全固态电池：离商业化还有半程

　　固态电池何时量产上车？这不仅是当下新能源汽车业界的心之所向，也让普罗大众心心念念。近两个月以来，包括宁德时代、比亚迪在内的国内龙头企业纷纷透露其在全固态电池领域的进展和规划，日韩方面也有相关进展披露，整体而言，整个产业正朝着“2027年左右上车、2030年实现大规模产业化”的目标规划全固态电池的商业化进程。“如果以1到9分为固态电池的技术和制造成熟度打分，那么宁德时代现在可以得4分。
　　”在近日举办的2024世界动力电池大会上，宁德时代董事长曾毓群的这句话既概括了宁德的固态电池水准，也代表着整个产业发展的“进度条”。产业化进程再迎“小热潮”近期，我国全固态电池产业化进程迎来新一波“小热潮”。8月以来，不仅动力电池企业相继发布全固态电池新品，电池材料技术方面也频频传出新突破。在电池新品方面，中创新航发布“无界”全固态电池，电池能量密度达430Wh/kg，容量为50Ah，计划于2027年装车；鹏辉能源发布20Ah和2000mAh两款软包全固态电池，能量密度为280Wh/kg，预计2025年启动中试研发并小规模生产，2026年将正式建立产线并批量生产；国轩高科透露已实现车规级全固态电池制备及基础性能验证。
　　在材料端，锂矿龙头企业天齐锂业宣布已完成下一代固态电池关键原材料——硫化锂产业化相关支持工作，并已与十多家下游客户进行了样品测试；巴斯夫杉杉电池材料推出了全固态电池正极活性材料，并于近期在长沙基地完成了中试规模生产。值得关注的是，中国科学院青岛生物能源与过程研究所研发出用于全固态锂硫电池的新型硫化锂正极材料，能量密度超过600Wh/kg，与目前已商业化的锂离子电池相比，其能量密度高出1倍有余，且成本更低。
　　中创新航“无界”全固态电池在2024世界动力电池大会上，全球动力电池龙头企业宁德时代和比亚迪也透露了其在全固态电池领域的最新进展。宁德时代董事长曾毓群表示，宁德时代在全固态电池研发方面已有7~8年的时间，如果以1到9分为固态电池的技术和制造成熟度打分，那么宁德时代现在可以得4分，处于行业领先地位。比亚迪全固态电池“上车”进度则更加明确。比亚迪锂电池有限公司CTO孙华军表示，比亚迪硫化物全固态电池将于2027年起在中高端电动汽车领域实现小批量量产；历经约三年的示范应用期后，于2030年至2032年间逐步拓展至主流电动汽车市场；至2032年，搭载全固态电池的电动汽车年销量有望达到12万辆，届时对应市场规模也将逼近250亿元。三大阵营走“两条路线”不仅我国全固态电池产业链建设如火如荼，全球全固态电池产业化进程也不断按下“加速键”。
　　日韩及欧美各国积极布局，形成各具特色的技术路线，以期弯道超车，赢得下一代电池技术竞争的制高点。9月11日，梅赛德斯—奔驰与美国初创电池公司Factorial Energy宣布，将共同开发一款名为“Solstice”的新型固态电池。据梅赛德斯—奔驰负责人介绍，该电池技术在减轻40%电池重量的同时，能够增加电动汽车80%的续航能力，预计续航里程可达1000公里，2030年前实现量产。而在两个月前，大众汽车集团旗下电池公司PowerCo和美国初创企业QuantumScape达成协议，共同推进QuantumScape下一代固态锂金属电池技术产业化。

　　据悉，QuantumScape固态电池技术使用了固态陶瓷电解质隔膜和锂金属负极，可实现高密度、快充和高安全性。丰田汽车固态电池而较早布局全固态电池的日本，已在7月宣布于2026年开始量产用于工业设备的全固态电池。紧接着9月，日本政府承诺向丰田汽车、日产汽车等企业的动力电池项目提供高达3500亿日元的补贴，以增强该国动力电池产业链。值得一提的是，丰田是全球拥有最多固态电池专利的企业。目前，日本汽车工业省已批准其下一代电池和全固态电池的研发生产计划，预计于2026年正式启动生产。韩国同样不甘落后。三星SDI已于去年下半年开始小规模生产、验证固态电池，并表示目前已经向客户交付首批产品，计划在2027年实现量产；SK On目标在2028年实现固态电池的商业化；LG新能源则预计2030年实现全固态电池量产。在全固态电池技术路线的竞逐方面，中国、日韩及欧美也选择了不同的阵营。记者了解到，根据电解质区分，全固态电池的技术路线主要包括聚合物、氧化物、硫化物三大类，不同的固态电解质各有优劣。以丰田、日产、本田、LG、三星SDI为代表日韩企业在硫化物技术路线布局较多，在我国电池厂商中，宁德时代与比亚迪也选择了该技术路线；而欧美和国内部分企业则以氧化物、聚合物路线为主。中国科学院大连化学物理研究所研究员陈忠伟表示，发展聚合物的复合固态电解质成本比较低，也更容易实现真正的产业化应用。而广汽埃安电池研发部负责人李进则认为，若要满足车规级电池性能需求，以硫化物电解质为基底的多元复合电解质路线，更有可能率先实现应用。不过，多位业内专家倾向于推进硫化物与聚合物/氧化物复合这两条技术路线并行发展。“就像液态电池发展初期时有三元锂和磷酸铁锂之争一样，固态电池目前也面临这样的问题。”中国全固态电池产学研协同创新平台专家委员会副主任、上海大学教授卢世刚判断，硫化物、氧化物、聚合物、卤化物这些技术路线今后也将是并行发展的。卫蓝新能源董事长俞会根表达了相似的观点。他建议，正极侧使用卤化物，中间层使用硫化物，负极侧使用氧化物和聚合物复合，这样能够取长补短，充分发挥各类电解质的优势。商业化进程仍面临许多挑战今年4月，上汽智己发布最新车型——智己L6，声称搭载业内首个准900V超快充固态电池，实现超1000公里的CLTC续航里程，并表示这是“超快充固态电池首次量产上车”。固态电池这一长期停留在概念阶段的产品，似乎已提前迈入落地应用阶段。事实上，智己L6所搭载的电池，并非真正意义上的全固态电池。该电池在电解质中加入了10%的浸润液，且正负极材料与液态锂电池正负极材料相似，实为半固态电池。“从广义上划分，固态电池可大致归为三类。”中国科学院物理研究所研究员李泓介绍说，其一，是将固态电解质简单加入正负极内部，或采用固态电解质涂层作为隔膜，这类电池可被称为半固态电池；其二，是将正负极极片实现固态化，同时保留现有的隔膜体系或采用固态电解质涂层，此类称为准固态电池；其三，则是将电池所有组成部分均转变为固态，即全固态电池。记者了解到，所谓全固态电池，是指电池单体中只含有固体电极和固态电解质，不含有任何液态电解质、液态溶剂、液态添加剂的锂电池。从理论上讲，这种电池更加安全、具备更高的能量密度以及更强的循环性能。

     当前，即便不少企业已发布全固态电池量产时间表，但从实验室到工厂，其商业化进程仍然面临着许多挑战。“研发全固态电池的关键，在于对材料和化学体系的研究，其中最难的就是‘固固界面’的问题。”曾毓群坦言。由于采用固态电解质，固态电池的离子电导率低，致使电池充放电速度较慢、容量衰减较快，此外，相较于“固液”，“固固”接触性和稳定性更差。“要保证‘固固’的紧密接触，需要外部极大的压强，但给外壁材料加压，电池整体重量会急剧上升，反而有悖固态电池小重量、单位密度高的研发初衷。”业内专家分析指出。此外，高昂的成本也是全固态电池商业化进程中的一大阻碍。“当前，半固态电池成本已远高于商用化的液态电池成本。考虑到电解质材料变化、生产工艺改变、产品质量控制经验不足导致的工程验证周期长等多重因素，全固态电池成本会更高。”上述专家称。例如，锂硫化物的价格是碳酸锂的5~10倍，全固态电池对生产环境与原材料纯度的要求极高。南都电源全固态电池实样“电池技术不是一天就能被颠覆的，问题解决需要循序渐进。从燃料电池研发历程经验来看，固态电池技术研发需要一步一步来，一次解决一个问题，不要正极也变、负极也变、电解质也变。”中国科学院院士、中国全固态电池产学研协同创新平台理事长欧阳明高强调。他进一步举例说明，可以先把固态电池的安全性提升至与300Wh/kg磷酸铁锂电池相媲美的水平，再解决固态电池在不同温度环境下性能的稳定性问题，在此基础上探索将负极材料切换为硅碳路线的可行性。“最终目标还是要在2030年实现固态电池的大规模产业化。”欧阳明高说。