企業(yè)頻道
固態(tài)電池商業(yè)化，還需邁過幾道坎？
證券時報編輯 韓忠楠
近期，萬向錢潮、紫建電子、南都電源等不少于8家動力電池產(chǎn)業(yè)鏈公司，先后公布了各自在半固態(tài)電池以及全固態(tài)電池領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)展。
此外，寧德時代、比亞迪、中創(chuàng)新航、欣旺達(dá)等動力電池企業(yè)也披露了各自研發(fā)的固態(tài)動力電池裝車時間表，2027年預(yù)計成為全固態(tài)電池小批量上車元年。
從半固態(tài)電池到全固態(tài)電池，從實驗室走向應(yīng)用場，固態(tài)電池的商業(yè)化還需要邁過材料關(guān)、技術(shù)關(guān)及成本關(guān)等數(shù)道門檻。
中國科學(xué)院院士、中國電動汽車百人會副理事長歐陽明高表示，固態(tài)電池被行業(yè)視為最具潛力的“下一代動力電池”，但結(jié)合燃料電池的研發(fā)經(jīng)驗來看，固態(tài)電池的商業(yè)化仍然需要逐步實現(xiàn)。
攻克“技術(shù)關(guān)”
材料升級是關(guān)鍵
與依賴液體電解質(zhì)的傳統(tǒng)鋰電池不同，固態(tài)電池是一種使用固體正負(fù)極和固體電解質(zhì)的電池。根據(jù)液體電解質(zhì)含量的不同，固態(tài)電池可分為半固態(tài)、準(zhǔn)固態(tài)、全固態(tài)三種類型。
“固態(tài)電池的工作原理其實與液態(tài)鋰電池相同，充電時正極中的鋰離子從活性物質(zhì)中脫嵌，通過固態(tài)電解質(zhì)向負(fù)極遷移，完成充放電過程。”某動力電池研究院固態(tài)電池領(lǐng)域的研發(fā)人員向證券時報編輯表示，從液態(tài)電池到固態(tài)電池，首先會面臨電解質(zhì)材料的變更，工藝上也會發(fā)生轉(zhuǎn)變。
國聯(lián)證券分析稱，固態(tài)電池技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用將按照“固態(tài)電解質(zhì)—新型負(fù)極—新型正極”的形式呈現(xiàn)梯次滲透，核心在于引入新材料體系。
其中，負(fù)極材料將從石墨向硅基負(fù)極、含鋰負(fù)極、金屬鋰負(fù)極升級；正極材料將從高鎳三元，向高電壓高鎳三元、超高鎳三元，再向尖晶石鎳錳酸鋰、層狀富鋰錳基等新型正極材料迭代升級；隔膜將從傳統(tǒng)隔膜，向氧化物涂覆隔膜升級，甚至最終取消隔膜。
具體來說，在負(fù)極材料端，短期內(nèi)，硅基負(fù)極有望成為固態(tài)電池負(fù)極材料的主要解決方案。長期來看，金屬鋰將成為固態(tài)電池負(fù)極的終極選擇。杉杉股份、璞泰來、貝特瑞、中科電氣、贛鋒鋰業(yè)、天齊鋰業(yè)等公司均在固態(tài)電池負(fù)極材料方面有所布局。
而在正極材料端，固態(tài)電池正極開發(fā)包括三種路線，分別是高鎳三元正極、鎳錳酸鋰、富鋰錳基。容百科技、當(dāng)升科技均已經(jīng)實現(xiàn)高鎳三元產(chǎn)品對固態(tài)電池企業(yè)的出貨。今年9月，容百科技在投資者互動平臺表示，公司固態(tài)電池材料已與清陶、寧德時代、衛(wèi)藍(lán)新能源等國內(nèi)外40余家電池及整車企業(yè)建立了合作關(guān)系。全固態(tài)電池的三元正極材料獲得行業(yè)頭部客戶充分認(rèn)可，2024年出貨量穩(wěn)定增長。
當(dāng)升科技近期披露，公司2024年上半年累計出貨數(shù)百噸固態(tài)電池正極材料，已順利導(dǎo)入固態(tài)電池客戶，并成功裝車應(yīng)用于一線車企固態(tài)電池車型。
東風(fēng)汽車集團(tuán)公司研發(fā)總院先進(jìn)材料與先行技術(shù)研究中心固態(tài)電池高級經(jīng)理金玲表示，固態(tài)電池從實驗室到量產(chǎn)的過程中，高性能的負(fù)極材料和正極材料，都面臨著開發(fā)難的挑戰(zhàn)。
“在高壓下，三元正極容易失氧，會導(dǎo)致電池鼓包。因此很多正極材料企業(yè)都在研究用大的單晶化和氧化物包覆。”金玲表示，硅基負(fù)極材料也存在類似的痛點，會造成電芯膨脹。
多位受訪人士表示，固態(tài)電池會帶來電池材料體系的系統(tǒng)升級，但在升級過程中，多個環(huán)節(jié)均會面臨挑戰(zhàn)。
“固固界面”難題待解
電解質(zhì)作為固態(tài)電池技術(shù)的首要“變量”，也存在著技術(shù)路線之爭。目前，固態(tài)電池的電解質(zhì)涉及聚合物、氧化物、硫化物、鹵化物等多種路線。
“這幾條路線各有優(yōu)缺點，聚合物路線的特點是柔韌性好，不易大規(guī)模制造，但它的離子電導(dǎo)率相比其他幾種電池是最低的；氧化物路線的離子電導(dǎo)率居中，但是它在界面接觸方面存在挑戰(zhàn)；硫化物路線是離子電導(dǎo)率最高的，但是穩(wěn)定性不高。”金玲分析道，上述幾種路線各自的成熟度不同，預(yù)計氧化物和聚合物復(fù)合的路線是可以率先得到搭載驗證的。
據(jù)悉，北京衛(wèi)藍(lán)、清陶能源采用的都是聚合物復(fù)合電解質(zhì)路線，上述兩家公司研發(fā)的半固態(tài)電池已相繼在蔚來、上汽智己的車型上實現(xiàn)應(yīng)用。而寧德時代、比亞迪、鵬輝能源、松下、LG新能源、三星SDI等公司則在探索硫化物技術(shù)路線。
今年8月，鵬輝能源發(fā)布的固態(tài)電池產(chǎn)品，就展現(xiàn)了在材料創(chuàng)新層面的突破。據(jù)悉，鵬輝能源的固態(tài)電池采用了自主研發(fā)的無機復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)層。除了氧化物電解質(zhì)之外，這一電解質(zhì)層還結(jié)合了新型無機復(fù)合粘結(jié)劑和功能添加劑等關(guān)鍵材料。
由于全固態(tài)電池不包含電解液，因此會形成“固固界面”。國家動力電池創(chuàng)新中心副主任王建濤表示，電解質(zhì)材料是粉體材料，彼此之間互相接觸，會形成很多小界面，使得離子傳輸存在障礙。
寧德時代董事長曾毓群也曾在公開場合指出，研發(fā)全固態(tài)電池的關(guān)鍵，在于對材料和化學(xué)體系的研究，其中最難的就是攻克“固固界面”的問題。
目前，針對上述難題，行業(yè)內(nèi)涌現(xiàn)出不同的探索思路。南都電源董秘在回復(fù)投資者提問時表示，南都電源通過氧化物電解質(zhì)原位成膜組裝技術(shù)和致密干法電極工藝，破解了限制固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化的“固固界面”難題，大幅改善了固態(tài)電解質(zhì)與電極的界面接觸性能，有效降低電芯內(nèi)阻。
多步走推進(jìn)商業(yè)化落地
固態(tài)電池具備能量密度高、安全性好和循環(huán)壽命長的優(yōu)點。正因如此，產(chǎn)業(yè)界一直在持續(xù)推進(jìn)固態(tài)電池的商業(yè)化落地。
中信證券分析稱，我國半固態(tài)及全固態(tài)電池發(fā)展具備技術(shù)路線低風(fēng)險、“小步快跑”節(jié)奏好、產(chǎn)業(yè)化條件充沛等優(yōu)勢，有望在新能源汽車推廣的“下半場”迎來新一波市場高潮。據(jù)測算，2030年，全球固態(tài)電池出貨量或?qū)⑦_(dá)到643GWh，2024—2030年復(fù)合年均增長率將達(dá)133%。
從國內(nèi)主流電池企業(yè)披露的量產(chǎn)時間表來看，2026年—2030年將成為固態(tài)電池產(chǎn)品密集上車的關(guān)鍵時期。不過也有不少業(yè)內(nèi)人士表示，要在近兩三年實現(xiàn)規(guī)模化量產(chǎn)，仍然存在不小的挑戰(zhàn)。其中一大難點就在于“成本關(guān)”的突破層面。
據(jù)了解，目前固態(tài)電池較同規(guī)格的電池成本要高4—10倍。這種高成本不僅體現(xiàn)在材料端，還涉及制造環(huán)節(jié)。一位業(yè)內(nèi)人士向證券時報·e公司編輯透露道，目前液態(tài)電池建線成本1GWh需要投資1.5億元，而固態(tài)電池的產(chǎn)線成本要明顯高于這個水平。
盡管如此，產(chǎn)業(yè)鏈上下游的企業(yè)仍然在通過技術(shù)手段進(jìn)行降本。欣旺達(dá)近期透露，通過技術(shù)創(chuàng)新，公司預(yù)計可以在2026年將聚合物體系的全固態(tài)電池成本降至2元/Wh，與半固態(tài)電池成本接近。
“全固態(tài)電池給新能源汽車產(chǎn)業(yè)提供了一條新的賽道，可以更好地解決電動車存在的痛點問題。”北京衛(wèi)藍(lán)新能源科技有限公司董事長兼總經(jīng)理俞會根表示，隨著規(guī)模化效應(yīng)的凸顯，固態(tài)電池成本下探可期。在實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化、商業(yè)化的過程中，還需要構(gòu)建完備的固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)鏈。
編輯注意到，在推進(jìn)固態(tài)電池量產(chǎn)的過程中，上汽集團(tuán)、廣汽集團(tuán)、貝特瑞等公司均采取了“多步走”策略，漸進(jìn)式推進(jìn)固態(tài)電池商業(yè)化落地。
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