池的大部分工藝設備，降低成本。結合氧化物和聚合物固態(tài)電解質的優(yōu)勢，衛(wèi)藍新能源已實現(xiàn)混合固液電池的產業(yè)化，產品應用于小動力、新能源汽車、儲能等領域。

 

       “單一種類的材料各有優(yōu)缺點，通過復合材料設計可以實現(xiàn)1+1>2。”一位業(yè)內人士同樣認為，復合固態(tài)電池是實現(xiàn)大規(guī)模量產的有效途徑。“固態(tài)電池不能做成一個藝術品，產品很貴，高出液態(tài)電池幾倍甚至十幾倍，這樣永遠不可能裝車應用。”

 

        在萬向一二三股份公司電芯材料研發(fā)部總監(jiān)蘇敏看來，無論半固態(tài)還是全固態(tài)，都有最適配的能量密度，不存在某一類技術是唯一最優(yōu)解，都是解決高比能需求下電芯安全隱患殊途同歸的技術手段。攻克全固態(tài)電池的技術和產業(yè)化問題，需要全行業(yè)共同努力。