固態電池：顛覆性革命的彷徨、掣肘與變數
時間:2024-04-22 09:54來源:21能聞 作者:林典馳
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目前，該所已建成公斤級硫化物電解質批量制備中試線一條，能夠實現公斤級穩定制備，并搭建了全固態電池小試制備線。
眼下，固態電池炙手可熱，“準900V超快充固態電池”、“輕松做到1000公里續航”等抓人眼球的言論廣為流傳，備受矚目。
與此同時，蔚來150kWh電池包下線，智己發布搭載“第一代光年固態電池”，廣汽發布全固態電池技術，這一切令人感到下一代動力電池———固態電池開始從理想照進現實。
固態電池被譽為電池技術的“圣杯”，能量密度和循環次數數倍于傳統的液態鋰電池，困擾新能源汽車的續航焦慮和熱失控難題或將徹底解決。
也正是因此，固態電池被視為動力電池的一場顛覆性革命。
相關報告指出，全固態電池中的電解質為固體，不易揮發或燃燒，且對溫度穩定，不易分解，被認為是高度安全的；固態電解質具有更好的穩定性和機械性能，對鋰枝晶具有更好的抑制作用，進而提高電池的安全性。
不過，業內人士指出，固態電池真正面向大眾仍有諸多“鴻溝”，固態電池制備工藝還未完善，現有工藝中固態電池需要比傳統鋰離子電池多至少20%的鋰，固態電池鋰枝晶等問題還未解決。
TrendForce集邦咨詢分析師曾佑鵬在接受21世紀經濟報道記者采訪時表示，“目前固態電池還未真正量產，市面上宣稱已量產固態電池的主要指半固態電池，距離真正的全固態電池量產落地，背后還需要攻克較多的工程和技術難題。”
固態電池彷徨進擊
在智己L6上市前，面對半固態還是固態電池的質疑時，智己有關人士明確表示，“使用固態電解質的就是固態電池”。
但是，檢視其供應商清陶能源生產的所謂的固態電池卻可以發現，該公司第一代、第二代產品中仍然有少量液體，5%~15%的液體含量表明，其與理想中的固態電池仍有差距。
有觀點認為，半固態電池直面市場競爭，讓其先行接受市場檢驗，有益于推進產業鏈，促進需求逐步上升，產業化進展有望提速。
與液態鋰電池領域形成寧德時代和比亞迪兩大絕對龍頭不同，固態電池還尚未出現絕對龍頭，廣汽埃安、長安汽車、大眾、豐田等多家車企均將觸角伸向固態電池。
動力電池占到整車成本的40%以上，車企擺脫或減少對動力電池廠商依賴的意愿強烈，以至于在固態電池上“反客為主”，參與固態電池的產品研發，把控研發目標、進度目標，以期最終推動固態電池平價上車。
技術資料表明，固態電池的能量密度和循環次數秒殺液態鋰電池。隨著液態鋰電池日益逼近350Wh/kg理論極限值，疊加鋰電池無法消除熱失控等安全隱患，業界加快開發固態電池的意愿強烈。
不過，頭部公司對固態電池的態度卻表現得相當克制，國內一家新能源主機廠有關人士向 21 世紀經濟報道記者表示，“由于自身新能源汽車的電池裝機量較大，頭部車企對大規模固態電池上車不得不謹慎對待。”
實際上，電池巨頭寧德時代（300750.SZ）至今未發布半固態和全固態電池，僅推出過一款凝聚態電池。
曾毓群曾在公開場合表示，“寧德時代已經在這方面投資了10年，固態電池只有在使用新型化學材料、負極電極使用純鋰金屬的情況下才會有很大優勢，要將這種電池推向市場還有很多困難。”
同樣，盡管比亞迪（002594.SZ）早在2016年以前就開始投入固態電池的研發工作，但截至目前尚未公開推出與固態電池相關的產品。
此前，曾數度傳出比亞迪固態電池完成裝機測試的消息，但這一傳聞隨即被官方否認。
高成本掣肘
固態電池相較傳統液態電池的技術顛覆性——有效解決電動汽車自燃起火和低溫掉電兩大核心痛點———令業界對此無限憧憬。
“從理論上看，固態電池由于完全取消了易燃的液態電解質，取而代之的是熱穩定性高，不易燃的固體電解質，在本征安全上比鋰離子電池更具優勢。”曾佑鵬表示。
公開信息顯示，磷酸鐵鋰電池的能量密度一般在100Wh/kg~180Wh/kg，三元鋰電池的能量密度通常在150Wh/kg~250Wh/kg，固態電池則是其數倍的能量密度。
智己L6搭載的固態電池單體能力密度達到368Wh/kg，續航可以達到1000公里。
實驗室披露的數據則更高，德國促進可持續物理技術研究會研發的固態鈉硫電池能量密度達1000Wh/kg，太藍新能源成功研發出720 Wh/kg的全固態鋰金屬原型電芯。
但是，固態電池要從理想照進現實必須克服一個巨大障礙，那就是固態電池技術的經濟性問題。
與大多數處于培育期的產業一樣，“目前固態電池最主要的缺點是固態電解質的成本仍然很高，這其中包括材料成本和制造成本。另外，固態電池的化學路徑沒有統一，這導致規模降本效應在當前還很難實現。”彭博新能源財經儲能分析師史家琰在接受記者采訪時如此表示。
據了解，智己L6搭載固態電池的版本整車售價達到33萬元；蔚來ET7搭載150kwh電池包實際續航達到1044公里，該電池包正是蔚來與北京衛藍新能源有限公司聯合研發的半固態電池，造價接近30萬元。
史家琰表示，僅從鋰的角度考慮，以目前的制造工藝，固態電池比傳統鋰離子電池要多耗用至少20%的鋰，這部分鋰必然會帶來成本的提高。
當前磷酸鐵鋰仍占據7成的市場份額，主機廠對電池成本將“銖銖校量”，半固態電池高昂成本，應該會讓不少主機廠商對其搭載望而卻步。
量產變數
量產難度過高是2024年固態電池產業化提速必須跨越的最大技術障礙。目前來看，固態電池的產業化需要在很長時間內將半固態電池作為過渡性方案。
實際上，即便于 2012年就已著手固態電池研發的豐田汽車，其商業化落地也是屢屢跳票，最新的時間表已經推遲到2028年。LG新能源則預計2030年實現全固態電池量產，三星SDI預期2027年投入量產。
曾佑鵬稱，半固態電池已經出現產業化并裝車應用，但全固態電池實現真正產業化預計短則需要2年，長則5-6年時間。
3月15日，在寧德時代的2023年報業績解讀會上，曾毓群便表示，固態電池距離變成商品還很遠，技術路線上還有很多亟待克服的困難，如果能夠變成商品路線，距離也很遠，但也表示“最近加大了很多投入”。
固態電池有3條技術路線，即氧化物路線、硫化物路線及聚合物路線。
曾毓群表示，目前還有很多基本的科學問題待解決，如大多數固態電解質中的離子擴散速率與液態電解質存在數量級差異、固固界面難以始終保持良好接觸等。
去年年底，“寧德時代固態電池可能在2027-2030年量產。”寧德時代首席科學家吳凱曾表示，一定程度上代表了這家電池巨頭的態度。
吳凱稱，現在遇到的問題主要有兩方面。一是鋰枝晶問題，鋰枝晶生長是一個大問題，一短路就導致失效。寧德時代開發了界面增強技術，讓鋰枝晶相對比較均勻，不容易形成枝晶；二是固溶性的問題，因為都是固態，顆粒材料分離，密度就變大。寧德時代也開發了雙相導通網絡技術，提升固態界面的穩定性。
“目前一些研究表明，會引起電池火災甚至爆炸的‘鋰枝晶’仍然會在一定條件下在半固態甚至全固態電池中生成。固態電池自身的本征安全（或者主動安全）仍需要科學研究來進一步突破。”史家琰表示。
在此前的直播中，蔚來CEO李斌坦言自家半固態電池“象征意義大于實際意義”，但發展固態電池有其必要性，人類何時能夠拿下固態電池這座“圣杯”尚待時日。中國科學院院士歐陽明高則指出，“全固態電池目前面臨的挑戰是巨大的，具有跨學科特性，技術門檻極高。”
不過，固態電解質等固態電池相關材料投產提速卻是個積極信號。天賜材料（002709.SZ）最新回復投資者提問稱，公司半固態電解質及氧化物與硫化物全固態電解質已進入小試到中試階段；新宙邦也表示，已建立全體系固態電解質材料研發、測試及生產平臺，并實現噸級量產和銷售，客戶反饋良好。
(責任編輯：子蕊)
文章標簽：
固態電池
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