歐美、日韓、中國(guó)都在加速研發(fā)固態(tài)電池，一場(chǎng)圍繞“固態(tài)電池技術(shù)”的爭(zhēng)奪戰(zhàn)正在上演。
固態(tài)電池的消息每一次迎來(lái)“更新”都會(huì)在行業(yè)內(nèi)掀起波瀾，這一次也不例外。
近期，梅賽德斯-奔馳宣布，已經(jīng)開始對(duì)旗下純電車型搭載固態(tài)電池并且開展路測(cè)，在電池尺寸和重量不變的情況下，固態(tài)電池可使純電EQS測(cè)試車?yán)m(xù)航里程增加25%，續(xù)航里程超過(guò)1000公里。
同期，豐田宣布，固態(tài)電池生產(chǎn)計(jì)劃已獲得日本政府正式批準(zhǔn)，并將于2026年正式啟動(dòng)固態(tài)電池的生產(chǎn)，其規(guī)劃是在2030年后實(shí)現(xiàn)年產(chǎn)量9GWh的目標(biāo)。
奔馳路測(cè)固態(tài)電池、豐田于2026年啟動(dòng)生產(chǎn)，歐美、日韓等國(guó)家是否會(huì)率先顛覆現(xiàn)有的電池技術(shù)，實(shí)現(xiàn)“超車”？中國(guó)固態(tài)電池何時(shí)能量產(chǎn)裝車？
中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)電動(dòng)汽車百人會(huì)副理事長(zhǎng)歐陽(yáng)明高向《中國(guó)經(jīng)營(yíng)報(bào)》記者指出：“相比國(guó)外，由于我們的液態(tài)鋰離子電池產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)大，所以漸進(jìn)性固液混合電池技術(shù)路線占主導(dǎo)。固液混合是我們的特點(diǎn)，(產(chǎn)業(yè)界)對(duì)全固態(tài)電池的認(rèn)識(shí)還不太一致，投入也不太夠，跟日韓差距比較大。但是從戰(zhàn)略全局看，重點(diǎn)要防范的是全固態(tài)電池技術(shù)路線帶來(lái)的顛覆性風(fēng)險(xiǎn)”。
比亞迪電池CTO孫華軍表示，2027年—2029年是硫化物固態(tài)電池的示范期，主要針對(duì)中高端電動(dòng)車，2030年—2032年硫化物固態(tài)電池會(huì)進(jìn)入拓展期，將運(yùn)用到主流電動(dòng)汽車。
奔馳率先路測(cè)固態(tài)電池
固態(tài)電池是一種使用固態(tài)電解質(zhì)取代傳統(tǒng)鋰離子電池中電解液的新型電池，由于在本征安全性和能量密度上表現(xiàn)出較大的潛力，固態(tài)電池于近年被視為可以繼承鋰離子電池主流地位的電池技術(shù)。
根據(jù)電解質(zhì)的分類，全固態(tài)電解質(zhì)主要有三大技術(shù)路線：聚合物電解質(zhì)、氧化物電解質(zhì)、硫化物電解質(zhì)。
目前，選擇硫化物作為電解質(zhì)的企業(yè)較多。寧德時(shí)代、比亞迪、寶馬、現(xiàn)代、豐田、日產(chǎn)等企業(yè)是硫化物技術(shù)路線的代表，大眾、贛鋒鋰業(yè)、清陶能源、太藍(lán)新能源、富士、SK On等企業(yè)是氧化物技術(shù)路線的代表。
梅賽德斯-奔馳正在路測(cè)的固態(tài)電池是與美國(guó)公司Factorial合作開發(fā)的，今年夏天，該公司將向梅賽德斯-奔馳交付基于FEST平臺(tái)的固態(tài)電池。
Factorial是一家專注固態(tài)電池技術(shù)研發(fā)的公司，投資方包括梅賽德斯-奔馳、Stellantis和現(xiàn)代汽車。
2024年夏天，F(xiàn)actorial向梅賽德斯-奔馳交付了采用公司專有FEST(Factional電解質(zhì)系統(tǒng)技術(shù))固態(tài)平臺(tái)的鋰金屬固態(tài)電池電芯，這是該公司首次向全球OEM廠商交付鋰金屬固態(tài)電池B樣品。
“電池新產(chǎn)品開發(fā)過(guò)程通常會(huì)經(jīng)歷‘Pre-A樣、A樣、B樣、C樣、D樣、發(fā)布’等幾個(gè)階段。”五礦證券分析師張鵬在研報(bào)中指出，“寧德時(shí)代曾在2019年度業(yè)績(jī)交流會(huì)上表示：‘在國(guó)際市場(chǎng)，從和客戶聯(lián)合開發(fā)產(chǎn)品A、B、C樣到量產(chǎn)一般經(jīng)歷36—48個(gè)月不等，而客戶一般而言在第二樣品階段時(shí)開始定點(diǎn)’。”
Factorial公司表示，其基于硫化物的系統(tǒng)有效解決了傳統(tǒng)鋰離子電池中易燃液體電解質(zhì)的設(shè)計(jì)問(wèn)題，且在超過(guò)90攝氏度的高溫下仍能保持穩(wěn)定性。
該公司聲稱，是為未來(lái)的電動(dòng)汽車提供超過(guò)600英里(約965.61公里)的行駛里程，同時(shí)減輕40%的重量和縮小33%的電池體積，相比傳統(tǒng)鋰離子電池。
三重大山：成本、技術(shù)、制造
盡管固態(tài)電池具有潛在優(yōu)勢(shì)，但面臨多項(xiàng)量產(chǎn)難題。
“固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化仍需解決技術(shù)、工藝和成本的問(wèn)題。”全國(guó)政協(xié)常委、經(jīng)濟(jì)委員會(huì)副主任，工業(yè)和信息化部原部長(zhǎng)苗圩稱。
當(dāng)前，全固體電解質(zhì)材料綜合性能難以平衡且成本高限制了固態(tài)電池大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用。
現(xiàn)階段，固態(tài)電池電解質(zhì)綜合性能存在難以平衡的難題。國(guó)聯(lián)證券在一份研究報(bào)告中指出，從材料特性來(lái)看，無(wú)論聚合物、氧化物還是硫化物，其作為固態(tài)電解質(zhì)的綜合表現(xiàn)不佳，如聚合物電解質(zhì)易加工、生產(chǎn)難度低，但是離子電導(dǎo)率不高，影響充放電性能，氧化物和硫化物電解質(zhì)具有更高的電導(dǎo)率、安全性和機(jī)械強(qiáng)度，但是其制造難度更大，成本更高。
除了材料性能“卡點(diǎn)”，成本也是阻礙固態(tài)電池大規(guī)模量產(chǎn)的“大山”。由于固態(tài)電池部分原材料未實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，固態(tài)電池的生產(chǎn)成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)液態(tài)鋰電池。
苗圩舉例：“當(dāng)前，液態(tài)鋰離子電池單體成本大體是每瓦時(shí)0.5元左右，而固態(tài)電池在沒(méi)有大規(guī)模量產(chǎn)的前提下，成本相對(duì)較高，僅材料成本每瓦時(shí)在2元以上。一個(gè)100度的電池包僅材料成本就已經(jīng)超過(guò)20萬(wàn)元，遠(yuǎn)高于現(xiàn)有液態(tài)電池。”
“成本方面，目前固態(tài)電解質(zhì)價(jià)格高昂，其中聚合物、氧化物體系遠(yuǎn)期降本相對(duì)清晰，硫化物體系由于前驅(qū)體硫化鋰工藝尚未成熟，降本節(jié)奏將更緩慢。”張鵬稱。
中國(guó)科學(xué)院院士孫世剛指出：“尋找合適的固體電解質(zhì)是關(guān)鍵，理想狀態(tài)下的固體電解質(zhì)需要具備高離子電導(dǎo)率、良好的化學(xué)穩(wěn)定性及機(jī)械強(qiáng)度。”
不過(guò)，在孫華軍看來(lái)，長(zhǎng)期來(lái)講成本不是問(wèn)題。“因?yàn)榱蚧锕虘B(tài)電池里面影響成本最大的其實(shí)是三元鎳鈷錳。現(xiàn)在的硫化物電解質(zhì)成本為什么高？核心問(wèn)題是沒(méi)有量，在沒(méi)有量的情況下談成本其實(shí)沒(méi)有太大的意義。我們做了一些測(cè)算，規(guī)模化上來(lái)了，固液可以接近于同價(jià)，液態(tài)的三元電池跟全固態(tài)的三元電池理論上是可以做到固液同價(jià)的。”
“界面問(wèn)題也是不容忽視的一環(huán)。固態(tài)電池中電極與電解質(zhì)之間的界面接觸不良會(huì)導(dǎo)致電池內(nèi)阻增加，影響電池的整體性能。”孫世剛表示。
張鵬分析：“全固態(tài)取消電解液，‘固-固’界面硬接觸將影響電池倍率和循環(huán)性能，并帶來(lái)加壓制造、干法混料等工藝難點(diǎn)。此外，生產(chǎn)工藝復(fù)雜，生產(chǎn)設(shè)備要求高，導(dǎo)致生產(chǎn)效率低、良率低。
產(chǎn)業(yè)端：2027年有望小批量裝車
固態(tài)電池何時(shí)能量產(chǎn)裝車是車企、電池公司、資本關(guān)注的焦點(diǎn)。產(chǎn)業(yè)層面對(duì)固態(tài)電池量產(chǎn)給出的時(shí)間表是2027年。
歐陽(yáng)明高表示：“當(dāng)前，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，以比能量400瓦時(shí)/公斤、循環(huán)壽命1000次以上為性能目標(biāo)，確保2027年實(shí)現(xiàn)轎車小批量裝車，2030年實(shí)現(xiàn)規(guī)模量產(chǎn)。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，首先要建立全行業(yè)共性基礎(chǔ)材料供應(yīng)鏈。”
苗圩介紹，從國(guó)外來(lái)看，日本豐田預(yù)計(jì)在2027年到2028年固態(tài)電池進(jìn)入實(shí)用化階段，2030年以后大規(guī)模生產(chǎn)。韓國(guó)三星預(yù)計(jì)在2027年開始量產(chǎn)。從國(guó)內(nèi)的情況來(lái)看，上汽、廣汽、奇瑞、比亞迪等車企紛紛宣布固態(tài)電池量產(chǎn)的時(shí)間表。
比亞迪、寧德時(shí)代是這場(chǎng)固態(tài)電池盛宴當(dāng)中的主角，兩家公司的進(jìn)展備受資本市場(chǎng)關(guān)注。
2013年，比亞迪啟動(dòng)固態(tài)電池的研發(fā)，研發(fā)重點(diǎn)在技術(shù)路線的探索、材料的探索。2016年啟動(dòng)了整個(gè)技術(shù)可行性驗(yàn)證。2023年開始啟動(dòng)產(chǎn)業(yè)化可行性驗(yàn)證，在整個(gè)電芯系統(tǒng)、產(chǎn)線布局，包括材料各種關(guān)鍵技術(shù)實(shí)施攻堅(jiān)。
“比亞迪已經(jīng)開始啟動(dòng)固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化的可行性驗(yàn)證，涵蓋關(guān)鍵材料技術(shù)攻堅(jiān)、電芯系統(tǒng)開發(fā)以及產(chǎn)線建設(shè)。計(jì)劃在2027年左右啟動(dòng)批量示范裝車應(yīng)用，預(yù)計(jì)在2030年前后實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)。”孫華軍透露。
寧德時(shí)代在固態(tài)電池的研發(fā)已有八九年，主攻硫化物的路線，正開展20Ah樣件的試制。預(yù)計(jì)在2027年小批量生產(chǎn)。
寧德時(shí)代董事長(zhǎng)曾毓群曾用數(shù)字1—9衡量固態(tài)電池技術(shù)和制造的成熟度，1是剛開始涉及該領(lǐng)域，9是技術(shù)成熟可以投入大規(guī)模生產(chǎn)。“公司的目標(biāo)是到2027年達(dá)到7—8的水平，有望實(shí)現(xiàn)小批量生產(chǎn)固態(tài)電池。”
廣汽埃安也正在進(jìn)行固態(tài)電池研發(fā)，目前在電解質(zhì)材料方面選擇了兩條路線。“一個(gè)基于硫化物的多元復(fù)合，一個(gè)是基于聚合物的多元復(fù)合。”廣汽埃安電池研發(fā)部部長(zhǎng)李進(jìn)分享，“我們重點(diǎn)圍繞高容量正極和負(fù)極，還有高性能的固態(tài)電解質(zhì)材料及成膜技術(shù)，還有固固界面改性技術(shù)做攻關(guān)。”
面對(duì)各方角逐固態(tài)電池，歐陽(yáng)明高提醒，不能急于求成，要循序漸進(jìn)。“電池(技術(shù))不是一天就能被顛覆的，欲速則不達(dá)，循序漸進(jìn)，可能是最快的速度。要面向2030年大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化，不要一上來(lái)就提很高的目標(biāo)。”
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