中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：固態(tài)電池是不是“炒”過(guò)頭了？
此前，寧德時(shí)代董事長(zhǎng)曾毓群表示，當(dāng)前行業(yè)良莠不齊，許多產(chǎn)品“名不符實(shí)”；歐陽(yáng)明高也提到，固態(tài)電池的發(fā)展要循序漸見(jiàn)，避免形式主義。
毫無(wú)疑問(wèn)，今年以來(lái)最受鋰電市場(chǎng)關(guān)注的，就是固態(tài)電池技術(shù)路線(xiàn)。
在一二級(jí)市場(chǎng)，固態(tài)電池的熱潮不僅帶動(dòng)了初創(chuàng)企業(yè)的投融資高峰，也推高了固態(tài)電池相關(guān)企業(yè)的股價(jià)。
國(guó)家層面，對(duì)固態(tài)電池技術(shù)寄予重視，工信部和財(cái)政部牽頭，為全固態(tài)電池發(fā)展提供60億元政府基礎(chǔ)研發(fā)資金支持。
在產(chǎn)業(yè)界，今年以來(lái)，頭部電池廠(chǎng)商密集披露了固態(tài)電池規(guī)劃進(jìn)度。其中，寧德時(shí)代規(guī)劃2027年實(shí)現(xiàn)全固態(tài)電池小批量生產(chǎn)；國(guó)軒高科發(fā)布首款金石固態(tài)電池，計(jì)劃2027年小批量上車(chē)，2030年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)；中創(chuàng)新航發(fā)布“無(wú)界”固態(tài)電池，計(jì)劃2027年實(shí)現(xiàn)裝車(chē)，等等。
固態(tài)電池的火熱，背后有多種因素的交織，既有產(chǎn)業(yè)層面技術(shù)升級(jí)的要求，而在更大的層面也有不同國(guó)家與地區(qū)的產(chǎn)業(yè)鏈博弈。
首先，就產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)發(fā)展而言，當(dāng)前技術(shù)體系已經(jīng)逐漸達(dá)到了性能瓶頸，放在下游市場(chǎng)，電池的安全性、能量密度表現(xiàn)仍未完全解決消費(fèi)者的擔(dān)憂(yōu)，以新能源汽車(chē)市場(chǎng)為例，在終端滲透率突破50%之后，新能源汽車(chē)滲透率的提升放緩，擴(kuò)大新能源汽車(chē)的市場(chǎng)占比需要新一代電池技術(shù)的支撐。
固態(tài)電池作為下一代電池技術(shù)，正由于其在安全性、能量密度的顯著提升，承載了產(chǎn)業(yè)界技術(shù)升級(jí)的期待。
再上升到國(guó)家戰(zhàn)略層面，隨著鋰電池應(yīng)用的不斷擴(kuò)張，儲(chǔ)能、航空、船舶、新能源汽車(chē)等等，鋰電產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為新世紀(jì)能源革新的代表，隨著鋰電產(chǎn)業(yè)應(yīng)用市場(chǎng)和規(guī)模的進(jìn)一步擴(kuò)大，有望成為各國(guó)支柱性產(chǎn)業(yè)鏈的重要支撐。針對(duì)鋰電技術(shù)的國(guó)際化比拼也暗流涌動(dòng)，日本、韓國(guó)、美國(guó)、歐洲各國(guó)也都推進(jìn)了固態(tài)電池技術(shù)發(fā)展規(guī)劃，以求在下一代技術(shù)中趕超中國(guó)。
但是拋開(kāi)固態(tài)電池帶來(lái)的市場(chǎng)熱度，固態(tài)電池難產(chǎn)是業(yè)界的首要問(wèn)題。作為固態(tài)電池先行者，豐田屢屢推遲固態(tài)電池量產(chǎn)時(shí)間表，國(guó)內(nèi)電池、材料企業(yè)對(duì)與固態(tài)電池技術(shù)路線(xiàn)也未達(dá)成一致共識(shí)。
近期，高工鋰電固態(tài)電池巡回走訪(fǎng)多家核心材料、電池以及新能源汽車(chē)廠(chǎng)商，對(duì)于固態(tài)電池的量產(chǎn)難點(diǎn)，產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程也將給出解析。
全固態(tài)電池難在哪？
首先需要澄清的是，當(dāng)前，能夠?qū)崿F(xiàn)裝車(chē)的均為半固態(tài)電池，即以固液混合電解質(zhì)替代傳統(tǒng)液態(tài)電解液。不少車(chē)企，乃至電池企業(yè)宣稱(chēng)的“固態(tài)電池”也均為“半固態(tài)電池”。
盡管半固態(tài)電池被視為全固態(tài)電池的一種過(guò)渡技術(shù)路線(xiàn)，但技術(shù)本質(zhì)上，兩者仍有區(qū)別。
有產(chǎn)業(yè)界人士對(duì)高工鋰電表示，半固態(tài)電池技術(shù)路線(xiàn)主要是對(duì)傳統(tǒng)液態(tài)鋰電池技術(shù)的升級(jí)，采用的設(shè)備和材料體系與傳統(tǒng)液態(tài)鋰電池一致，目前已具備大規(guī)模量產(chǎn)條件。但相比之下，全固態(tài)電池不論是設(shè)備，還是材料、工藝，當(dāng)前都不成熟。
產(chǎn)業(yè)界從半固態(tài)電池過(guò)渡，其實(shí)也在為全固態(tài)電池的材料、設(shè)備研發(fā)爭(zhēng)取時(shí)間，從側(cè)面也表明，全固態(tài)電池量產(chǎn)仍面臨眾多問(wèn)題。
與半固態(tài)電池這類(lèi)可以采用已有成熟產(chǎn)業(yè)鏈的技術(shù)路線(xiàn)相比，全固態(tài)電池不僅要面臨“造不造得出來(lái)”的問(wèn)題，還要考慮“用不用得上”。
“造不造得出來(lái)”主要看材料、設(shè)備是否成熟，生產(chǎn)的良率是否有保障。
目前來(lái)看，固態(tài)電池技術(shù)路線(xiàn)中，氧化物、聚合物、硫化物等因?yàn)檠邪l(fā)歷史較久而受到市場(chǎng)的關(guān)注。
三大技術(shù)路線(xiàn)共同的技術(shù)難題都包括固固界面接觸帶來(lái)的電導(dǎo)率和穩(wěn)定性問(wèn)題，目前始終沒(méi)能找到較好的辦法。
以硫化物固態(tài)電池為例，在界面層面，由于電極和固態(tài)電解質(zhì)的不穩(wěn)定性，界面問(wèn)題將導(dǎo)致Li+耗盡，阻礙電荷傳輸，進(jìn)而影響全固態(tài)電池的能量、功率特性和使用壽命，盡管當(dāng)前界面問(wèn)題可以通過(guò)引入緩沖層，如進(jìn)行正極包覆和負(fù)極人造SEI層，但是均勻緩沖層的設(shè)計(jì)和構(gòu)建仍有挑戰(zhàn)。
此外，通過(guò)對(duì)復(fù)合電極和電池施加足夠高的壓力是環(huán)節(jié)界面機(jī)械失效的方法，但是施加壓力的方式和大小仍不確定。就產(chǎn)業(yè)設(shè)備而言，業(yè)內(nèi)人士對(duì)高工鋰電表示，目前就聚合物、氧化物技術(shù)路線(xiàn)來(lái)說(shuō)，設(shè)備相對(duì)成熟一些，但是硫化物路線(xiàn)設(shè)備仍有很大的性能改進(jìn)空間。
除了界面問(wèn)題外，枝晶問(wèn)題也同樣存在于固態(tài)電池，由于固態(tài)介質(zhì)的問(wèn)題，固態(tài)電池在充放電過(guò)程中容易出現(xiàn)不均勻沉積的現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致空穴和極化現(xiàn)象，影響固態(tài)電池的性能和使用壽命。
材料問(wèn)題則是另一大重點(diǎn)。除了固態(tài)電解質(zhì)本身電化學(xué)性能的穩(wěn)定性外，如何匹配合適的正負(fù)極材料亦是一大難點(diǎn)。
對(duì)于固態(tài)電池而言，其最大的作用便是綜合材料體系的革新帶來(lái)能量密度和安全性的跨越式提升，這也意味正負(fù)極材料不僅局限于三元、磷酸鐵鋰體系，但是作為前沿技術(shù)應(yīng)用的鋰金屬負(fù)極、硅基負(fù)極都不成熟。尋得合適的新型正負(fù)極材料是業(yè)界探索的一大方向。
“用不用得上”主要看成本、性?xún)r(jià)比以及安全性等問(wèn)題。
生產(chǎn)成本高昂，是固態(tài)電池面臨的又一問(wèn)題，尤其是高性能固態(tài)電池的生產(chǎn)。
從材料成本來(lái)看，當(dāng)前固態(tài)電池材料成本高昂，僅硫化物固態(tài)電解質(zhì)成本就達(dá)到2萬(wàn)元/kg。
固態(tài)電池材料價(jià)格的混亂，也造成固態(tài)電池成本結(jié)構(gòu)的失衡，業(yè)內(nèi)人士表示，當(dāng)前固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)鏈處于發(fā)展初期，材料價(jià)格波動(dòng)較大，并未形成穩(wěn)定且透明的成本結(jié)構(gòu)，對(duì)于不同企業(yè)，不同訂單需求，上游材料企業(yè)往往以差異化的價(jià)格對(duì)待，這些因素都推高了固態(tài)電池的成本。
據(jù)高工鋰電調(diào)研了解，有頭部電池廠(chǎng)商透露，目標(biāo)是在2027年實(shí)現(xiàn)固態(tài)電池成本在1.5-2元/Wh的水平，但是這一成本水平離產(chǎn)業(yè)化目標(biāo)相距仍有一定距離。對(duì)比同期磷酸鐵鋰電池價(jià)格，預(yù)計(jì)2027年將在0.3元/Wh甚至更低，固態(tài)電池成本價(jià)格超出磷酸鐵鋰價(jià)格5倍以上。
此外，目前產(chǎn)業(yè)鏈多以10Ah、20Ah容量的固態(tài)電池生產(chǎn)樣品為主，而搭載在電車(chē)上的電芯容量多超過(guò)50Ah，甚至達(dá)到100Ah。生產(chǎn)大容量固態(tài)電池，在測(cè)試過(guò)程又存在指數(shù)級(jí)提升的安全隱患。
綜合以上問(wèn)題，固態(tài)電池技術(shù)瓶頸眾多，仍以實(shí)驗(yàn)室為主。
全固態(tài)電池量產(chǎn)=商用？
但與目前固態(tài)電池所遇到的困難相比，顯然市場(chǎng)給予固態(tài)電池的期待更大。全固態(tài)電池的熱潮也從起初的乘用車(chē)市場(chǎng)，席卷到了航空，儲(chǔ)能。
距高工鋰電不完全統(tǒng)計(jì)，目前已有超20家電池企業(yè)、車(chē)企公布了自己的固態(tài)電池量產(chǎn)及上車(chē)計(jì)劃，時(shí)間節(jié)點(diǎn)也多集中在2027-2028年。
但是也值得注意的是，量產(chǎn)以及上車(chē)并不等于真正的商業(yè)化應(yīng)用。
真正意義上的商業(yè)應(yīng)用，意味著產(chǎn)品能夠大規(guī)模、低成本生產(chǎn)，這是消費(fèi)端普及應(yīng)用的基本條件。從這一條件來(lái)說(shuō)，電池廠(chǎng)商和車(chē)企于2027-2028年量產(chǎn)和裝車(chē)離真正意義上的商業(yè)化應(yīng)用仍有距離。
目前所披露的全固態(tài)量產(chǎn)和上車(chē)計(jì)劃，示范意義大于應(yīng)用意義。
業(yè)內(nèi)人士表示，2027年的量產(chǎn)和上車(chē)是一個(gè)目標(biāo)和風(fēng)向，并不等于真正的推向市場(chǎng)，國(guó)家60億元資金支持固態(tài)電池，也是對(duì)這一前沿技術(shù)的鼓勵(lì)和探索。
對(duì)于產(chǎn)業(yè)化問(wèn)題，歐陽(yáng)明高此前表示，即便全固態(tài)電池實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破，實(shí)現(xiàn)2030年產(chǎn)業(yè)化，要替代液態(tài)鋰電池50%市場(chǎng)份額，至少需要20-30年。
從研發(fā)到量產(chǎn)，從量產(chǎn)到商用，固態(tài)電池每一個(gè)產(chǎn)業(yè)進(jìn)程都具有不確定性。
正因此，市場(chǎng)對(duì)于全固態(tài)電池技術(shù)路線(xiàn)也存在質(zhì)疑，借由固態(tài)電池當(dāng)前混亂的產(chǎn)業(yè)生態(tài)，也滋生著一系列行業(yè)亂象。業(yè)內(nèi)人士坦言，如今涌現(xiàn)出一批固態(tài)電池初創(chuàng)企業(yè)，以及不少企業(yè)蹭上固態(tài)電池的熱度，對(duì)于這一部分企業(yè)而言，固態(tài)電池更是一種商業(yè)運(yùn)營(yíng)的手段，而非以產(chǎn)業(yè)化為目標(biāo)。
那么，全固態(tài)電池值不值得探索？這背后，其實(shí)也是如何平衡前沿技術(shù)探索帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)和不確定性。
2027年全固態(tài)電池從實(shí)驗(yàn)室落地為產(chǎn)品，或許面臨極高的成本，但這一示范效應(yīng)仍是有積極作用的。
從產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程角度來(lái)看，歐陽(yáng)明高提到，對(duì)于汽車(chē)技術(shù)而言，1%是一個(gè)重要的市場(chǎng)份額，全固態(tài)電池實(shí)現(xiàn)1%就已具備突破性的意義。2016年，國(guó)內(nèi)新能源汽車(chē)占有率達(dá)1%的情況下，全球已開(kāi)始朝電動(dòng)汽車(chē)轉(zhuǎn)型，固態(tài)電池如若能達(dá)到1%的市占也將帶來(lái)新技術(shù)的革新浪潮。
從0到1的過(guò)程也許很慢，但是從1-10的過(guò)程往往是加速的。對(duì)于固態(tài)電池而言也是如此，放下市場(chǎng)的雜音和紛擾，審慎看待固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)化，不妨多些耐心和等待。
