中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：隨著液態(tài)電池技術(shù)的開發(fā)接近極限，固態(tài)電池憑借高能量密度、長(zhǎng)壽命及安全性等優(yōu)勢(shì)，成為下一代電池技術(shù)的焦點(diǎn)，也是各大車企和電池企業(yè)競(jìng)相研發(fā)的方向。近期，多家車企陸續(xù)公布了固態(tài)電池的量產(chǎn)時(shí)間表。
比亞迪鋰電池有限公司CTO孫華軍在2月15日舉行的第二屆中國(guó)全固態(tài)電池創(chuàng)新發(fā)展高峰論壇上表示，比亞迪計(jì)劃于2027年前后啟動(dòng)全固態(tài)電池的批量示范裝車應(yīng)用；中國(guó)第一汽車集團(tuán)公司首席科學(xué)家王德平則透露，一汽全固態(tài)電池項(xiàng)目計(jì)劃在2027年實(shí)現(xiàn)小批量應(yīng)用。在此之前，長(zhǎng)安汽車、上汽集團(tuán)和奇瑞汽車也均表示，計(jì)劃在2026年至2027年間實(shí)現(xiàn)固態(tài)電池的量產(chǎn)或裝車驗(yàn)證。
從多家車企的表態(tài)看，2027年將是固態(tài)電池量產(chǎn)的關(guān)鍵時(shí)間節(jié)點(diǎn)。然而，寧德時(shí)代董事長(zhǎng)曾毓群在去年3月的業(yè)績(jī)解讀會(huì)上表示，固態(tài)電池離商品化還很遠(yuǎn)，如果以技術(shù)和制造成熟度作為評(píng)價(jià)體系（以1—9打分，1分為入門，9分為成熟），目前整個(gè)行業(yè)只到4分的水平。寧德時(shí)代首席科學(xué)家吳凱更是直言，目前全行業(yè)均不具備量產(chǎn)全固態(tài)電池的能力。
仍未找到完美的技術(shù)路線
固態(tài)電池與液態(tài)電池的最大區(qū)別在于電解質(zhì)呈固態(tài)，這種改變使得固態(tài)電池在能量密度、安全性等方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。但固態(tài)電池的制造仍然存在一系列關(guān)鍵問題需要突破解決，其中最重要的是電解質(zhì)技術(shù)路線的選擇。
目前，固態(tài)電池的電解質(zhì)主要有硫化物、氧化物、聚合物、鹵化物等技術(shù)路線，但“電解質(zhì)中目前沒有大家希望的六邊形戰(zhàn)士（即完美無缺的電解質(zhì)），沒有任何一種能滿足所有的要求?！鄙虾４髮W(xué)教授、中國(guó)全固態(tài)電池產(chǎn)學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新平臺(tái)專家委員會(huì)副主任盧世剛表示。
其中，硫化物的離子電導(dǎo)率高，但化學(xué)穩(wěn)定性差，容易與空氣中的水分和氧氣反應(yīng)，部分硫化物在高溫下不穩(wěn)定，存在安全隱患；氧化物則因?yàn)榇嘈源螅庸るy度高，且界面抗阻高與電極接觸不良；聚合物電解質(zhì)容易加工，但離子電導(dǎo)率低，影響電池性能。鹵化物是固態(tài)電池中的新興材料，有比較好的離子電導(dǎo)率和穩(wěn)定性，但脆性大不易組裝，且成本較高。
在這些并不完美的電解質(zhì)中，硫化物和氧化物電解質(zhì)是目前行業(yè)研發(fā)和專利布局的重點(diǎn)。豐田在固態(tài)電池上采用的就是硫化物電解質(zhì)。武漢大學(xué)化學(xué)與分子科學(xué)學(xué)院教授艾新平指出：“硫化物是目前一個(gè)很好的切入點(diǎn)，但是其是否具備未來裝車的實(shí)際應(yīng)用條件，以及安全性都還需要進(jìn)一步的考證?！?/span>
除電解質(zhì)外，固態(tài)電池的正極和負(fù)極也存在多種選擇。如正極材料有三元材料、富鋰錳基、磷酸鐵鋰、尖晶石等，負(fù)極材料有碳基材料、合金類材料、鈦酸鋰以及新型材料（如硅基、鋰金屬等）。但這些材料在性能、穩(wěn)定性及成本方面各有優(yōu)劣，尚未形成定論。
界面問題也是固態(tài)電池的一大技術(shù)難題。曾毓群曾指出，研發(fā)全固態(tài)電池的關(guān)鍵在于對(duì)材料和化學(xué)體系的研究，其中最難的就是“固—固界面”問題。因?yàn)楣虘B(tài)電池中固體電解質(zhì)與電極材料之間難以實(shí)現(xiàn)完全緊密接觸，接觸電阻較高，影響電池的充放電效率。且在充放電過程中，電極材料會(huì)不可避免地發(fā)生體積膨脹和收縮，導(dǎo)致原本的接觸變差。另外，界面反應(yīng)還會(huì)破壞界面結(jié)構(gòu)形成鋰枝晶，鋰枝晶持續(xù)生長(zhǎng)可能穿透電解質(zhì)，造成電池短路，引發(fā)大量產(chǎn)熱和熱失控。
在制造層面，固態(tài)電池的干法和濕法工藝也存在爭(zhēng)議。干法工藝具有工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)效率高的優(yōu)點(diǎn)，但難以保證電解質(zhì)與正負(fù)極材料的良好接觸；濕法工藝則能夠更好地保證界面接觸，但工藝復(fù)雜、成本高。此外，固態(tài)電池的生產(chǎn)技術(shù)要求更高，涉及高溫高壓等復(fù)雜條件，增加了設(shè)備投入和生產(chǎn)難度。這些因素都使得固態(tài)電池的量產(chǎn)之路充滿不確定性。
在不確定性中奔向量產(chǎn)
盡管固態(tài)電池的最佳技術(shù)路線并沒有確定，但為了搶占市場(chǎng)取得先發(fā)優(yōu)勢(shì)，國(guó)內(nèi)多家車企和電池生產(chǎn)商在固態(tài)電池的量產(chǎn)上持續(xù)進(jìn)行著各自的研究。在已經(jīng)公布量產(chǎn)計(jì)劃的車企中，各家的技術(shù)路線均有所不同。
其中，比亞迪采用的是硫化物復(fù)合電解質(zhì)+高鎳三元正極+硅基負(fù)極的技術(shù)路線；奇瑞汽車采用氧化物固態(tài)電解質(zhì)路線，正極材料采用高鎳三元材料或富鋰錳基材料，負(fù)極探索鋰金屬負(fù)極的應(yīng)用；長(zhǎng)安汽車采用氧化物復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)，正極采用富鋰錳基，負(fù)極選用復(fù)合鋰金屬基材料；廣汽集團(tuán)則并行推進(jìn)兩條研發(fā)路徑，一是基于硫化物的多元復(fù)合體系，二是基于聚合物的多元復(fù)合體系。寧德時(shí)代同時(shí)推進(jìn)硫化物電解質(zhì)和氧化物電解質(zhì)技術(shù)路線。
車企和電池生產(chǎn)商在固態(tài)電池技術(shù)路線上的不同選擇，使得固態(tài)電池市場(chǎng)呈現(xiàn)出百家爭(zhēng)鳴的局面，但這正是其量產(chǎn)落地的不確定性的體現(xiàn)。究竟哪種技術(shù)路線將成為未來發(fā)展的主流？“全固態(tài)電池到了關(guān)鍵時(shí)期，需要確立技術(shù)路線，這關(guān)系到我國(guó)新能源汽車產(chǎn)業(yè)持續(xù)健康發(fā)展。”在此次固態(tài)電池論壇上，中國(guó)科學(xué)院院士、清華大學(xué)教授歐陽(yáng)明高表示。
歐陽(yáng)明高指出，當(dāng)前全固態(tài)電池的技術(shù)路線，要聚焦以硫化物電解質(zhì)為主體電解質(zhì)，匹配高鎳三元正極和硅碳負(fù)極的技術(shù)路線。他認(rèn)為，在硫化物固態(tài)電解質(zhì)方面，目前眾多企業(yè)已經(jīng)建立了小批量供應(yīng)能力，需要重點(diǎn)攻克大規(guī)模生產(chǎn)工藝，且目前全固態(tài)電池的主體電解質(zhì)逐漸聚焦于硫化物的技術(shù)路線，包括豐田、本田等外資車企，以及寧德時(shí)代、比亞迪、吉利等中國(guó)企業(yè)。
對(duì)于固態(tài)電池中長(zhǎng)期的發(fā)展路徑，歐陽(yáng)明高指出，2025年至2027年，要以200—300Wh/kg的石墨/低硅負(fù)極硫化物全固態(tài)電池為發(fā)展目標(biāo)為牽引，努力打通全固態(tài)電池的技術(shù)鏈。2027年至2030年，要以400Wh/kg和800Wh/L為目標(biāo)，重點(diǎn)攻關(guān)高容量硅碳負(fù)極，面向下一代乘用車電池；2030年至2035年，則要以500Wh/kg和1000Wh/L為目標(biāo)，重點(diǎn)攻關(guān)鋰負(fù)極，逐步向符合電解質(zhì)、高電壓高比容量正極發(fā)展。
至于量產(chǎn)時(shí)間，多數(shù)車企瞄準(zhǔn)了2027，有部分企業(yè)更是提出要在2026年進(jìn)行量產(chǎn)。對(duì)此，無錫先導(dǎo)智能裝備股份有限公司營(yíng)銷總經(jīng)理葉正平表示，車企在2027年實(shí)現(xiàn)固態(tài)電池量產(chǎn)的目標(biāo)還是比較冒險(xiǎn)的，以采用硫化物電解質(zhì)的比亞迪為例，硫化物的大規(guī)模生產(chǎn)是個(gè)巨大的挑戰(zhàn)，而且成本壓力也很大。
由于固態(tài)電池電解質(zhì)可能使用一些高價(jià)稀有金屬，同時(shí)固態(tài)電池的生產(chǎn)要求和設(shè)備投入更高，導(dǎo)致固態(tài)電池總體成本高昂，這是固態(tài)電池量產(chǎn)應(yīng)用的一大難題。不過隨著技術(shù)進(jìn)步和規(guī)模量產(chǎn)，固態(tài)電池的有望下降。孫華軍表示，固態(tài)電池預(yù)計(jì)在2030年之后實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用時(shí)，有望與液態(tài)電池達(dá)到同價(jià)水平。
總體來看，固態(tài)電池作為新能源汽車市場(chǎng)的關(guān)注焦點(diǎn)，其量產(chǎn)之路仍然充滿爭(zhēng)議和挑戰(zhàn)，哪種方案將最終勝出還需要時(shí)間來驗(yàn)證。
