隨著中國(guó)智能電動(dòng)車的滲透率邁過(guò)40%的分水嶺,汽車行業(yè)的動(dòng)能轉(zhuǎn)換拐點(diǎn)無(wú)限靠近,競(jìng)爭(zhēng)愈發(fā)激烈、同質(zhì)化愈發(fā)嚴(yán)重的中國(guó)新能源車企正在加速尋找差異化立足點(diǎn)。
繼800V、超快充、城市導(dǎo)航輔助駕駛爭(zhēng)先“上車”以后,行業(yè)需要新的故事來(lái)提振士氣,作為沒有明顯短板、充電速度快、安全性高、續(xù)航里程長(zhǎng)、被視為電池“終極技術(shù)”的固態(tài)電池被推到了臺(tái)前。
近日,蔚來(lái)宣布150kWh半固態(tài)電池包量產(chǎn)下線;上汽集團(tuán)旗下智己汽車宣布全球首次量產(chǎn)上車“超快充固態(tài)電池”;廣汽集團(tuán)宣布完成大容量全固態(tài)電池電芯研發(fā),將在2026年率先在旗下新能源品牌昊鉑上量產(chǎn)搭載。
除了車企外,動(dòng)力電池廠商、科研院所也紛紛下場(chǎng)宣布固態(tài)電池技術(shù)的最新進(jìn)展:中國(guó)科學(xué)院青島生物能源與過(guò)程研究所先進(jìn)儲(chǔ)能材料與技術(shù)研究團(tuán)隊(duì)宣布解決了制約硫化物全固態(tài)電池疊層工藝的關(guān)鍵痛點(diǎn)和技術(shù)瓶頸;寧德時(shí)代近日在互動(dòng)平臺(tái)透露“公司非常重視固態(tài)電池,已經(jīng)進(jìn)行了多年的布局,最近加大了很多投入,在固態(tài)電池領(lǐng)域處于行業(yè)領(lǐng)先地位”……
固態(tài)電池的消息一波接著一波,量產(chǎn)上車、超長(zhǎng)續(xù)航、相關(guān)概念股一度出現(xiàn)漲停潮。但固態(tài)電池真的來(lái)了嗎?
多位業(yè)內(nèi)人士告訴21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)報(bào)道記者,從嚴(yán)格意義上講,目前市場(chǎng)上搭載的固態(tài)電池多是半固態(tài)電池,仍需要加入傳統(tǒng)的液態(tài)電解質(zhì),與當(dāng)前常規(guī)液態(tài)鋰離子電池并無(wú)本質(zhì)的差異,稱其為半固態(tài)電池或準(zhǔn)固態(tài)電池更加準(zhǔn)確。
需要注意的是,全固態(tài)電池已成為全球動(dòng)力電池領(lǐng)域競(jìng)爭(zhēng)的技術(shù)高地,中國(guó)、日韓、美國(guó)均將其作為下一代電池技術(shù)的制勝點(diǎn),試圖搶占先機(jī)獲得一定的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì),成為“未來(lái)的寧德時(shí)代”。
然而,量產(chǎn)固態(tài)電池成本高、難度大,部分基礎(chǔ)技術(shù)、生產(chǎn)工藝等問(wèn)題仍未解決,短期內(nèi)難以實(shí)現(xiàn)規(guī)?;瘧?yīng)用,行業(yè)普遍認(rèn)為固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化時(shí)間集中在2027年~2030年。
“全固態(tài)電池開發(fā)難度巨大,需要在高性能全固態(tài)電解質(zhì)及正負(fù)極材料,創(chuàng)新極片及電芯設(shè)計(jì),高速連續(xù)化制造工藝及裝備以及系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)等領(lǐng)域開展技術(shù)攻關(guān)?!睆V汽方面人士對(duì)21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)報(bào)道記者表示。
顛覆新能源汽車的下一代電池技術(shù)?
事實(shí)上,固態(tài)電池和液態(tài)電池均是鋰電池的分支,差別主要在于電解質(zhì)的使用,分別采用固態(tài)和液態(tài)電解質(zhì)材料,半固態(tài)電池是液態(tài)電池和全固態(tài)電池的折中方案。
與目前行業(yè)普遍搭載的液態(tài)鋰電池相比,固態(tài)電池在能量密度、安全性和工作溫度等方面更具優(yōu)勢(shì),一定程度上可以提高電動(dòng)車的續(xù)航里程、減少當(dāng)前液態(tài)鋰電池存在的熱失控和電池燃燒等潛在風(fēng)險(xiǎn)。
“為什么要發(fā)展全固態(tài)電池?第一,通過(guò)用固態(tài)電解質(zhì)替代有機(jī)電解液,可顯著提高鋰電池的安全性。第二,基于固態(tài)電解質(zhì)的高穩(wěn)定性,有利于兼容更高電壓的正極材料以及更高比容量的含鋰負(fù)極材料,可進(jìn)一步提升鋰電池的能量密度。”中國(guó)電子科技集團(tuán)第十八研究所研究員肖成偉認(rèn)為。
固態(tài)電池的技術(shù)路線主要分為三種:氧化物路線、聚合物路線與硫化物路線。其中聚合物是最早實(shí)現(xiàn)固態(tài)電池裝車測(cè)試的技術(shù)路線,柔韌性和界面接觸性良好,與現(xiàn)有鋰電池工藝接近,但其劣勢(shì)在于室溫下離子電導(dǎo)率(鋰離子在正負(fù)極之間游動(dòng)的速度)低,需要加熱到60℃高溫才能正常工作,但超過(guò)200℃又會(huì)發(fā)生燃燒,很難符合動(dòng)力電池的安全性要求;氧化物的離子電導(dǎo)率要高于聚合物,但仍不如液態(tài)電解質(zhì),且還原穩(wěn)定性略低,正負(fù)極固固界面接觸差;硫化物電解質(zhì)離子電導(dǎo)率高,延展性較好,但化學(xué)穩(wěn)定性差,機(jī)械性能差,規(guī)模化量產(chǎn)難度較高。
目前日韓企業(yè)如豐田、三星SDI則押注硫化物,歐洲企業(yè)側(cè)重聚合物路線,國(guó)內(nèi)電池企業(yè)如清陶能源、北京衛(wèi)藍(lán)、贛鋒鋰電、重慶太藍(lán)等普遍選擇氧化物路線。
紛至沓來(lái)的量產(chǎn)上車和落地應(yīng)用讓2023年火爆一時(shí)的固態(tài)電池概念再次掀起風(fēng)暴。
去年6月,衛(wèi)藍(lán)新能源宣布將360Wh/kg鋰電池電芯正式交付蔚來(lái)汽車;去年底,蔚來(lái)創(chuàng)始人李斌直播實(shí)測(cè)了150kWh(即150度電)電池包行駛距離達(dá)1044公里;今年4月,率先搭載行業(yè)首個(gè)量產(chǎn)上車的“超快充固態(tài)電池1.0”的智己L6發(fā)布,智己方面稱其將“突破1000公里超長(zhǎng)續(xù)航”;太藍(lán)新能源宣布在“車規(guī)級(jí)全固態(tài)鋰電池”研發(fā)方面取得重大進(jìn)展,制備出實(shí)測(cè)能量密度達(dá)到720Wh/kg的超高能量密度體型化全固態(tài)鋰金屬電池;4月9日,廣汽集團(tuán)官宣實(shí)現(xiàn)了全固態(tài)電池能量密度達(dá)到400Wh/kg以上,較當(dāng)前量產(chǎn)的液態(tài)鋰離子電池體積能量密度提升52%以上,實(shí)現(xiàn)超1000公里續(xù)航。
根據(jù)研究機(jī)構(gòu)GGII預(yù)測(cè),2024年將是固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個(gè)重要節(jié)點(diǎn),年內(nèi)有望實(shí)現(xiàn)(半)固態(tài)電池的大規(guī)模裝載應(yīng)用,預(yù)計(jì)全年裝機(jī)總量將歷史性突破5GWh大關(guān)。
“固態(tài)電池的安全性好,能量密度高,是電動(dòng)交通下一代動(dòng)力電池發(fā)展的重要方向。但大多數(shù)固態(tài)電解質(zhì)中的離子擴(kuò)散速率與液態(tài)電解質(zhì)存在數(shù)量級(jí)差異、固固界面難以始終保持良好接觸、與鋰金屬和高比能電極材料的匹配性等問(wèn)題需要解決?!庇袠I(yè)內(nèi)人士告訴21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)報(bào)道記者,此外也需要大力度推進(jìn)固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化發(fā)展,除了應(yīng)用層面,在源頭的技術(shù)研究更重要,可以從源頭上設(shè)計(jì)更好的電解質(zhì),做出性能更好的電池。
技術(shù)、成本掣肘,產(chǎn)業(yè)化前路漫漫
值得一提的是,近期關(guān)于固態(tài)電池上車究竟是創(chuàng)新還是噱頭在業(yè)內(nèi)引起熱議。
智己L6上市前將“搭載行業(yè)首個(gè)量產(chǎn)上車的超快充固態(tài)電池”作為重要宣傳點(diǎn),騰勢(shì)汽車總經(jīng)理趙長(zhǎng)江在社交媒體發(fā)文稱“這個(gè)時(shí)候宣傳半固態(tài)車用電池的就是在玩文字游戲”,隨后這一發(fā)言被刪除。
業(yè)內(nèi)認(rèn)為,智己L6搭載的固態(tài)電池采用固態(tài)電解質(zhì)替代了部分液態(tài)電解質(zhì),提高能量密度進(jìn)而提高續(xù)航里程,從嚴(yán)格意義上講是半固態(tài)電池,全固態(tài)電池不該再使用電解液。
這也得到了清陶能源總經(jīng)理李崢的印證(智己L6搭載的固態(tài)電池由上汽集團(tuán)投資的清陶能源供應(yīng)),他于近日表示,清陶能源的固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化分為三步:第一代半固態(tài)電池在智己汽車上裝車量產(chǎn);2025年會(huì)開發(fā)第二代固態(tài)電池;最終實(shí)現(xiàn)的第三代固態(tài)電池才是全固態(tài)電池。
“目前中國(guó)新能源汽車產(chǎn)業(yè)內(nèi)卷嚴(yán)重,各車企宣布固態(tài)類電池上車、智能駕駛上車等,甚至進(jìn)行高管實(shí)測(cè),一方面是電池等零部件的先進(jìn)技術(shù)有所進(jìn)展,另一方面則是為了吸引投資人或消費(fèi)者而給出的自選動(dòng)作?!?月15日,車夫咨詢合伙人曹廣平在接受21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)報(bào)道記者采訪時(shí)表示。
曹廣平認(rèn)為,以固態(tài)類電池來(lái)說(shuō),各家的技術(shù)路線、供應(yīng)商以及樣品水平并不相同。但總體而言,問(wèn)題存在于固態(tài)類電池的界面阻抗、量產(chǎn)工藝、樣品壽命、能量密度指標(biāo)以及價(jià)格等方面,發(fā)展程度有所不同,有的還需要逐漸完善。
除了基礎(chǔ)技術(shù)、制造工藝、鋰枝晶抑制、固固界面問(wèn)題等技術(shù)難點(diǎn)之外,固態(tài)電池落地的另一個(gè)核心挑戰(zhàn)是成本高企帶來(lái)的量產(chǎn)困難,短期內(nèi)難以實(shí)現(xiàn)規(guī)?;瘧?yīng)用。
即便是更快量產(chǎn)、被視為由液態(tài)鋰電池向全固態(tài)電池轉(zhuǎn)型的過(guò)渡的半固態(tài)電池成本也居高不下。蔚來(lái)汽車總裁秦力洪曾在ET7半固態(tài)電池測(cè)試時(shí)表示,150kWh的固態(tài)電池包的成本接近一輛蔚來(lái)ET5,即超過(guò)29萬(wàn)元。此外,極氪009搭載的首款麒麟電池包也是半固態(tài)電池,據(jù)悉其電池包價(jià)格也“比一輛車還貴”。
“固態(tài)電池目前雖然有樣品概念的電池,但是真要走向產(chǎn)業(yè)化,成本還是相當(dāng)大,固態(tài)電解質(zhì)的穩(wěn)定性、表界面的相互作用和系統(tǒng)的集成等方面都有很多挑戰(zhàn)。”中國(guó)科學(xué)院院士陳軍認(rèn)為。
廣汽埃安電池研發(fā)部負(fù)責(zé)人李進(jìn)表示,雖然其全固態(tài)電池步入從實(shí)驗(yàn)室里走向量產(chǎn)的階段,但仍需2年時(shí)間才能上車,即2026年才能完成全固態(tài)電池開發(fā),并率先搭載于昊鉑車型。
也有觀點(diǎn)認(rèn)為,固態(tài)電池在汽車上率先應(yīng)用的場(chǎng)景可能在混合動(dòng)力車型,突破1%替代率的機(jī)會(huì)就在混動(dòng)車上。
盡管大規(guī)模量產(chǎn)全固態(tài)電池現(xiàn)在看來(lái)仍前路漫漫,但在競(jìng)爭(zhēng)愈發(fā)激烈的當(dāng)下,車企需要新的故事來(lái)提振士氣以及支撐消費(fèi)者對(duì)品牌的信心。
廣汽研究院人士告訴21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)報(bào)道記者,借助AI及高通量計(jì)算等先進(jìn)技術(shù),可加快全固態(tài)電池的研發(fā)進(jìn)度,加速商業(yè)化進(jìn)程。
行業(yè)將固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化時(shí)間普遍定在了2027年~2030年,目前全球不少車企對(duì)于固態(tài)電池“上車”有了較為明確的時(shí)間表。
大眾表示正在積極研發(fā)全固態(tài)電池技術(shù),目標(biāo)是2025年前實(shí)現(xiàn)量產(chǎn);寶馬承諾在2025年前,推出搭載全固態(tài)電池的電動(dòng)汽車原型車,并在2030年前量產(chǎn);豐田宣布在2027年至2028年實(shí)現(xiàn)“全固態(tài)電池”的量產(chǎn)實(shí)用化,但初期產(chǎn)能不會(huì)很高;日產(chǎn)方面稱其全固態(tài)電池技術(shù)可能讓日產(chǎn)的下一代電動(dòng)汽車實(shí)現(xiàn)質(zhì)的飛躍,具有“幾乎是現(xiàn)有電池兩倍的能量密度”,并且具有更快的充電性能和更低的成本。
在肖成偉看來(lái),理想情形下,2027年全固態(tài)電池做到能量密度400Wh/kg、1000次的循環(huán),2C的倍率性能,實(shí)現(xiàn)百輛到千輛車級(jí)別的示范運(yùn)營(yíng);2030年實(shí)現(xiàn)全固態(tài)電池和搭載車輛的小規(guī)模量產(chǎn);2035年左右實(shí)現(xiàn)全固態(tài)電池大規(guī)模量產(chǎn),并實(shí)現(xiàn)普遍使用。
曹廣平告訴21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)報(bào)道記者,對(duì)固態(tài)類電池技術(shù)或資源的布局,要堅(jiān)持投技術(shù),測(cè)試看效果,發(fā)展看趨勢(shì)?!澳壳爸笜?biāo)好的產(chǎn)品,趨勢(shì)不一定好;目前指標(biāo)差的產(chǎn)品,趨勢(shì)也不一定錯(cuò),所以要綜合各方面情況,做2~3種的子技術(shù)路線的參與,是相對(duì)比較合理的。比如目前國(guó)內(nèi)硫化物的技術(shù)路線開始有所抬頭,就要緊跟測(cè)試,深度分析,評(píng)估結(jié)果。既不能失去機(jī)會(huì),又要多方把握?!?/p>