全固態(tài)電池，一場豪賭

除了端到端，全固態(tài)電池正迎來豪賭，各路選手紛紛“上桌”。

全固態(tài)電池，正在迎來豪賭“All in”。各路選手紛紛“上桌”了。

先看最近的四條專利信息，分別是華為和寧德時(shí)代的。華為的專利名稱為“摻雜硫化物材料及其制備方法、鋰離子電池”，剛剛于11月5日通過國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局的初步審查。

而國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局公布的寧德時(shí)代三項(xiàng)固態(tài)電池專利，分別為“改性固態(tài)電解質(zhì)及其制備方法、固態(tài)電池及用電裝置”、“固態(tài)電解質(zhì)膜及其制備方法、固態(tài)電池、用電裝置”和“固態(tài)電池單體及其制造方法”。

寧德時(shí)代的專利不用講，華為專利的消息則信號(hào)意義大于實(shí)際意義，當(dāng)然誰都不會(huì)輕視。此外，另一家電池巨頭比亞迪，則早在8月7日申請了全固態(tài)電池發(fā)明專利。

不僅是專利，電池龍頭老大寧德時(shí)代最近也有新動(dòng)靜。據(jù)媒體爆料，寧德時(shí)代也帶入千人規(guī)模的巨額資源，來豪賭一把全固態(tài)電池。一時(shí)間，忽有風(fēng)云變幻之感。

01、賭未來

此前的9月動(dòng)力電池大會(huì)上，寧德時(shí)代董事長曾毓群曾透露，全固態(tài)電池的行業(yè)研發(fā)水平還不高，寧德時(shí)代自己的研發(fā)也就處于TRL(技術(shù)成熟度)等級(jí)4的水平，也即是技術(shù)定型的階段，計(jì)劃到2027年提升至TRL7~8級(jí)的水平，可能實(shí)現(xiàn)小批量生產(chǎn)。

曾毓群還講，與競爭對手相比，寧德時(shí)代的研究“領(lǐng)先一大步”，是“Second to none（首屈一指）”。是不是我們不知道，但是，架不住行業(yè)對手對固態(tài)電池的希望和熱情。這不，華為也入場了。

此次，華為專利發(fā)明的摻雜硫化物材料，對金屬鋰（作為負(fù)極）具有較佳的穩(wěn)定性，可以作為硫化物固態(tài)電解質(zhì)應(yīng)用在鋰離子電池中，使得鋰離子電池具有較長的使用壽命。

這個(gè)發(fā)明專利的背景是，硫化物固態(tài)電解質(zhì)采用的材料與金屬鋰負(fù)極之間的電化學(xué)穩(wěn)定窗口較窄，充放電過程中“固固界面”的副反應(yīng)嚴(yán)重。

雖說硫化物固態(tài)電解質(zhì)是目前幾種固態(tài)電解質(zhì)中最具潛力的，是室溫離子電導(dǎo)率較高的固態(tài)電解質(zhì)。但是，目前仍然無法解決固固界面的嚴(yán)重副反應(yīng)。這也是行業(yè)難題，目前還沒什么好的辦法。

華為此次提出了一個(gè)看似不錯(cuò)的解決辦法。行不行，目前沒什么資料。但是，這意味著華為動(dòng)手了。

主攻硫化物路線的，當(dāng)然還有龍頭寧德時(shí)代。據(jù)媒體爆料，寧德時(shí)代在近期已進(jìn)入20Ah樣品試制階段，換句話說，是進(jìn)入了生產(chǎn)技術(shù)探索階段。團(tuán)隊(duì)方面，寧德時(shí)代已將全固態(tài)電池研發(fā)團(tuán)隊(duì)擴(kuò)充至超1000人。

從此前的跟隨到下決心豪賭，寧德時(shí)代對固態(tài)電池的規(guī)劃時(shí)間線與豐田汽車、LG新能源、三星 SDI 等類似，略快于比亞迪?，F(xiàn)在明顯加速了。

去年年中，寧德時(shí)代首席科學(xué)家吳凱曾說，“如果豐田說今天能量產(chǎn)全固態(tài)電池，我持懷疑態(tài)度，目前全行業(yè)誰都不具備量產(chǎn)全固態(tài)電池的能力。至于2027年能否量產(chǎn)，作為技術(shù)人員，我也很難說得準(zhǔn)確?！?/p>

但今年3月，吳凱卻在一次論壇上分享了寧德時(shí)代的全固態(tài)電池研發(fā)進(jìn)展。半年后，曾毓群又披露了“2027年小規(guī)模量產(chǎn)全固態(tài)電池”的時(shí)間表。

4月，吳凱在國際電池技術(shù)交流會(huì)上再次表示，寧德時(shí)代已建成10Ah全固態(tài)電池性能驗(yàn)證平臺(tái)，且在全固態(tài)電池的正負(fù)極材料、工藝和制造設(shè)備上都有技術(shù)進(jìn)展。

在大部分固態(tài)電池公司連幾個(gè)億的實(shí)驗(yàn)室都建不起來的情況下，寧德時(shí)代舍得投入十億級(jí)別的資源和人員去豪賭固態(tài)電池，可謂前所未有的信心。

我在此前的多篇文章中也說過，固態(tài)電池的問題沒那么快解決，可能到半固態(tài)電池達(dá)到技術(shù)和成本的平衡后就終止了。

實(shí)際上，在我看來，只有高端長續(xù)航車型、eVTOL（電動(dòng)垂直起降飛行器）等方向?qū)虘B(tài)電池需求明確。

因?yàn)?，eVTOL對電池的能量密度、功率、倍率、安全性、快充及長壽命等指標(biāo)的要求更高，目前量產(chǎn)的電池能量密度尚無法達(dá)到。所以，全固態(tài)電池是更好的動(dòng)力來源，且eVTOL對成本相對不敏感。中信證券也提到，eVTOL成為固態(tài)電池重要落地場景。

根據(jù)中國汽車動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟發(fā)布的數(shù)據(jù)，今年上半年，半固態(tài)電池裝車量達(dá)2.2GWh，算是初具規(guī)模。

但是，為什么大家現(xiàn)在還要豪賭呢？

一方面，是現(xiàn)有的鋰電池不完美，存在安全方面的漏洞。另一方面，還是體積和重量相對較大，而固態(tài)電池的解決方案從各方面看起來都很完美。而已。問題是，能不能達(dá)到“勝利彼岸”的目標(biāo)呢？

02、找到辦法

最早開始研發(fā)固態(tài)電池的是豐田汽車。豐田汽車很早就聲稱，會(huì)在2027年量產(chǎn)固態(tài)電池。2024年，雖然發(fā)布了10分鐘充滿、1200公里續(xù)航的最新電池動(dòng)態(tài)和2026年開始量產(chǎn)的消息，但是，據(jù)《豐田時(shí)報(bào)》的一篇文章稱，實(shí)際量產(chǎn)計(jì)劃在“2030年及以后”。換句話說，量產(chǎn)的時(shí)間反轉(zhuǎn)再反轉(zhuǎn)。

而國內(nèi)的情況更魔幻，時(shí)不時(shí)就會(huì)有固態(tài)電池上車的新聞和消息發(fā)布，但是，稍微研究一下，都是過渡狀態(tài)的半固態(tài)電池，加了“全”字的也都是偷換概念。一句話，全是營銷手段。

不過，今年以來，固態(tài)電池的發(fā)布倒是正式多了。比如，前不久奇瑞發(fā)布鯤鵬電池的時(shí)候，明確表示2026年上車，甚至演示了切了一角后還能正常使用的固態(tài)電池VCR。

而寧德時(shí)代因?yàn)榉浅Ｇ宄姵氐膮^(qū)隔，所以固態(tài)電池的時(shí)間表會(huì)更靠譜，更符合實(shí)際。

目前，固態(tài)電池主要有硫化物、氧化物和聚合物三種技術(shù)路線。就像前面所說的，寧德時(shí)代選擇了與豐田汽車類似的硫化物路線。吳凱在此前的技術(shù)論壇上也說，硫化物路線的性能上限最高且量產(chǎn)進(jìn)度最快。

此外，還有鹵化物等新的技術(shù)路線，比如，比亞迪正著重研發(fā)鹵化物的固態(tài)電池。

之所以寧德時(shí)代和豐田選擇硫化物電解質(zhì)，一個(gè)是其中的鋰離子導(dǎo)電率跟液態(tài)相近，一個(gè)是在材料方面不會(huì)被“卡脖子”。當(dāng)然，現(xiàn)在的硫化物還是非常難制備、造價(jià)高昂，價(jià)格也是非常高的，目前一公斤硫化物材料售價(jià)超過500美元。還有，硫化物電解質(zhì)易氧化產(chǎn)生有毒氣體。

說穿了，這幾種技術(shù)路線都存在相應(yīng)的基礎(chǔ)缺點(diǎn)。包括前面講的“固固界面”的問題，還有“鋰枝晶”的問題等。

此外，全固態(tài)電池的生產(chǎn)制造工藝跟現(xiàn)有的電池生產(chǎn)工藝不兼容，需要重新發(fā)明多項(xiàng)工藝，自然制造成本就更高了。

不過，從吳凱在《車用全固態(tài)電池研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展》的演講來看，寧德時(shí)代已在10Ah的樣品階段找到了解決這些難題的思路和辦法。

簡單來說，寧德時(shí)代全固態(tài)電池的解決方案是，高鎳三元正極顆粒從多晶換成單晶材料，并且進(jìn)行雙層包覆，第一層無機(jī)氧化物包覆，抑制界面的反應(yīng)，第二層固體電解質(zhì)包覆，提升界面離子擴(kuò)散。

這是為了提高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。正負(fù)極和固態(tài)電解質(zhì)的接觸界面則依靠自研的多功能復(fù)合粘結(jié)劑來構(gòu)筑穩(wěn)定高效極片導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，即提高導(dǎo)電率。

負(fù)極方面采用鋰金屬或者合金，用硫化物固態(tài)電解質(zhì)進(jìn)行疏水層包覆，在電芯封口前再去除疏水層，來提高空氣穩(wěn)定性。

此外，目前寧德時(shí)代能將固態(tài)電池的正極克容量（影響電池能量密度的關(guān)鍵指標(biāo)）做到230mAh/g ，并將復(fù)合正極的使用壽命提升到6000次。不過，從發(fā)布的數(shù)據(jù)圖看，容量的波動(dòng)率相對有點(diǎn)大。

對于鋰枝晶問題，寧德時(shí)代提出了一種解決新思路，用可以靈活改變體積性狀的材料自動(dòng)填充可能滋長鋰枝晶的縫隙（相變自填充技術(shù)），同時(shí)用親鋰性界面層設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)高性能鋰金屬負(fù)極。

按照我的理解，就是用有很強(qiáng)的柔性、又有良好導(dǎo)電率的“海綿體”來抑制鋰枝晶的生長。

此外，疏水層包覆后的硫化物電解質(zhì)，能在-40℃露點(diǎn)（衡量環(huán)境干燥度的指標(biāo)）的環(huán)境中保持穩(wěn)定，電導(dǎo)率能保持在60%左右。規(guī)?；院?，電解質(zhì)成本也有望大幅度降低。

除了對材料的改進(jìn)，寧德時(shí)代也突破了干法電極、超薄電解質(zhì)轉(zhuǎn)印、等靜壓一體成型等制造技術(shù)。只是，這離量產(chǎn)還有很遠(yuǎn)距離，寧德時(shí)代還得解決諸多工程難題。

如今，不僅企業(yè)在加碼固態(tài)電池，同樣，上面也給予了重點(diǎn)關(guān)注。此前，炒得沸沸揚(yáng)揚(yáng)的一件事就是，給產(chǎn)業(yè)界的全固態(tài)電池研發(fā)補(bǔ)貼超過60億元，當(dāng)然，其中部分資金需要企業(yè)的研發(fā)項(xiàng)目取得進(jìn)展后才能到位，“不見兔子不撒鷹”嘛。上面的目標(biāo)是2027年實(shí)現(xiàn)全固態(tài)電池的小規(guī)模量產(chǎn)。

領(lǐng)導(dǎo)支持，群眾擁護(hù)，固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)化也正在不斷取得新進(jìn)展。不過，目前還都是以半固態(tài)電池為主。

那么，究竟誰能主宰全固態(tài)電池的沉浮呢？每次有新消息來忽悠的時(shí)候，都會(huì)想到這個(gè)問題。

作者丨王小西

責(zé)編丨北? ?岸

編輯丨王? ?越