近日有媒體轉(zhuǎn)引消息人士稱：中國相關(guān)部委將牽頭實(shí)施全固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化專項(xiàng)，投入約60億元用于全固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化研究。該項(xiàng)目經(jīng)過嚴(yán)格篩選后，具體分為七大項(xiàng)目，聚焦聚合物和硫化物等不同技術(shù)路線。
據(jù)說包括寧德時(shí)代、比亞迪、一汽、上汽、衛(wèi)藍(lán)新能源和吉利共六家企業(yè)或獲得政府產(chǎn)業(yè)化研發(fā)支持。若該政策落地，獲得國家層面規(guī)模資金扶持的全固態(tài)電池的研發(fā)進(jìn)程將能更快推進(jìn)。
目前商用鋰電池存在缺陷，需要全固態(tài)鋰電池
隨著電動(dòng)汽車與電化學(xué)儲(chǔ)能的發(fā)展，在實(shí)際應(yīng)用中迫切需要具有高安全性、高能量密度與高功率密度的電池。
電動(dòng)汽車期望動(dòng)力電池壽命達(dá)到10年以上，大規(guī)模的電網(wǎng)儲(chǔ)能、工商業(yè)儲(chǔ)能更希望服役壽命長達(dá)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(yīng)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(fù)極材料、隔膜、封裝結(jié)構(gòu)件緩慢相互作用與反應(yīng)，長期作用下，溶劑容易干涸、揮發(fā)、泄漏，正負(fù)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(guān)。雜質(zhì)的存在會(huì)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(yán)苛，但實(shí)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(guān)。雖然采用了阻燃劑、陶瓷隔膜、增加冷卻等一系列技術(shù)方法，但也只能是在局部出現(xiàn)問題時(shí)，阻住蔓延，最大限度控制風(fēng)險(xiǎn)，不能從根本上解決問題。
如果能夠使用完全不燃燒的無機(jī)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(shù)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(gè)方向的研究與實(shí)踐。
全固態(tài)鋰電池產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展
根據(jù)所用固態(tài)電解質(zhì)不同，全固態(tài)鋰電池可分為聚合物體系、硫化物體系、氧化物體系三種。
還可以按照正極材料的不同，分為全固態(tài)鋰離子電池與全固態(tài)鋰金屬電池。其中全固態(tài)鋰電池沿用當(dāng)前鋰電池材料體系，使用石墨或硅碳材料作為負(fù)極、使用復(fù)合材料作為正極，而全固態(tài)鋰金屬電池則以金屬鋰為負(fù)極。
全固態(tài)鋰電池專利數(shù)量，日本擁有最多，全球占比達(dá)到 28%。其中豐田關(guān)于固態(tài)電池的專利超過1300項(xiàng)。2017年豐田宣布3年后就能商業(yè)化量產(chǎn)，然后2019年又宣布2025年才能量產(chǎn)，去年6月又再次把時(shí)間推遲2027年。豐田每次都說自己幾年后可以量產(chǎn)，連行業(yè)龍頭豐田都這么難產(chǎn)，我們怎么樣呢？
目前全固態(tài)鋰電池的研發(fā)正在中國大地如火如荼地進(jìn)行著，多個(gè)科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)投入巨大的人力和物力，在材料合成、電池設(shè)計(jì)、制造工藝等方面取得了一系列進(jìn)展。
理想的固態(tài)電解質(zhì)應(yīng)具備高的鋰離子傳導(dǎo)能力、良好的機(jī)械強(qiáng)度以及與電極材料的兼容性。國內(nèi)一線電解液企業(yè)基于對未來發(fā)展的考慮，都在研發(fā)，而且都有階段性成果與專利。
目前，國內(nèi)主要有中科院系的中科澤藍(lán)、衛(wèi)藍(lán)新能源；清華系的清陶能源；海歸派的高能時(shí)代；鋰電企業(yè)寧德時(shí)代、比亞迪、蜂巢能源、廣汽因湃、力神，均已經(jīng)能夠制備出初步具備實(shí)用化特征的全固態(tài)鋰電池樣品，雖然距離大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用還有一段路要走，但整體上正在穩(wěn)步向前推進(jìn)，比國外先進(jìn)水平相差不大，而且速度更快。
國內(nèi)全固態(tài)鋰電池企業(yè)進(jìn)展
今年4月寧德時(shí)代首次公布了全固態(tài)電池研發(fā)和量產(chǎn)進(jìn)度，計(jì)劃在2027年小批量生產(chǎn)全固態(tài)電池，但未披露其批量裝車的時(shí)間表。寧德時(shí)代相關(guān)人員表示：“如果用技術(shù)和制造成熟度作為評價(jià)體系(以1~9打分)，寧德時(shí)代的全固態(tài)電池研發(fā)目前處于4分的水平。到2027年，公司期望能達(dá)到7~8分的水平，這意味著可以進(jìn)行小批量生產(chǎn)。”
5月17日上午，國軒高科在該公司第13屆科技大會(huì)上發(fā)布了全固態(tài)電池——金石電池。金石電池采用微納化固體電解質(zhì)、超薄膜包覆單晶正極和三維介孔硅負(fù)極，能量密度高達(dá)350Wh/kg，比主流三元鋰電池提升40%以上，為電動(dòng)汽車提供了更長的續(xù)航能力和更高的能量效率。目前，金石電池已一次性通過了200度熱箱測試，安全性遠(yuǎn)超國標(biāo)需求。基于金石電池打造的新能源汽車電池包，擁有80%的質(zhì)量成組率，單次充電續(xù)航可達(dá)1000公里。
衛(wèi)藍(lán)新能源2023年6月正式向蔚來交付360Wh/kg鋰電池半固態(tài)電芯，組成150kWh半固態(tài)電池包，該電池包能量密度為260Wh/kg，行駛距離達(dá)1044公里。衛(wèi)藍(lán)新能源暫定于2027年左右實(shí)現(xiàn)全固態(tài)電池量產(chǎn)。
清陶能源全固態(tài)電池采用了聚合物-無機(jī)物復(fù)合電解質(zhì)技術(shù)路線，預(yù)計(jì)能量密度將超過400Wh/kg，體積能量密度超過820Wh/L，電池容量能超過75Ah，預(yù)計(jì)二代全固態(tài)電池能量密度將超500Wh/kg。清陶與上汽集團(tuán)緊密合作，搭載清陶全固態(tài)電池的智己新車預(yù)計(jì)將在2027年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)并正式交付用戶。
太藍(lán)新能源在4月初通過官方渠道宣布，他們成功研發(fā)出全球首款能量密度高達(dá)720Wh/kg的“車規(guī)級”全固態(tài)鋰金屬電池。
4月12日，廣汽在科技日發(fā)布了全固態(tài)電池，它采用了第三代海綿硅負(fù)極和高面容量固態(tài)正極技術(shù)。據(jù)了解，該款全固態(tài)電池能量密度能達(dá)到400Wh/kg以上，較當(dāng)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(shí)現(xiàn)超1000公里續(xù)航。廣汽希望在2026年完成全固態(tài)電池開發(fā)，并首先搭載于旗下昊鉑車型。
目前來看，全固態(tài)電池的制造成本遠(yuǎn)高于液態(tài)電池，液態(tài)電池在過去十年幾乎創(chuàng)下了電化學(xué)的奇跡：能量密度提升3倍，成本下降80%以上，目前100kWh三元鋰電池包成本在5-8萬左右，而全固態(tài)電池成本在不同的技術(shù)路線影響下，有的成本可超過30萬元。
全固態(tài)鋰電池的市場前景
隨著全球范圍內(nèi)對減少碳排放的共識加深，以及各國政府對于電動(dòng)車的政策扶持，電動(dòng)汽車的市場需求正在迅速膨脹。而電動(dòng)車的性能與續(xù)航里程又在很大程度上取決于電池技術(shù)，因此全固態(tài)鋰電池的高能量密度、快速充放電能力及長壽命等特性將極大促進(jìn)電動(dòng)汽車的發(fā)展。
除了地上跑的電動(dòng)汽車，航空領(lǐng)域同樣對全固態(tài)鋰電池表現(xiàn)出濃厚的興趣。在追求更高能效和環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的今天，電動(dòng)飛機(jī)，尤其是eVTOL（電動(dòng)垂直起降飛機(jī)）逐漸成為研究的熱點(diǎn)。
電池性能是制約eVTOL發(fā)展的關(guān)鍵瓶頸。目前的商用鋰離子電池電池存在能量密度短板，而eVTOL垂直起飛所需要的動(dòng)力是地面行駛的10-15倍，這就對全固態(tài)鋰電池創(chuàng)造了巨大的市場前景。
至于市場規(guī)模，根據(jù)業(yè)內(nèi)專家的分析預(yù)測，未來全固態(tài)鋰電池的市場規(guī)模將達(dá)到數(shù)千億甚至上萬億的規(guī)模。具體而言，到2030年前后，隨著全固態(tài)鋰電池技術(shù)的不斷成熟和生產(chǎn)成本的降低，其在電動(dòng)汽車領(lǐng)域的滲透率將明顯增加，屆時(shí)市場規(guī)模有望迎來爆發(fā)式增長。而在更遠(yuǎn)的未來，隨著技術(shù)的進(jìn)一步突破和應(yīng)用的拓展，包括便攜式電子設(shè)備、儲(chǔ)能系統(tǒng)等領(lǐng)域也將逐漸被全固態(tài)鋰電池所滲透，市場規(guī)模將持續(xù)擴(kuò)大。
最后
我們好不容易獲得鋰電池第一大國的產(chǎn)業(yè)地位，比較擔(dān)心全固態(tài)電池領(lǐng)域被日本、歐美等國超越，這種心情，可以理解。但從當(dāng)前各家固態(tài)電池水平來看，全固態(tài)電池技術(shù)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(shí)間內(nèi)規(guī)模量產(chǎn)，離真正的商業(yè)落地仍有距離?，F(xiàn)在就擔(dān)心會(huì)被超越還是過于杞人憂天了。
全固態(tài)電池作為一種具有巨大潛力的電池技術(shù)，確實(shí)值得我們投入大量的精力和資源進(jìn)行研究和開發(fā)。然而，要實(shí)現(xiàn)全固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化，我們必須具備攻堅(jiān)克難的思想準(zhǔn)備，勇于面對各種技術(shù)難題和挑戰(zhàn)，不斷推動(dòng)全固態(tài)電池技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步。
據(jù)說包括寧德時(shí)代、比亞迪、一汽、上汽、衛(wèi)藍(lán)新能源和吉利共六家企業(yè)或獲得政府產(chǎn)業(yè)化研發(fā)支持。若該政策落地，獲得國家層面規(guī)模資金扶持的全固態(tài)電池的研發(fā)進(jìn)程將能更快推進(jìn)。
目前商用鋰電池存在缺陷，需要全固態(tài)鋰電池
隨著電動(dòng)汽車與電化學(xué)儲(chǔ)能的發(fā)展，在實(shí)際應(yīng)用中迫切需要具有高安全性、高能量密度與高功率密度的電池。
電動(dòng)汽車期望動(dòng)力電池壽命達(dá)到10年以上，大規(guī)模的電網(wǎng)儲(chǔ)能、工商業(yè)儲(chǔ)能更希望服役壽命長達(dá)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(yīng)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(fù)極材料、隔膜、封裝結(jié)構(gòu)件緩慢相互作用與反應(yīng)，長期作用下，溶劑容易干涸、揮發(fā)、泄漏，正負(fù)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(guān)。雜質(zhì)的存在會(huì)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(yán)苛，但實(shí)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(guān)。雖然采用了阻燃劑、陶瓷隔膜、增加冷卻等一系列技術(shù)方法，但也只能是在局部出現(xiàn)問題時(shí)，阻住蔓延，最大限度控制風(fēng)險(xiǎn)，不能從根本上解決問題。
如果能夠使用完全不燃燒的無機(jī)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(shù)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(gè)方向的研究與實(shí)踐。
全固態(tài)鋰電池產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展
根據(jù)所用固態(tài)電解質(zhì)不同，全固態(tài)鋰電池可分為聚合物體系、硫化物體系、氧化物體系三種。
還可以按照正極材料的不同，分為全固態(tài)鋰離子電池與全固態(tài)鋰金屬電池。其中全固態(tài)鋰電池沿用當(dāng)前鋰電池材料體系，使用石墨或硅碳材料作為負(fù)極、使用復(fù)合材料作為正極，而全固態(tài)鋰金屬電池則以金屬鋰為負(fù)極。
全固態(tài)鋰電池專利數(shù)量，日本擁有最多，全球占比達(dá)到 28%。其中豐田關(guān)于固態(tài)電池的專利超過1300項(xiàng)。2017年豐田宣布3年后就能商業(yè)化量產(chǎn)，然后2019年又宣布2025年才能量產(chǎn)，去年6月又再次把時(shí)間推遲2027年。豐田每次都說自己幾年后可以量產(chǎn)，連行業(yè)龍頭豐田都這么難產(chǎn)，我們怎么樣呢？
目前全固態(tài)鋰電池的研發(fā)正在中國大地如火如荼地進(jìn)行著，多個(gè)科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)投入巨大的人力和物力，在材料合成、電池設(shè)計(jì)、制造工藝等方面取得了一系列進(jìn)展。
理想的固態(tài)電解質(zhì)應(yīng)具備高的鋰離子傳導(dǎo)能力、良好的機(jī)械強(qiáng)度以及與電極材料的兼容性。國內(nèi)一線電解液企業(yè)基于對未來發(fā)展的考慮，都在研發(fā)，而且都有階段性成果與專利。
目前，國內(nèi)主要有中科院系的中科澤藍(lán)、衛(wèi)藍(lán)新能源；清華系的清陶能源；海歸派的高能時(shí)代；鋰電企業(yè)寧德時(shí)代、比亞迪、蜂巢能源、廣汽因湃、力神，均已經(jīng)能夠制備出初步具備實(shí)用化特征的全固態(tài)鋰電池樣品，雖然距離大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用還有一段路要走，但整體上正在穩(wěn)步向前推進(jìn)，比國外先進(jìn)水平相差不大，而且速度更快。
國內(nèi)全固態(tài)鋰電池企業(yè)進(jìn)展
今年4月寧德時(shí)代首次公布了全固態(tài)電池研發(fā)和量產(chǎn)進(jìn)度，計(jì)劃在2027年小批量生產(chǎn)全固態(tài)電池，但未披露其批量裝車的時(shí)間表。寧德時(shí)代相關(guān)人員表示：“如果用技術(shù)和制造成熟度作為評價(jià)體系(以1~9打分)，寧德時(shí)代的全固態(tài)電池研發(fā)目前處于4分的水平。到2027年，公司期望能達(dá)到7~8分的水平，這意味著可以進(jìn)行小批量生產(chǎn)。”
5月17日上午，國軒高科在該公司第13屆科技大會(huì)上發(fā)布了全固態(tài)電池——金石電池。金石電池采用微納化固體電解質(zhì)、超薄膜包覆單晶正極和三維介孔硅負(fù)極，能量密度高達(dá)350Wh/kg，比主流三元鋰電池提升40%以上，為電動(dòng)汽車提供了更長的續(xù)航能力和更高的能量效率。目前，金石電池已一次性通過了200度熱箱測試，安全性遠(yuǎn)超國標(biāo)需求。基于金石電池打造的新能源汽車電池包，擁有80%的質(zhì)量成組率，單次充電續(xù)航可達(dá)1000公里。
衛(wèi)藍(lán)新能源2023年6月正式向蔚來交付360Wh/kg鋰電池半固態(tài)電芯，組成150kWh半固態(tài)電池包，該電池包能量密度為260Wh/kg，行駛距離達(dá)1044公里。衛(wèi)藍(lán)新能源暫定于2027年左右實(shí)現(xiàn)全固態(tài)電池量產(chǎn)。
清陶能源全固態(tài)電池采用了聚合物-無機(jī)物復(fù)合電解質(zhì)技術(shù)路線，預(yù)計(jì)能量密度將超過400Wh/kg，體積能量密度超過820Wh/L，電池容量能超過75Ah，預(yù)計(jì)二代全固態(tài)電池能量密度將超500Wh/kg。清陶與上汽集團(tuán)緊密合作，搭載清陶全固態(tài)電池的智己新車預(yù)計(jì)將在2027年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)并正式交付用戶。
太藍(lán)新能源在4月初通過官方渠道宣布，他們成功研發(fā)出全球首款能量密度高達(dá)720Wh/kg的“車規(guī)級”全固態(tài)鋰金屬電池。
4月12日，廣汽在科技日發(fā)布了全固態(tài)電池，它采用了第三代海綿硅負(fù)極和高面容量固態(tài)正極技術(shù)。據(jù)了解，該款全固態(tài)電池能量密度能達(dá)到400Wh/kg以上，較當(dāng)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(shí)現(xiàn)超1000公里續(xù)航。廣汽希望在2026年完成全固態(tài)電池開發(fā)，并首先搭載于旗下昊鉑車型。
目前來看，全固態(tài)電池的制造成本遠(yuǎn)高于液態(tài)電池，液態(tài)電池在過去十年幾乎創(chuàng)下了電化學(xué)的奇跡：能量密度提升3倍，成本下降80%以上，目前100kWh三元鋰電池包成本在5-8萬左右，而全固態(tài)電池成本在不同的技術(shù)路線影響下，有的成本可超過30萬元。
全固態(tài)鋰電池的市場前景
隨著全球范圍內(nèi)對減少碳排放的共識加深，以及各國政府對于電動(dòng)車的政策扶持，電動(dòng)汽車的市場需求正在迅速膨脹。而電動(dòng)車的性能與續(xù)航里程又在很大程度上取決于電池技術(shù)，因此全固態(tài)鋰電池的高能量密度、快速充放電能力及長壽命等特性將極大促進(jìn)電動(dòng)汽車的發(fā)展。
除了地上跑的電動(dòng)汽車，航空領(lǐng)域同樣對全固態(tài)鋰電池表現(xiàn)出濃厚的興趣。在追求更高能效和環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的今天，電動(dòng)飛機(jī)，尤其是eVTOL（電動(dòng)垂直起降飛機(jī)）逐漸成為研究的熱點(diǎn)。
電池性能是制約eVTOL發(fā)展的關(guān)鍵瓶頸。目前的商用鋰離子電池電池存在能量密度短板，而eVTOL垂直起飛所需要的動(dòng)力是地面行駛的10-15倍，這就對全固態(tài)鋰電池創(chuàng)造了巨大的市場前景。
至于市場規(guī)模，根據(jù)業(yè)內(nèi)專家的分析預(yù)測，未來全固態(tài)鋰電池的市場規(guī)模將達(dá)到數(shù)千億甚至上萬億的規(guī)模。具體而言，到2030年前后，隨著全固態(tài)鋰電池技術(shù)的不斷成熟和生產(chǎn)成本的降低，其在電動(dòng)汽車領(lǐng)域的滲透率將明顯增加，屆時(shí)市場規(guī)模有望迎來爆發(fā)式增長。而在更遠(yuǎn)的未來，隨著技術(shù)的進(jìn)一步突破和應(yīng)用的拓展，包括便攜式電子設(shè)備、儲(chǔ)能系統(tǒng)等領(lǐng)域也將逐漸被全固態(tài)鋰電池所滲透，市場規(guī)模將持續(xù)擴(kuò)大。
最后
我們好不容易獲得鋰電池第一大國的產(chǎn)業(yè)地位，比較擔(dān)心全固態(tài)電池領(lǐng)域被日本、歐美等國超越，這種心情，可以理解。但從當(dāng)前各家固態(tài)電池水平來看，全固態(tài)電池技術(shù)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(shí)間內(nèi)規(guī)模量產(chǎn)，離真正的商業(yè)落地仍有距離?，F(xiàn)在就擔(dān)心會(huì)被超越還是過于杞人憂天了。
全固態(tài)電池作為一種具有巨大潛力的電池技術(shù)，確實(shí)值得我們投入大量的精力和資源進(jìn)行研究和開發(fā)。然而，要實(shí)現(xiàn)全固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化，我們必須具備攻堅(jiān)克難的思想準(zhǔn)備，勇于面對各種技術(shù)難題和挑戰(zhàn)，不斷推動(dòng)全固態(tài)電池技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步。
