人民日報國際
哈桑·漢嫩杰
2024-10-18 08:51
證券時報記者 韓忠楠
近期，萬向錢潮、紫建電子、南都電源等不少于8家動力電池產業鏈公司，先后公布了各自在半固態電池以及全固態電池領域的技術進展。
此外，寧德時代、比亞迪、中創新航、欣旺達等動力電池企業也披露了各自研發的固態動力電池裝車時間表，2027年預計成為全固態電池小批量上車元年。
從半固態電池到全固態電池，從實驗室走向應用場，固態電池的商業化還需要邁過材料關、技術關及成本關等數道門檻。
中國科學院院士、中國電動汽車百人會副理事長歐陽明高表示，固態電池被行業視為最具潛力的“下一代動力電池”，但結合燃料電池的研發經驗來看，固態電池的商業化仍然需要逐步實現。
攻克“技術關”
材料升級是關鍵
與依賴液體電解質的傳統鋰電池不同，固態電池是一種使用固體正負極和固體電解質的電池。根據液體電解質含量的不同，固態電池可分為半固態、準固態、全固態三種類型。
“固態電池的工作原理其實與液態鋰電池相同，充電時正極中的鋰離子從活性物質中脫嵌，通過固態電解質向負極遷移，完成充放電過程。”某動力電池研究院固態電池領域的研發人員向證券時報記者表示，從液態電池到固態電池，首先會面臨電解質材料的變更，工藝上也會發生轉變。
國聯證券分析稱，固態電池技術發展和應用將按照“固態電解質—新型負極—新型正極”的形式呈現梯次滲透，核心在于引入新材料體系。
其中，負極材料將從石墨向硅基負極、含鋰負極、金屬鋰負極升級；正極材料將從高鎳三元，向高電壓高鎳三元、超高鎳三元，再向尖晶石鎳錳酸鋰、層狀富鋰錳基等新型正極材料迭代升級；隔膜將從傳統隔膜，向氧化物涂覆隔膜升級，甚至最終取消隔膜。
具體來說，在負極材料端，短期內，硅基負極有望成為固態電池負極材料的主要解決方案。長期來看，金屬鋰將成為固態電池負極的終極選擇。杉杉股份、璞泰來、貝特瑞、中科電氣、贛鋒鋰業、天齊鋰業等公司均在固態電池負極材料方面有所布局。
而在正極材料端，固態電池正極開發包括三種路線，分別是高鎳三元正極、鎳錳酸鋰、富鋰錳基。容百科技、當升科技均已經實現高鎳三元產品對固態電池企業的出貨。今年9月，容百科技在投資者互動平臺表示，公司固態電池材料已與清陶、寧德時代、衛藍新能源等國內外40余家電池及整車企業建立了合作關系。全固態電池的三元正極材料獲得行業頭部客戶充分認可，2024年出貨量穩定增長。
當升科技近期披露，公司2024年上半年累計出貨數百噸固態電池正極材料，已順利導入固態電池客戶，并成功裝車應用于一線車企固態電池車型。
東風汽車集團公司研發總院先進材料與先行技術研究中心固態電池高級經理金玲表示，固態電池從實驗室到量產的過程中，高性能的負極材料和正極材料，都面臨著開發難的挑戰。
“在高壓下，三元正極容易失氧，會導致電池鼓包。因此很多正極材料企業都在研究用大的單晶化和氧化物包覆。”金玲表示，硅基負極材料也存在類似的痛點，會造成電芯膨脹。
多位受訪人士表示，固態電池會帶來電池材料體系的系統升級，但在升級過程中，多個環節均會面臨挑戰。
“固固界面”難題待解
電解質作為固態電池技術的首要“變量”，也存在著技術路線之爭。目前，固態電池的電解質涉及聚合物、氧化物、硫化物、鹵化物等多種路線。
“這幾條路線各有優缺點，聚合物路線的特點是柔韌性好，不易大規模制造，但它的離子電導率相比其他幾種電池是最低的；氧化物路線的離子電導率居中，但是它在界面接觸方面存在挑戰；硫化物路線是離子電導率最高的，但是穩定性不高。”金玲分析道，上述幾種路線各自的成熟度不同，預計氧化物和聚合物復合的路線是可以率先得到搭載驗證的。
據悉，北京衛藍、清陶能源采用的都是聚合物復合電解質路線，上述兩家公司研發的半固態電池已相繼在蔚來、上汽智己的車型上實現應用。而寧德時代、比亞迪、鵬輝能源、松下、LG新能源、三星SDI等公司則在探索硫化物技術路線。
今年8月，鵬輝能源發布的固態電池產品，就展現了在材料創新層面的突破。據悉，鵬輝能源的固態電池采用了自主研發的無機復合固態電解質層。除了氧化物電解質之外，這一電解質層還結合了新型無機復合粘結劑和功能添加劑等關鍵材料。
由于全固態電池不包含電解液，因此會形成“固固界面”。國家動力電池創新中心副主任王建濤表示，電解質材料是粉體材料，彼此之間互相接觸，會形成很多小界面，使得離子傳輸存在障礙。
寧德時代董事長曾毓群也曾在公開場合指出，研發全固態電池的關鍵，在于對材料和化學體系的研究，其中最難的就是攻克“固固界面”的問題。
目前，針對上述難題，行業內涌現出不同的探索思路。南都電源董秘在回復投資者提問時表示，南都電源通過氧化物電解質原位成膜組裝技術和致密干法電極工藝，破解了限制固態電池產業化的“固固界面”難題，大幅改善了固態電解質與電極的界面接觸性能，有效降低電芯內阻。
多步走推進商業化落地
固態電池具備能量密度高、安全性好和循環壽命長的優點。正因如此，產業界一直在持續推進固態電池的商業化落地。
中信證券分析稱，我國半固態及全固態電池發展具備技術路線低風險、“小步快跑”節奏好、產業化條件充沛等優勢，有望在新能源汽車推廣的“下半場”迎來新一波市場高潮。據測算，2030年，全球固態電池出貨量或將達到643GWh，2024—2030年復合年均增長率將達133%。
從國內主流電池企業披露的量產時間表來看，2026年—2030年將成為固態電池產品密集上車的關鍵時期。不過也有不少業內人士表示，要在近兩三年實現規模化量產，仍然存在不小的挑戰。其中一大難點就在于“成本關”的突破層面。
據了解，目前固態電池較同規格的電池成本要高4—10倍。這種高成本不僅體現在材料端，還涉及制造環節。一位業內人士向證券時報·e公司記者透露道，目前液態電池建線成本1GWh需要投資1.5億元，而固態電池的產線成本要明顯高于這個水平。
盡管如此，產業鏈上下游的企業仍然在通過技術手段進行降本。欣旺達近期透露，通過技術創新，公司預計可以在2026年將聚合物體系的全固態電池成本降至2元/Wh，與半固態電池成本接近。
“全固態電池給新能源汽車產業提供了一條新的賽道，可以更好地解決電動車存在的痛點問題。”北京衛藍新能源科技有限公司董事長兼總經理俞會根表示，隨著規模化效應的凸顯，固態電池成本下探可期。在實現產業化、商業化的過程中，還需要構建完備的固態電池產業鏈。
記者注意到，在推進固態電池量產的過程中，上汽集團、廣汽集團、貝特瑞等公司均采取了“多步走”策略，漸進式推進固態電池商業化落地。
