中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：固態(tài)電池，正在準(zhǔn)備迎接新的“風(fēng)口”。
近日，東風(fēng)汽車(chē)表示，其正在研發(fā)第二代、第三代固態(tài)電池，以及自主陶核電芯，布局固態(tài)電池全價(jià)值鏈技術(shù)生態(tài)。其中，第二代固態(tài)電池有望在2024年上半年量產(chǎn)，屆時(shí)整車(chē)?yán)m(xù)航里程可達(dá)1000公里以上。
幾乎與此同時(shí)，多家相關(guān)企業(yè)也紛紛亮出自己的固態(tài)電池量產(chǎn)時(shí)間表。長(zhǎng)城汽車(chē)旗下的蜂巢能源計(jì)劃2025年量產(chǎn)固態(tài)電池，衛(wèi)藍(lán)新能源稱最快將于2026年量產(chǎn)全固態(tài)電池，日產(chǎn)的固態(tài)電池量產(chǎn)則要到2028年，而蔚來(lái)汽車(chē)宣布2023年將向市場(chǎng)推出搭載固態(tài)電池的ET7轎車(chē)……誰(shuí)將最先量產(chǎn)固態(tài)電池，備受矚目。
01
誰(shuí)在布局固態(tài)電池
眼下，越來(lái)越多的汽車(chē)企業(yè)、電池企業(yè)、材料企業(yè)布局固態(tài)電池。
“東風(fēng)汽車(chē)是國(guó)內(nèi)最早研發(fā)固態(tài)電池的車(chē)企之一?！睎|風(fēng)技術(shù)中心前瞻研究中心高級(jí)研發(fā)經(jīng)理劉敏向記者表示，自2018年組建東風(fēng)技術(shù)中心前瞻研究中心固態(tài)電池團(tuán)隊(duì)至今，該團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的固態(tài)電池技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了從關(guān)鍵材料到電芯再到系統(tǒng)“卡脖子”技術(shù)的突破，有望進(jìn)一步緩解新能源車(chē)主“里程焦慮”問(wèn)題。今年1月，由東風(fēng)技術(shù)中心與贛鋒鋰業(yè)合作開(kāi)發(fā)的東風(fēng)-贛鋒高比能固態(tài)電池E70示范運(yùn)營(yíng)車(chē)正式交付，而且該車(chē)已在工信部獲批《免征車(chē)輛購(gòu)置稅的新能源汽車(chē)車(chē)型》（第五十一批）。目前，有50輛搭載固態(tài)電池的東風(fēng)風(fēng)神E70在全國(guó)4省8地開(kāi)展示范運(yùn)營(yíng)，示范運(yùn)營(yíng)里程至今已達(dá)35萬(wàn)公里。
盡管開(kāi)發(fā)固態(tài)電池的相關(guān)企業(yè)都在默默走自己的路，但這一領(lǐng)域事實(shí)上已經(jīng)形成了新的競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)。2021年，蔚來(lái)汽車(chē)就發(fā)布了一款單體能量密度達(dá)360Wh/kg的半固態(tài)電池包產(chǎn)品，并稱將搭載于蔚來(lái)首款轎車(chē)ET7上，但其當(dāng)初計(jì)劃的于2022年第四季度上市看來(lái)已經(jīng)難以實(shí)現(xiàn)，于是推遲到2023年。
今年5月，國(guó)軒高科在公司第十一屆科技大會(huì)上發(fā)布了一款半固態(tài)電池，其電芯能量密度同樣達(dá)到360Wh/kg，有望在明年初量產(chǎn)上車(chē)。“鋰離子電池的電芯包括正負(fù)極、電解質(zhì)、隔膜等，半固態(tài)電池提高能量密度走的是電解質(zhì)提升技術(shù)路線。”國(guó)軒高科工程研究總院副院長(zhǎng)徐興無(wú)在接受記者采訪時(shí)談到，電解質(zhì)材料的演進(jìn)正從電解液向半固態(tài)電解質(zhì)、準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)、全固態(tài)電解質(zhì)發(fā)展，因此也相應(yīng)地出現(xiàn)了半固態(tài)電池、全固態(tài)電池的稱呼。國(guó)軒高科400Wh/kg的半固態(tài)電池已有原型樣品，未來(lái)還將通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新落地硅基負(fù)極迭代，鋰金屬負(fù)極等技術(shù)，爭(zhēng)取最終實(shí)現(xiàn)全固態(tài)。
截至目前，國(guó)內(nèi)的輝能科技、清陶能源、衛(wèi)藍(lán)新能源等企業(yè)均已公開(kāi)表示，已經(jīng)具備量產(chǎn)半固態(tài)電池的能力。而在國(guó)外，奔馳、寶馬、福特、通用、現(xiàn)代、豐田、本田等車(chē)企及LG新能源等動(dòng)力電池企業(yè)均對(duì)此作出布局。
耐人尋味的是，近日，針對(duì)此前市場(chǎng)上“比亞迪全固態(tài)鋰電池在重慶生產(chǎn)，即將裝車(chē)試驗(yàn)”等傳聞，比亞迪官方進(jìn)行“辟謠”，稱其為不實(shí)信息。
02
誰(shuí)將率先實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)
事實(shí)上，由于技術(shù)和生產(chǎn)工藝等原因，目前國(guó)內(nèi)多數(shù)企業(yè)宣稱可以量產(chǎn)的固態(tài)電池都是半固態(tài)電池。中國(guó)科學(xué)院院士歐陽(yáng)明高曾在中國(guó)電動(dòng)汽車(chē)百人會(huì)年會(huì)上表示，“固態(tài)電池真正投入大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用大概時(shí)間在2025年～2030年之間?！?
與衛(wèi)藍(lán)新能源同年成立的清陶能源，已經(jīng)建成了國(guó)內(nèi)半固態(tài)鋰電池生產(chǎn)線。目前公司第一代半固態(tài)電池，液體含量在5%～15%，能量密度最大到420Wh/kg，成本可以與如今大量使用的液態(tài)鋰電池相當(dāng)。第二代產(chǎn)品正在小試階段，液體含量降至5%以下，能量密度達(dá)到400 Wh/kg～500Wh/kg，成本相比液態(tài)鋰電池減少20%，并預(yù)計(jì)在2024年量產(chǎn)。
中創(chuàng)新航方面透露，公司一直在做固態(tài)電池的研發(fā)，首先是貧液化，然后是半固態(tài)，最后到固態(tài)。在能量密度上，貧液化將達(dá)到400Wh/kg，半固態(tài)將達(dá)到450Wh/kg，準(zhǔn)固態(tài)將將達(dá)到500Wh/kg。但其并未透露這些新產(chǎn)品的量產(chǎn)時(shí)間。
在全球范圍內(nèi)，諸多相關(guān)企業(yè)也在固態(tài)電池量產(chǎn)賽道上加速奔跑。今年4月，日產(chǎn)發(fā)布了其橫濱工廠固態(tài)電池生產(chǎn)設(shè)備原型，并計(jì)劃在2024年建立一條全固態(tài)電池試生產(chǎn)線，在2028年將全固態(tài)電池推向市場(chǎng)。同月，本田發(fā)布了面向2030年的電動(dòng)汽車(chē)事業(yè)計(jì)劃。其中提到：開(kāi)展全固態(tài)電池示范生產(chǎn)線，投資約430億日元（約合人民幣22億元），計(jì)劃于2024年春季啟動(dòng)。而豐田計(jì)劃2025年前全固態(tài)電池將實(shí)現(xiàn)小規(guī)模量產(chǎn)，并首先搭載在混動(dòng)車(chē)型上，2030年前全固態(tài)電池要實(shí)現(xiàn)持續(xù)的、穩(wěn)定量產(chǎn)。
現(xiàn)代汽車(chē)公布的時(shí)間表中，計(jì)劃在2025年試生產(chǎn)配備固態(tài)電池的電動(dòng)車(chē)，在2030年左右實(shí)現(xiàn)全面批量生產(chǎn)。LG新能源預(yù)計(jì)2026年實(shí)現(xiàn)全固態(tài)電池量產(chǎn)。寶馬計(jì)劃2025年前推出搭載固態(tài)電池的原型車(chē)，在2030年前實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。
在美國(guó)，電動(dòng)汽車(chē)固態(tài)電池開(kāi)發(fā)商Solid Power于今年6月就已宣布完成其自動(dòng)化固態(tài)電池生產(chǎn)線并啟動(dòng)試生產(chǎn)。據(jù)悉，該條生產(chǎn)線將投產(chǎn)新型硫化物固態(tài)電池。隨后，Solid Power將對(duì)新型固態(tài)電池進(jìn)行測(cè)試，未來(lái)將向福特和寶馬等車(chē)企進(jìn)行交付。
03
還有哪些技術(shù)瓶頸
業(yè)界普遍認(rèn)為，全固態(tài)電池至少還需要數(shù)年時(shí)間才有望實(shí)現(xiàn)規(guī)模量產(chǎn)，這是因?yàn)槿虘B(tài)電池的技術(shù)和工藝難題仍未完全解決，且成本較高。
“當(dāng)前的固態(tài)電池行業(yè)，主流的技術(shù)路線有三種，分別是聚合物、硫化物和氧化物?！北本┐髮W(xué)新能源材料與技術(shù)實(shí)驗(yàn)室主任其魯教授告訴記者，目前國(guó)內(nèi)主要以氧化物路線為主，日韓致力于硫化物技術(shù)路線，歐洲走的是聚合物路線，美國(guó)則是同時(shí)推進(jìn)多條路線，但各條路線都有長(zhǎng)處和技術(shù)瓶頸。
在國(guó)內(nèi)大多數(shù)企業(yè)采用的氧化物技術(shù)路線，具有較好的導(dǎo)電性和穩(wěn)定性，并且離子電導(dǎo)率比聚合物更高，熱穩(wěn)定性接近1000度，同時(shí)機(jī)械穩(wěn)定性和電化學(xué)穩(wěn)定性也都非常好。但氧化物全固態(tài)電池存在孔隙率高的問(wèn)題，由此導(dǎo)致氧化物體系不大可能是全固態(tài)電池。目前國(guó)內(nèi)在研發(fā)的其實(shí)是固液混合的半固態(tài)方向，會(huì)有較好的能量密度，成本也較低。
硫化物固態(tài)電池是上述三種材料體系中電導(dǎo)率最高的，但熱動(dòng)力穩(wěn)定性較差，所以如何保持高穩(wěn)定性是一大難題。其中一種解決方法是進(jìn)行外層涂覆，但又增加了電池的電阻。另外，硫化物至今仍然無(wú)法避免鋰枝晶的產(chǎn)生，而且制備工藝比較復(fù)雜，因?yàn)榱蚧锶菀着c空氣中的水、氧氣反應(yīng)產(chǎn)生硫化氫有毒氣體。這需要時(shí)間來(lái)解決工藝難題，也會(huì)增加成本。但硫化物全固態(tài)電池的潛力最大，豐田在這方面投入了大量的時(shí)間、資金作研究，其擁有全世界最多的硫化物固態(tài)電池專利。
聚合物固態(tài)電池是最早實(shí)現(xiàn)裝車(chē)測(cè)試的，優(yōu)點(diǎn)是易加工，與現(xiàn)有的液態(tài)電解液的生產(chǎn)設(shè)備、工藝較為兼容，機(jī)械性能好。但其缺點(diǎn)是電導(dǎo)率太低，需要加熱到60度高溫才能正常工作；而且與鋰金屬的穩(wěn)定性較差，無(wú)法適配于高電壓的正極材料，所以限定了其能量密度。而聚合物在高溫下的安全問(wèn)題并未得到太大改善。因此，聚合物雖然是三條技術(shù)路線中最早開(kāi)始推進(jìn)的，但一直并未實(shí)現(xiàn)大面積應(yīng)用。
“一方面，目前很多企業(yè)對(duì)固態(tài)電池研究比較務(wù)實(shí)，且正快速推進(jìn)；另一方面，未來(lái)誰(shuí)掌握了固態(tài)電池的成套技術(shù)，誰(shuí)就能掌握新能源動(dòng)力的核心，進(jìn)而率先搶占全球市場(chǎng)，這或許是眾多企業(yè)大力加速固態(tài)電池早日量產(chǎn)的真正原因。”徐興無(wú)如是說(shuō)。
