在“雙碳”目標驅(qū)動的交通電動化加速轉(zhuǎn)型過程中，動力電池創(chuàng)新成為強化新能源汽車競爭水平、打造國家產(chǎn)業(yè)競爭力、穩(wěn)固企業(yè)競爭優(yōu)勢的關鍵。今年以來，無論是整車企業(yè)，還是動力電池企業(yè)，紛紛瞄準新技術同時布局新一代動力電池——固態(tài)電池，并加快發(fā)布固態(tài)電池“上車”時間表。
爭相發(fā)布“上車”時間表
豐田汽車沉寂已久的固態(tài)電池又有動靜和希望了。6月28日，豐田公布新一代電動化技術進展，性能型鋰離子電池、普及型磷酸鐵鋰電池、高性能型鋰離子電池和全固態(tài)電池共4類新一代電池，將從2026年起依次投入市場。其中，全固態(tài)電池正以2027—2028年推出為目標全力推進研發(fā)。據(jù)悉，搭載固態(tài)電池的車型續(xù)航里程將達到1000公里以上，實現(xiàn)快充只需10分鐘。
此前，上汽集團旗下的智己汽車推出業(yè)內(nèi)首個準900V超快充固態(tài)電池——第一代光年固態(tài)電池，并首搭智己全新轎車智己L6。隨后，上汽集團宣布“首條全固態(tài)電池生產(chǎn)線建成貫通倒計時500天正式啟動”，基于聚合物—無機物復合電解質(zhì)技術路線的上汽全固態(tài)電池，將于2026年實現(xiàn)量產(chǎn)。
同時，廣汽集團在科技日發(fā)布全固態(tài)電池。據(jù)了解，該款全固態(tài)電池采用了第三代海綿硅負極和高面容量固態(tài)正極技術，其能量密度可達到400Wh/kg以上，較當前量產(chǎn)液態(tài)鋰離子電池，體積能量密度提升52%以上，質(zhì)量能量密度提升50%以上，可輕松實現(xiàn)超1000公里續(xù)航。廣汽集團表示，將在2026年完成全固態(tài)電池開發(fā)，將首先搭載于旗下昊鉑車型。
作為全球動力電池領軍企業(yè)，寧德時代也在今年4月首次公布了全固態(tài)電池研發(fā)和量產(chǎn)時間表。“寧德時代的目標是到2027年小批量生產(chǎn)全固態(tài)電池，因為大批量生產(chǎn)仍然會面臨成本等問題。”寧德時代首席科學家吳凱對此仍持謹慎態(tài)度，“如果用技術和制造成熟度作為評價體系(以1至9打分)，公司的全固態(tài)電池研發(fā)目前處于4分的水平。”
相較傳統(tǒng)鋰離子電池，全固態(tài)電池由于潛在的安全性、高能量密度、高功率特性和溫度適應性等多維優(yōu)勢，被國際上普遍認為是下一代新能源動力電池技術的首選方案。目前各國均加大投入攻關該顛覆性技術。梳理國內(nèi)外公司發(fā)布的全固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)時間表，產(chǎn)業(yè)化主要集中在2027年至2030年。比如，韓國SK On稱，正在開發(fā)高分子氧化物復合和硫化物兩種固態(tài)電池，目標是到2026年生產(chǎn)出原型產(chǎn)品，2028年實現(xiàn)商業(yè)化。而三星SDI也在開發(fā)一種沒有負極的固態(tài)電池，預計將于2027年量產(chǎn)。
半固態(tài)電池不等于全固態(tài)電池
近年來，隨著新能源汽車產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，產(chǎn)業(yè)界越發(fā)認識到傳統(tǒng)液態(tài)鋰電池的極限。比如，能量密度上限低，無法根除消費者的里程焦慮;整體電池質(zhì)量大;低溫運行不暢、高溫環(huán)境下又存在安全隱患等。因此，業(yè)界對固態(tài)電池“上車”的呼聲日益高漲。
不過，就在企業(yè)加快發(fā)布固態(tài)電池“上車”時間表的同時，關于固態(tài)電池概念的爭議也隨之而來。智己汽車在推出固態(tài)電池“上車”的消息后，多位業(yè)內(nèi)人士向記者表示，智己汽車發(fā)布的光年固態(tài)電池實為半固態(tài)電池。
這也得到了電池供應商清陶能源聯(lián)合創(chuàng)始人李崢的證實：“為了增強固態(tài)電解質(zhì)的鋰離子導電性，清陶能源在電解質(zhì)中加入了10%的浸潤液，較傳統(tǒng)三元鋰電池減少了5%左右的總液體含量，智己汽車推出的光年固態(tài)電池實際上屬于半固態(tài)電池。”
根據(jù)電解質(zhì)液含量的不同，電池可以分為液態(tài)(液體含量10wt%至25wt%)、半固態(tài)(液體含量5wt%至10wt%)、準固態(tài)(液體含量0wt%至5wt%)和全固態(tài)(液體含量0wt%)四大類。“半固態(tài)電池是液態(tài)電池和固態(tài)電池之間的一種過渡產(chǎn)品，不能直接稱為固態(tài)電池。”全國乘聯(lián)會秘書長崔東樹明確表示。但現(xiàn)實情況是，大部分企業(yè)發(fā)布的新電池技術概念都在往這個“筐”里裝。
目前，固態(tài)電池有三大主流技術路線，包括聚合物固態(tài)電池、氧化物固態(tài)電池和硫化物固態(tài)電池。日韓和歐美等海外企業(yè)更傾向于硫化物技術路線，致力于全固態(tài)電池的開發(fā)，產(chǎn)業(yè)化進程相對緩慢;而國內(nèi)企業(yè)多數(shù)選擇氧化物技術路線，研發(fā)的產(chǎn)品多為半固態(tài)電池。
“國內(nèi)無論是車企還是電池供應商，當前都具備了半固態(tài)電池的量產(chǎn)能力，預計在2025年可實現(xiàn)大批量‘上車’。不過，全固態(tài)電池仍然停留在正負極材料的突破階段，因存在材料還未解決的問題，導致近幾年內(nèi)都無法實現(xiàn)量產(chǎn)。”寧德時代董事長曾毓群說。
“從全行業(yè)看，中國既要發(fā)展這種漸進性的半固態(tài)技術路線，又要防范激進型全固態(tài)技術路線帶來的顛覆性風險。”或許正是因為民間存在這種爭議，中科院院士、清華大學教授歐陽明高在談到固態(tài)電池時，特別強調(diào)了“半”與“全”的區(qū)別。
在他看來，全固態(tài)電池落地產(chǎn)業(yè)化近期應面向電池300Wh/kg(重量比能量)、600Wh/L(體積比能量)的目標，打通全固態(tài)電池全技術鏈。中期應以面向500Wh/kg、1000Wh/L為目標，2035年前實現(xiàn)商業(yè)化。“規(guī)模產(chǎn)業(yè)化時間，不是實驗室的樣品，更不是論文。所謂的近期就是3年至5年，中期就是5年至10年。”歐陽明高解釋。
三大挑戰(zhàn)亟待破解
與企業(yè)偏于樂觀相比，業(yè)內(nèi)專家對全固態(tài)電池商業(yè)化進程則略顯保守。“這是因為當前全固態(tài)電池還難以兼顧續(xù)航和安全性的瓶頸，難以突破電池技術的玻璃天花板。”歐陽明高表示，全固態(tài)電池面臨的挑戰(zhàn)具有跨學科的特性，技術門檻極高，涵蓋材料、界面、工藝、產(chǎn)業(yè)鏈、設備等問題。
首先是全固態(tài)電池的科學技術挑戰(zhàn)。目前，全固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化仍需要從關鍵材料、界面、復合電極、單體電池不同層面進行解決。
在材料層面，硫化物電解質(zhì)化學穩(wěn)定性、空氣穩(wěn)定性差，批量生產(chǎn)難，基礎硫化鋰成本高。同時，硅碳負極存在體積膨脹大的問題，而鋰負極還不成熟。在界面層面，電極材料、固態(tài)電解質(zhì)的界面相容性不夠，包括界面的副反應、固—固界面機械接觸等。在電極層面，高面載復合電極應變條件下的電荷輸運緩慢。在電芯片層面，環(huán)境控制成本高，制作效率比較低。此外，車載工況下的電芯性能綜合評估也沒有相關評價標準。
其次是全固態(tài)電池的工藝設備挑戰(zhàn)。“如果我們用濕法工藝，大概能保留一半的現(xiàn)有設備。如果我們用干法工藝，三分之二的設備都不能用了，要換新設備。”歐陽明高稱。
最后是產(chǎn)業(yè)鏈挑戰(zhàn)。從供給角度看，我國已基本構(gòu)建了完整的液態(tài)鋰離子電池產(chǎn)業(yè)生態(tài)，涵蓋從上游礦產(chǎn)資源、材料制造、電池生產(chǎn)、整車應用到回收利用等各個環(huán)節(jié)。液態(tài)鋰離子電池主要供應鏈已實現(xiàn)自主可控。若發(fā)展全固態(tài)電池，將對現(xiàn)有電池全生命周期產(chǎn)業(yè)鏈造成不小的沖擊。
對于固態(tài)、液態(tài)電池取舍問題，歐陽明高還表示：“日本、歐洲發(fā)展全固態(tài)電池就是要顛覆中國的優(yōu)勢，我們恰恰相反，既要保優(yōu)勢、防顛覆，奮力攻克全固態(tài)電池，又要兼顧優(yōu)化液態(tài)鋰離子電池。”(經(jīng)濟日報記者 楊忠陽)
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