全固態(tài)電池要“上車”沒那么容易

文 韓旭

最近固態(tài)電池頻有大消息。

據(jù)中國日報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)，包括寧德時代、比亞迪、一汽、上汽、衛(wèi)藍新能源和吉利共六家企業(yè)或獲得政府基礎研發(fā)支持。

多位知情人士確認，此項行業(yè)內(nèi)史無前例的項目由政府相關部委牽頭實施，鼓勵有條件的企業(yè)對全固態(tài)電池相關技術開展研發(fā)。據(jù)悉，該項目經(jīng)過嚴格篩選后，最后具體分為七大項目，聚焦聚合物和硫化物等不同技術路線。

一、全固態(tài)電池有啥優(yōu)勢？

傳統(tǒng)鋰離子電池包括正極、負極、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，是新能源下半場當仁不讓的主角。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)、機械設備以及基礎材料，兩者主要的區(qū)別在于負極材料和電解質(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)鏈下游應用領域包括新能源汽車、儲能系統(tǒng)、消費電子等。

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，被國際普遍認為是下一代新能源動力電池的發(fā)展大勢。

一般來說，電動汽車期望動力電池壽命達到10年以上，大規(guī)模的電網(wǎng)儲能、工商業(yè)儲能更希望其服役壽命長達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)部與正負極材料、隔膜、封裝結構件緩慢相互作用與反應，長期作用下，溶劑容易干涸、揮發(fā)、泄漏，正負極材料容易被腐蝕，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。雜質(zhì)的存在會使得活性物質(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)境要求特別嚴苛，但實際情況又很難做到。

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。雖然采用了阻燃劑、陶瓷隔膜、增加冷卻等一系列技術方法，但也只能是在局部出現(xiàn)問題時，阻住蔓延，最大限度控制風險，不能從根本上解決問題。

如果能夠使用完全不燃燒的無機固體電解質(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。所以各國對此都投入了大量的人力物力在這個方向的研究與實踐。

二、下一代電池技術競爭的關鍵制高點

“固態(tài)電池普及之日，就是燃油車退出歷史舞臺之時?！睂τ诠虘B(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，中國科學院院士、中國電動汽車百人會副理事長歐陽明高曾分享了當下的一個業(yè)界共識，“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競爭的關鍵制高點。”

近年來，我國出臺了一系列政策，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)重點發(fā)展對象并提出加快研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化進程。2023年1月，工信部等六部門聯(lián)合發(fā)布的《關于推動能源電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導意見》，進一步提出加強固態(tài)電池等標準體系研究。

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)均有一定的技術儲備，但研發(fā)進展不一。

寧德時代曾表示，涵蓋固態(tài)電池等很多技術都在儲備。上汽集團方面也曾表示，其全固態(tài)電池基于聚合物-無機物復合電解質(zhì)技術路線打造，將于2026年實現(xiàn)量產(chǎn)。

而作為中國科學院物理研究所固態(tài)電池產(chǎn)學研孵化企業(yè)，衛(wèi)藍新能源同樣預計到2026年年底可實現(xiàn)全固態(tài)電池的量產(chǎn)。吉利方面，去年1月，吉利方面公開招標智行科創(chuàng)固態(tài)電池實驗室設計建設項目，內(nèi)容涉及固態(tài)電池實驗室設計及建設等。今年1月，有吉利汽車內(nèi)部人士表示，對于固態(tài)電池的布局，公司不僅與衛(wèi)藍新能源建立了投資合作關系，還專門成立了固態(tài)電池研發(fā)團隊，正在與多家動力電池廠商開展聯(lián)合試驗。

三、商業(yè)化進程仍面臨挑戰(zhàn)

盡管市場熱情被點燃，但固態(tài)電池的商業(yè)化進程卻面臨諸多挑戰(zhàn)。

成本與電導率低是固態(tài)電池目前的劣勢。舉例來說，固態(tài)電池（石墨負極）的成本大約為150美元/kWh，而液態(tài)電池（石墨負極）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張孝榮預計，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，進一步降低固態(tài)電池的成本。此外，通過研發(fā)復合電解質(zhì)，結合不同材料的優(yōu)勢，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電子及全球儲能等領域已經(jīng)開始展現(xiàn)其市場價值。

中商產(chǎn)業(yè)研究院預計，作為一項顛覆性技術，若固態(tài)電池能實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，逐步提升滲透率，到2025年固態(tài)電池在動力電池中的市場空間能達到60億元左右。

但需要注意的是，也有不少車企負責人對固態(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)還是很遠的事情，真正的全固態(tài)電池量產(chǎn)仍需5——10年。

四、兩個關鍵點

結合當前行業(yè)現(xiàn)狀，全固態(tài)電池的規(guī)?；瘧煤蜕虡I(yè)化落地顯然不可能一蹴而就，而是需要經(jīng)過充分嚴謹?shù)臏y試和驗證過程，包括搭載整車的驗證、高寒高溫的驗證等。

目前看，實現(xiàn)全固態(tài)電池量產(chǎn)目標有兩個關鍵點：

一是循序漸進，重視應用與研發(fā)、生產(chǎn)的雙向促進。半固態(tài)是實現(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和工程問題，需要分步驟實現(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，增加性價比；最后借助前面兩個階段的技術進步和成本攤薄，實現(xiàn)電池的全固態(tài)形態(tài)。

二是需從整個產(chǎn)業(yè)鏈角度進行重構、配置和升級。現(xiàn)有的動力電池上游產(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)新的結合體，既包括材料的創(chuàng)新、工藝的創(chuàng)新、設備的創(chuàng)新,也有產(chǎn)業(yè)鏈的創(chuàng)新。相關產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)應結合自主品牌汽車規(guī)?；钶d固態(tài)電池技術的契機,實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)鏈的升級,以加速實現(xiàn)全固態(tài)電池的量產(chǎn)應用。

• 結語

從當前各家固態(tài)電池水平來看，全固態(tài)電池技術還不成熟，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，確實值得我們投入大量的精力和資源進行研究和開發(fā)。然而，要實現(xiàn)全固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化，還有很長的一段路要走，還須具備攻堅克難的思想準備，面對各種技術難題和挑戰(zhàn)。