固態(tài)電池研發(fā)進(jìn)展到哪一步了？

“我國有望在1-2年內(nèi)將攻克600Wh/kg氧化物/聚合物復(fù)合電解質(zhì)固態(tài)電池。”

近期，中國科學(xué)院院士、南開大學(xué)副校長陳軍表示，“全固態(tài)電池已成為全球電池科技的競爭焦點，以固態(tài)電池為核心的電動汽車有可能改變未來產(chǎn)業(yè)布局。”

無獨有偶，中國科學(xué)院院士、清華大學(xué)教授歐陽明高今年年初也曾表示，全固態(tài)電池是公認(rèn)的下一代電池的首選方案之一，也是下一代電池技術(shù)競爭的關(guān)鍵制高點，中國既要發(fā)展?jié)u近性的半固態(tài)技術(shù)路線，也要防范激進(jìn)型全固態(tài)技術(shù)路線帶來的顛覆性風(fēng)險。

實際上，隨著近兩年液態(tài)鋰離子電池性能越來越逼近材料性能理論極限，全固態(tài)電池因具有超高能量密度、超強(qiáng)本征安全、耐高溫、抗穿刺等優(yōu)勢，而被業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為是最具潛力的“下一代動力電池”;同時，半固態(tài)、凝聚態(tài)等高比能電池也被視為是向全固態(tài)電池過渡的重要技術(shù)路線。

經(jīng)粗略統(tǒng)計，目前包括北汽、福田、吉利、東風(fēng)、賽力斯、蔚來、上汽、長安、廣汽等在內(nèi)的中國車企，以及寶馬、大眾、豐田、日產(chǎn)、福特等國際車企都已發(fā)布固態(tài)電池(含半固態(tài)、凝聚態(tài)、全固態(tài)等電池類型)商業(yè)化進(jìn)展或計劃。

電池企業(yè)方面，寧德時代、億緯鋰能、衛(wèi)藍(lán)新能源、清陶能源、贛鋒鋰業(yè)、蜂巢能源、國軒高科、孚能科技、力神電池、正力新能、LG 新能源、SK On等國內(nèi)外頭部企業(yè)，都在進(jìn)行固態(tài)電池技術(shù)的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化落地。

業(yè)內(nèi)預(yù)計，全固態(tài)電池將在2030年前后實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，而在此之前，聚焦高比能電池的創(chuàng)新升級，近期產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)密集發(fā)布相關(guān)新技術(shù)、新產(chǎn)品，不斷刷新人們對高比能電池的認(rèn)知和期待。不過，近期寧德時代方面對固態(tài)電池落地進(jìn)程發(fā)表了不同的看法，這也引發(fā)業(yè)界對高比能電池商業(yè)化的深度思考。

01

動力電池能量密度越來越高

動力電池領(lǐng)域，2024年一季度，我國半固態(tài)電池首次計入市場裝機(jī)量統(tǒng)計，實現(xiàn)769.8MWh裝機(jī)，配套電池企業(yè)為衛(wèi)藍(lán)新能源。這表明，以半固態(tài)電池為代表的高比能電池呈現(xiàn)出良好的規(guī)?；瘎蓊^。

當(dāng)前，半固態(tài)電池單體能量密度普遍超過300Wh/kg，眾多企業(yè)持續(xù)加碼高比能電池的研發(fā)和應(yīng)用。

4月3日，蔚來汽車與衛(wèi)藍(lán)新能源共同研發(fā)的150kWh電池包步入量產(chǎn)階段。該款電池單體能量密度360Wh/kg，配套車型最長續(xù)航1055km。

4月8日，上汽集團(tuán)超級智能轎車智己L6亮相，搭載清陶能源“第一代光年固態(tài)電池”。該款電池單體能量密度368Wh/kg，帶電130kWh的車輛CLTC續(xù)航超1000km。

4月12日，廣汽發(fā)布全固態(tài)電池。據(jù)介紹，其目前已完成30Ah大容量全固態(tài)電芯研發(fā)，該電池采用100%固態(tài)電解質(zhì)，單體能量密度超400Wh/kg，預(yù)計將于2026年搭載于昊鉑車型。

4月19日，正力新能發(fā)布雙重半固態(tài)超長續(xù)航大圓柱電池——正力·騏龍。據(jù)悉，其采用了超高鎳正極材料的固態(tài)電解質(zhì)表面修飾技術(shù)和固態(tài)電解質(zhì)復(fù)合隔膜技術(shù)，進(jìn)一步提升了大圓柱電池的安全性和功率性能。該款電池單體能量密度306Wh/kg，整包帶電170kWh支持純電MPV車型續(xù)航超1000km。

此外，寧德時代已發(fā)布凝聚態(tài)電池，其單體能量密度達(dá)500Wh/kg，計劃將用于電動航空等領(lǐng)域。

衛(wèi)藍(lán)新能源規(guī)劃其第二代準(zhǔn)固態(tài)電池單體能量密度將達(dá)400Wh/kg-500Wh/kg;第三代全固態(tài)電池將不再含有液態(tài)電解質(zhì)。

資料顯示，國軒高科半固態(tài)電池單體能量密度達(dá)360Wh/kg，配套車型整包電量160kWh，續(xù)航超1000km。

億緯鋰能布局的下一代電池技術(shù)路線包括固態(tài)電池、鋰金屬電池等。據(jù)介紹，其鋰金屬電池單體能量密度達(dá)450Wh/kg，循環(huán)壽命超800次。同時，其未來量產(chǎn)的大圓柱電池有望在能量密度280Wh/kg的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提升。

孚能科技第一代固態(tài)電池能量密度為330Wh/kg，并計劃未來做到400Wh/kg- 500Wh/kg。

力神電池已實現(xiàn)310Wh/kg-360Wh/kg等多款高能量密度電池的開發(fā)或應(yīng)用，并已發(fā)布其全新一代半固態(tài)電池，單體能量密度達(dá)402Wh/kg。

今年4月2日，太藍(lán)新能源宣布其已制備出車規(guī)級單體容量120Ah、能量密度720Wh/kg的體型化全固態(tài)電池，刷新了體型化鋰電池單體容量和最高能量密度的行業(yè)紀(jì)錄。

值得注意的是，高比能是動力電池的升級方向之一，但從液態(tài)邁向全固態(tài)電池難以一蹴而就，尤其是全固態(tài)電池研發(fā)、量產(chǎn)和商業(yè)化還面臨著諸多挑戰(zhàn)。

02

高比能電池技術(shù)“百家爭鳴”

從前沿技術(shù)落地進(jìn)程來看，寧德時代認(rèn)為通常要經(jīng)歷三個階段：

首先，必須確保技術(shù)理論上的可行性和實際的技術(shù)突破;

其次，在產(chǎn)品制造階段，要保證產(chǎn)品的安全性、可靠性、一致性和質(zhì)量;

最后，產(chǎn)品必須具備市場競爭力，即價格合理，能夠被市場接受。

就固態(tài)電池技術(shù)而言，目前主要有3條技術(shù)路線，即氧化物、硫化物、及聚合物路線。寧德時代董事長曾毓群近期表示，“目前還有很多基本的科學(xué)問題待解決，如大多數(shù)固態(tài)電解質(zhì)中的離子擴(kuò)散速率與液態(tài)電解質(zhì)存在數(shù)量級差異、固固界面難以始終保持良好接觸等，在突破這些科技問題后，還會遇到產(chǎn)業(yè)化的問題。我們非常重視固態(tài)電池，已經(jīng)進(jìn)行了多年的布局，最近加大了很多投入。”

這樣的表態(tài)，一方面，表明電池“一哥”和其他很多企業(yè)一樣，都在固態(tài)電池領(lǐng)域持續(xù)研發(fā)，以搶占高比能電池未來先發(fā)優(yōu)勢;另一方面，固態(tài)電池，尤其是全固態(tài)電池等高比能電池的商業(yè)化進(jìn)程并不會太快。

這也意味著，圍繞固態(tài)電池等高比能電池技術(shù)，業(yè)界在路線選擇和落地節(jié)奏上，目前還未達(dá)成共識，仍處于“百家爭鳴”階段。業(yè)內(nèi)人士表示，未來將先實現(xiàn)技術(shù)突破，再逐步商業(yè)化落地，或?qū)⒂瓉硪粓?ldquo;持久戰(zhàn)”。

03

打好高比能電池“持久戰(zhàn)”

機(jī)構(gòu)預(yù)計，2024年全球固態(tài)電池裝機(jī)將有望超5GWh，未來還將逐年遞增。受需求帶動，頭部企業(yè)紛紛加快相關(guān)研發(fā)、制造和應(yīng)用。

電池材料環(huán)節(jié)，硫化物、聚合物、氧化物等技術(shù)路線并行背景下，固態(tài)電解質(zhì)在固-固界面接觸、界面反應(yīng)機(jī)制與穩(wěn)定性、電導(dǎo)率、制作工藝等方面，仍面臨大量技術(shù)難點;高鎳三元、富鋰錳基等正極，硅基、金屬鋰等負(fù)極，以及固態(tài)電解質(zhì)復(fù)合隔膜都成為企業(yè)研發(fā)重點。

同時，隨著高比能電池材料和電芯技術(shù)、工藝的發(fā)展，還將帶來制造設(shè)備的革新，并在高良品率、極限制造、降本增效方面對設(shè)備提出更高的要求。

為了助力產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)打好高比能電池“持久戰(zhàn)”，2024年4月28日上午，在由中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會指導(dǎo)，動力電池應(yīng)用分會和電池中國網(wǎng)聯(lián)合主辦的“第五屆新能源汽車及動力電池(CIBF2024重慶)國際交流會”期間，將在光大激光冠名支持的“高比能電池技術(shù)迭代與革新”專場論壇上，由行業(yè)龍頭企業(yè)分享當(dāng)前高比能電池的研發(fā)進(jìn)展和階段性成果。

其中，比亞迪、衛(wèi)藍(lán)新能源等企業(yè)將分享各自在電池產(chǎn)品方面的創(chuàng)新;容百科技、畢克化學(xué)等企業(yè)將分別探討全固態(tài)電池材料/鋰電助劑等新技術(shù)應(yīng)用;光大激光、信諾先端熱工科技、艾默生、多維聯(lián)合集團(tuán)等將分享適用于高比能電池制造的高產(chǎn)低耗的鋰電設(shè)備。

該場論壇將由瑞浦蘭鈞市場總經(jīng)理張小聰主持，隨后還將由動力電池應(yīng)用分會研究中心總經(jīng)理周波主持主題為“聚焦半固態(tài)、固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程”的圓桌對話，圍繞高比能電池技術(shù)發(fā)展前景、超高快充電池能否從根本上解決補能焦慮、半固態(tài)/固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)鏈如何協(xié)調(diào)發(fā)展等核心話題，展開深入交流和研討，把脈行業(yè)趨勢。敬請關(guān)注!