中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：搭載業(yè)內(nèi)首個(gè)準(zhǔn)900V超快充固態(tài)電池，實(shí)現(xiàn)超1000公里的CLTC續(xù)航里程；該電池采用干法一體成型耐高溫固態(tài)電解質(zhì)，可實(shí)現(xiàn)“整包無(wú)熱蔓延不起火”，峰值充電功率達(dá)400kW，充電12分鐘續(xù)航增加400km。日前，上汽智己發(fā)布了旗下最新車型——智己L6，聲稱“超快充固態(tài)電池首次量產(chǎn)上車”。
近期，固態(tài)電池相關(guān)技術(shù)頻頻取得新進(jìn)展。重慶太藍(lán)新能源宣布，已成功研發(fā)出世界首塊車規(guī)級(jí)全固態(tài)鋰金屬電池，單體容量為120Ah，實(shí)測(cè)能量密度達(dá)到了720Wh/kg；蔚來(lái)汽車表示，其150kWh固態(tài)電池已進(jìn)入量產(chǎn)階段，計(jì)劃在第二季度上線投入使用；廣汽集團(tuán)緊隨其后發(fā)布100%固態(tài)電解質(zhì)的全固態(tài)電池，宣稱該技術(shù)已從實(shí)驗(yàn)室走向量產(chǎn)應(yīng)用階段，預(yù)計(jì)將在2026年搭載于昊鉑車型上。
被業(yè)界公認(rèn)為“下一代電池技術(shù)”的固態(tài)電池已提前到來(lái)？
動(dòng)力電池是新能源汽車的核心部件，成本約占整車的40%，直接影響著電動(dòng)汽車的續(xù)航能力和安全性。當(dāng)前，以磷酸鐵鋰和三元鋰電池為代表的液態(tài)鋰離子電池已發(fā)展成為行業(yè)主流技術(shù)。然而，隨著電池技術(shù)更迭，液態(tài)鋰電池能量密度已經(jīng)接近理論“天花板”，在不更新材料的前提下，很難取得大幅提升。
而固態(tài)電池使用固體電解質(zhì)替代了傳統(tǒng)鋰電池的電解液和隔膜，可搭配能量密度更高的正負(fù)極材料，理論上更安全、能量密度更高、循環(huán)性能更強(qiáng)，一旦實(shí)現(xiàn)商業(yè)化將帶來(lái)顛覆性變革。
目前，全固態(tài)電池已成為全球電池科技的競(jìng)爭(zhēng)焦點(diǎn)，以日韓為代表的動(dòng)力電池生產(chǎn)大國(guó)紛紛加注，以期在未來(lái)能源技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)制高點(diǎn)。早在2020年，韓國(guó)三星SDI就已宣稱研發(fā)出能量密度900Wh/L且循環(huán)壽命超過(guò)1000次的硫化物全固態(tài)電池；LG新能源計(jì)劃2028年推出聚合物固態(tài)電池和硫化物固態(tài)電池，2030年推出性能更高的硫化物固態(tài)電池。日本豐田在固態(tài)電池技術(shù)方面申請(qǐng)的專利數(shù)量居全球首位，已從最初的材料探索，逐步轉(zhuǎn)移到電芯的試制，并宣布于2027年或2028年實(shí)現(xiàn)固態(tài)電池量產(chǎn)。
而我國(guó)在固態(tài)電池方面投入的資金、人才以及論文產(chǎn)出已經(jīng)世界領(lǐng)先。除了汽車廠商外，不僅寧德時(shí)代、贛鋒鋰業(yè)、天賜材料等鋰電龍頭企業(yè)不斷加大研發(fā)投入，還出現(xiàn)了重慶太藍(lán)新能源、北京衛(wèi)藍(lán)新能源、清陶能源等一批“專攻”固態(tài)電池的初創(chuàng)企業(yè)。
雖然固態(tài)電池研發(fā)進(jìn)入新一輪熱潮，但目前市面上宣稱可量產(chǎn)應(yīng)用的“固態(tài)電池”，并不是真正意義上的全固態(tài)電池，而是半固態(tài)電池。
以智己L6標(biāo)榜的“固態(tài)電池”為例，該電池一經(jīng)發(fā)布，就備受爭(zhēng)議。騰勢(shì)汽車總經(jīng)理兼首席共創(chuàng)官趙長(zhǎng)江在微博發(fā)文表示“就是在玩文字游戲”。這款電池的生產(chǎn)商清陶能源聯(lián)合創(chuàng)始人、總經(jīng)理李崢更是坦言，為增強(qiáng)固態(tài)電解質(zhì)的鋰離子導(dǎo)電性，，在電解質(zhì)中加入了10%的浸潤(rùn)液。嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，該電池屬于半固態(tài)電池。
除了電解質(zhì)性狀，全固態(tài)電池作為一種“顛覆性”技術(shù)，在電芯能量密度、安全性、充放電性能等方面也應(yīng)大幅領(lǐng)先現(xiàn)有液態(tài)鋰電池。當(dāng)前，主流液態(tài)三元鋰電池能量密度可以達(dá)到260Wh/kg~280Wh/kg。然而，不論是智己L6的“固態(tài)電池”，還是蔚來(lái)的150kWh電池，其電芯能量密度都在約350Wh/kg，相較最高水平的三元鋰電池，性能優(yōu)勢(shì)并不明顯。此外，固態(tài)電池應(yīng)該采用全新正負(fù)極材料體系，而這些“半固態(tài)電池”正負(fù)極材料與液態(tài)鋰電池正負(fù)極材料相似，無(wú)法發(fā)揮固態(tài)電解質(zhì)的全部性能。
相較智己L6的“固態(tài)電池”，重慶太藍(lán)新能源公司發(fā)布的全固態(tài)電池，正極材料采用富鋰錳基材料，負(fù)極材料選用不同于現(xiàn)有主流石墨、硅基材料的鋰金屬，電解質(zhì)采用氧化物固態(tài)電解質(zhì)，封裝采用鋁塑膜軟包，在實(shí)驗(yàn)室中測(cè)得的電芯能量密度高達(dá)720Wh/kg，不論是從材料體系，還是從性能參數(shù)等方面都滿足了業(yè)界對(duì)固態(tài)電池的設(shè)想。不過(guò)，該款電池仍停留在實(shí)驗(yàn)室小樣階段，距工業(yè)化量產(chǎn)應(yīng)用還有一定距離。
全固態(tài)電池技術(shù)開發(fā)難點(diǎn)究竟在哪里？目前，全固態(tài)電池在功率性能、循環(huán)、材料開發(fā)、電芯制造、系統(tǒng)設(shè)計(jì)等方面均存在較大挑戰(zhàn)。從基礎(chǔ)研究層面看，固態(tài)電池存在循環(huán)差，倍率和低溫性能不理想等問題；從工程化層面看，產(chǎn)業(yè)鏈配套仍不成熟，材料開發(fā)和生產(chǎn)工藝均需要突破；從量產(chǎn)推廣層面看，成本、規(guī)?；慨a(chǎn)設(shè)備、一致性等問題有待提前布局；從整車應(yīng)用層面看，快充能力、高低溫性能、循環(huán)性能以及脈沖功率均需要進(jìn)行適配性開發(fā)。
此外，在能量密度層面，基于現(xiàn)有的石墨或硅的負(fù)極材料體系，無(wú)論電解質(zhì)是什么形態(tài)，電池的能量密度不會(huì)有本質(zhì)提高。因此能量密度探索的重點(diǎn)方向是金屬鋰負(fù)極，而相對(duì)于液態(tài)電解質(zhì)，固態(tài)電解質(zhì)更適合與金屬鋰結(jié)合。然而，鋰金屬負(fù)極技術(shù)現(xiàn)在還不成熟，在提高界面潤(rùn)濕性，增大界面穩(wěn)定性以及抑制鋰枝晶等方面亟待進(jìn)一步突破。
電池材料創(chuàng)新是一個(gè)長(zhǎng)期積累、久久為功的過(guò)程。當(dāng)前市場(chǎng)相繼傳出關(guān)于“固態(tài)電池”、“半固態(tài)電池”量產(chǎn)上車和落地應(yīng)用的消息，反映出動(dòng)力電池技術(shù)在不斷變革升級(jí)?？梢灶A(yù)見的是，未來(lái)幾年，將是固態(tài)電池攻堅(jiān)的關(guān)鍵階段，誰(shuí)最先破題，讓全固態(tài)電池走出實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)真正的量產(chǎn)應(yīng)用，誰(shuí)就有機(jī)會(huì)引領(lǐng)市場(chǎng)需求，在電動(dòng)汽車時(shí)代占據(jù)更大主動(dòng)權(quán)。
