文|車百智庫 韓旭
編輯|紫峰
最近固態(tài)電池頻有大消息。
據(jù)中國日?qǐng)?bào)5月29日消息，中國或?qū)⑼度爰s60億元用于全固態(tài)電池研發(fā)，包括寧德時(shí)代、比亞迪、一汽、上汽、衛(wèi)藍(lán)新能源和吉利共六家企業(yè)或獲得政府基礎(chǔ)研發(fā)支持。
多位知情人士確認(rèn)，此項(xiàng)行業(yè)內(nèi)史無前例的項(xiàng)目由政府相關(guān)部委牽頭實(shí)施，鼓勵(lì)有條件的企業(yè)對(duì)全固態(tài)電池相關(guān)技術(shù)開展研發(fā)。據(jù)悉，該項(xiàng)目經(jīng)過嚴(yán)格篩選后，最后具體分為七大項(xiàng)目，聚焦聚合物和硫化物等不同技術(shù)路線。
01 全固態(tài)電池有啥優(yōu)勢(shì)？
傳統(tǒng)鋰離子電池包括正極、負(fù)極、電解液、隔膜四大組成部分，固態(tài)電池將電解液換成固態(tài)電解質(zhì)。固態(tài)電池較之傳統(tǒng)鋰離子電池，關(guān)鍵區(qū)別在于電解質(zhì)由液體變?yōu)楣腆w，兼顧安全性、高能量密度等性能。
理論上，固態(tài)電解質(zhì)電池是鋰電鈉電的最終形態(tài)，可以徹底解決安全問題，是新能源下半場(chǎng)當(dāng)仁不讓的主角。固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)鏈與液態(tài)鋰電池大致相似，上游包括原料礦產(chǎn)、機(jī)械設(shè)備以及基礎(chǔ)材料，兩者主要的區(qū)別在于負(fù)極材料和電解質(zhì)的種類，正極材料方面幾乎一致，若完全發(fā)展至全固態(tài)電池，隔膜也完全被替換。產(chǎn)業(yè)鏈中游為電池包的加工制備過程，產(chǎn)業(yè)鏈下游應(yīng)用領(lǐng)域包括新能源汽車、儲(chǔ)能系統(tǒng)、消費(fèi)電子等。
全固態(tài)電池，由于潛在的高能量密度、安全性和低成本等多維優(yōu)勢(shì)，被國際普遍認(rèn)為是下一代新能源動(dòng)力電池的發(fā)展大勢(shì)。
一般來說，電動(dòng)汽車期望動(dòng)力電池壽命達(dá)到10年以上，大規(guī)模的電網(wǎng)儲(chǔ)能、工商業(yè)儲(chǔ)能更希望其服役壽命長(zhǎng)達(dá)25年以上，從而降低全生命周期內(nèi)的購置成本。
目前已經(jīng)大批量商業(yè)應(yīng)用的三元鋰電池、磷酸鐵鋰電池等都含有液態(tài)電解質(zhì)，在電池內(nèi)部與正負(fù)極材料、隔膜、封裝結(jié)構(gòu)件緩慢相互作用與反應(yīng)，長(zhǎng)期作用下，溶劑容易干涸、揮發(fā)、泄漏，正負(fù)極材料容易被腐蝕，影響電池壽命。
鋰離子電池的性能與循環(huán)壽命與電池中的雜質(zhì)含量密切相關(guān)。雜質(zhì)的存在會(huì)使得活性物質(zhì)消耗、電解液慢慢耗盡、電池內(nèi)阻不斷增大，所以電池的生產(chǎn)環(huán)境要求特別嚴(yán)苛，但實(shí)際情況又很難做到。
近年來，發(fā)生的電池自燃等安全事故，都與鋰離子電池中使用可燃的液體溶劑有關(guān)。雖然采用了阻燃劑、陶瓷隔膜、增加冷卻等一系列技術(shù)方法，但也只能是在局部出現(xiàn)問題時(shí)，阻住蔓延，最大限度控制風(fēng)險(xiǎn)，不能從根本上解決問題。
如果能夠使用完全不燃燒的無機(jī)固體電解質(zhì)，就可以從根本上解決鋰離子電池安全問題。而且大規(guī)模量產(chǎn)后，還可以降低電池整體制造成本、降低制造技術(shù)門檻，有利于鋰離子電池更大規(guī)模的推廣使用。所以各國對(duì)此都投入了大量的人力物力在這個(gè)方向的研究與實(shí)踐。
02 下一代電池技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)鍵制高點(diǎn)
“固態(tài)電池普及之日，就是燃油車退出歷史舞臺(tái)之時(shí)?！睂?duì)于固態(tài)電池的江湖地位，新能源行業(yè)曾流傳著這樣一句話。
今年1月，中國科學(xué)院院士、中國電動(dòng)汽車百人會(huì)副理事長(zhǎng)歐陽明高曾分享了當(dāng)下的一個(gè)業(yè)界共識(shí)，“全固態(tài)電池是下一代電池的首選方案之一，被列入中國、美國、歐盟、日韓等主要國家的發(fā)展戰(zhàn)略，也成為下一代電池技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)鍵制高點(diǎn)?！?/p>
近年來，我國出臺(tái)了一系列政策，支持固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。2020年10月，國務(wù)院發(fā)布的《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021—2035年）》，將固態(tài)電池列入行業(yè)重點(diǎn)發(fā)展對(duì)象并提出加快研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。2023年1月，工信部等六部門聯(lián)合發(fā)布的《關(guān)于推動(dòng)能源電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見》，進(jìn)一步提出加強(qiáng)固態(tài)電池等標(biāo)準(zhǔn)體系研究。
在國家大力支持背后，多家企業(yè)都在加速布局這一賽道。以前述可能獲得研發(fā)支持的六家企業(yè)為例，各家企業(yè)均有一定的技術(shù)儲(chǔ)備，但研發(fā)進(jìn)展不一。
寧德時(shí)代曾表示，涵蓋固態(tài)電池等很多技術(shù)都在儲(chǔ)備。上汽集團(tuán)方面也曾表示，其全固態(tài)電池基于聚合物-無機(jī)物復(fù)合電解質(zhì)技術(shù)路線打造，將于2026年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。
而作為中國科學(xué)院物理研究所固態(tài)電池產(chǎn)學(xué)研孵化企業(yè)，衛(wèi)藍(lán)新能源同樣預(yù)計(jì)到2026年年底可實(shí)現(xiàn)全固態(tài)電池的量產(chǎn)。吉利方面，去年1月，吉利方面公開招標(biāo)智行科創(chuàng)固態(tài)電池實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)建設(shè)項(xiàng)目，內(nèi)容涉及固態(tài)電池實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)及建設(shè)等。今年1月，有吉利汽車內(nèi)部人士表示，對(duì)于固態(tài)電池的布局，公司不僅與衛(wèi)藍(lán)新能源建立了投資合作關(guān)系，還專門成立了固態(tài)電池研發(fā)團(tuán)隊(duì)，正在與多家動(dòng)力電池廠商開展聯(lián)合試驗(yàn)。
03 商業(yè)化進(jìn)程仍面臨挑戰(zhàn)
盡管市場(chǎng)熱情被點(diǎn)燃，但固態(tài)電池的商業(yè)化進(jìn)程卻面臨諸多挑戰(zhàn)。
成本與電導(dǎo)率低是固態(tài)電池目前的劣勢(shì)。舉例來說，固態(tài)電池（石墨負(fù)極）的成本大約為150美元/kWh，而液態(tài)電池（石墨負(fù)極）的成本為120美元/kWh。這意味著固態(tài)電池的成本比液態(tài)電池高約3成。
另外，有數(shù)據(jù)顯示，現(xiàn)階段固態(tài)電池的每千瓦時(shí)成本大約為150美元，幾乎是三元鋰電池的兩倍。如果使用現(xiàn)有技術(shù)制造足以為汽車供電的固態(tài)電池，其成本可能非常高昂。
據(jù)深度科技研究院院長(zhǎng)張孝榮預(yù)計(jì)，在2026年后，隨著產(chǎn)業(yè)鏈的成熟，固態(tài)電池的成本有望接近液態(tài)電池。不過這也需要通過提高固態(tài)電池的產(chǎn)量，拉低材料成本，還需要通過優(yōu)化固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)鏈，提高生產(chǎn)效率，進(jìn)一步降低固態(tài)電池的成本。此外，通過研發(fā)復(fù)合電解質(zhì)，結(jié)合不同材料的優(yōu)勢(shì)，可以提高固態(tài)電池的性能和降低成本。
雖然固態(tài)電池目前尚未實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化，但其在新能源汽車、3C電子及全球儲(chǔ)能等領(lǐng)域已經(jīng)開始展現(xiàn)其市場(chǎng)價(jià)值。
中商產(chǎn)業(yè)研究院預(yù)計(jì)，作為一項(xiàng)顛覆性技術(shù)，若固態(tài)電池能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，逐步提升滲透率，到2025年固態(tài)電池在動(dòng)力電池中的市場(chǎng)空間能達(dá)到60億元左右。
但需要注意的是，也有不少車企負(fù)責(zé)人對(duì)固態(tài)電池的量產(chǎn)并不看好。蔚來汽車創(chuàng)始人李斌曾公開表示，全固態(tài)電池的量產(chǎn)還是很遠(yuǎn)的事情，真正的全固態(tài)電池量產(chǎn)仍需5—10年。
04 兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)
結(jié)合當(dāng)前行業(yè)現(xiàn)狀，全固態(tài)電池的規(guī)?；瘧?yīng)用和商業(yè)化落地顯然不可能一蹴而就，而是需要經(jīng)過充分嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臏y(cè)試和驗(yàn)證過程，包括搭載整車的驗(yàn)證、高寒高溫的驗(yàn)證等。
目前看，實(shí)現(xiàn)全固態(tài)電池量產(chǎn)目標(biāo)有兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：
一是循序漸進(jìn)，重視應(yīng)用與研發(fā)、生產(chǎn)的雙向促進(jìn)。半固態(tài)是實(shí)現(xiàn)全固態(tài)的必然發(fā)展階段,全固態(tài)電池仍然面臨諸多科學(xué)和工程問題，需要分步驟實(shí)現(xiàn)，比如先將液含量降低到10%，提升安全性和能量密度；再降到5%，拓寬材料選擇范圍，增加性價(jià)比；最后借助前面兩個(gè)階段的技術(shù)進(jìn)步和成本攤薄，實(shí)現(xiàn)電池的全固態(tài)形態(tài)。
二是需從整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈角度進(jìn)行重構(gòu)、配置和升級(jí)?，F(xiàn)有的動(dòng)力電池上游產(chǎn)業(yè)鏈無法支持固態(tài)電池的研發(fā)需求，全固態(tài)電池是多維度創(chuàng)新的結(jié)合體，既包括材料的創(chuàng)新、工藝的創(chuàng)新、設(shè)備的創(chuàng)新,也有產(chǎn)業(yè)鏈的創(chuàng)新。相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)應(yīng)結(jié)合自主品牌汽車規(guī)模化搭載固態(tài)電池技術(shù)的契機(jī),實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)鏈的升級(jí),以加速實(shí)現(xiàn)全固態(tài)電池的量產(chǎn)應(yīng)用。
05 結(jié)語
從當(dāng)前各家固態(tài)電池水平來看，全固態(tài)電池技術(shù)還不成熟，產(chǎn)業(yè)鏈成本高企，因此全固態(tài)電池也難以短時(shí)間內(nèi)規(guī)模量產(chǎn)，離真正的商業(yè)落地仍有距離。
全固態(tài)電池作為一種具有巨大潛力的電池技術(shù)，確實(shí)值得我們投入大量的精力和資源進(jìn)行研究和開發(fā)。然而，要實(shí)現(xiàn)全固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化，還有很長(zhǎng)的一段路要走，還須具備攻堅(jiān)克難的思想準(zhǔn)備，面對(duì)各種技術(shù)難題和挑戰(zhàn)。