固態(tài)電池商業(yè)化加速 未來三五年有望與鋰電池成本打平
發(fā)布時間:2024-09-10 18:57:45      來源:中國經(jīng)營報

“要將電動化進行到底,全力攻克下一代電動化核心技術(shù)——全固態(tài)電池技術(shù),估計2030年左右全固態(tài)電池可能產(chǎn)業(yè)化,技術(shù)再上一個大臺階。此外,全固態(tài)電池會使我們的安全再升一個檔次。”

中國科學院院士、中國全固態(tài)電池產(chǎn)學研協(xié)同創(chuàng)新平臺理事長歐陽明高曾在接受《中國經(jīng)營報》等媒體記者采訪時表示。

近日,在2024世界動力電池大會上,歐陽明高再次強調(diào)發(fā)展全固態(tài)電池的重要性,但他同時指出,要循序漸進?!半姵兀夹g(shù))不是一天就能被顛覆的,欲速不達,循序漸進,可能是最快的速度。要面向2030年大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化,不要一上來就提很高的目標?!?

隨著現(xiàn)有液態(tài)鋰離子電池密度已接近理論極限,產(chǎn)業(yè)鏈上的企業(yè)正在攻關(guān)新一代電池技術(shù)。其中,全固態(tài)電池因高安全性和高能量密度被行業(yè)視為最具潛力的“下一代動力電池”。

不只中國,日、韓、美、歐等國家和地區(qū)也在加大力度布局全固態(tài)電池,力圖率先取得優(yōu)勢。寧德時代副總裁孟祥峰表示:“固態(tài)電池現(xiàn)在很熱,日韓也在這個賽道上努力,中國很多企業(yè)都在努力,但仍然需要創(chuàng)新型企業(yè)和大型化工企業(yè)進入,要保證我們的產(chǎn)業(yè)鏈建起來?!?

資本熱潮下的固態(tài)電池

“未來的1—2年,我們要突破600Wh/kg的固態(tài)電池的研發(fā)。”

2024年,固態(tài)電池賽道成為受投資人關(guān)注的板塊之一。近期,固態(tài)電池概念股日趨活躍,9月4日,德爾股份、科恒股份、南都電源收獲20%的漲停板。

消息面上,中創(chuàng)新航、鵬輝能源、德爾股份、寧德時代等公司接連傳出固態(tài)電池領(lǐng)域最新進展。

8月28日,中創(chuàng)新航、鵬輝能源兩家動力電池廠商在同一天發(fā)布了固態(tài)電池領(lǐng)域的最新成果。

其中,中創(chuàng)新航發(fā)布的“無界”全固態(tài)電池技術(shù),能量密度達430Wh/kg,容量50Ah;同時在電池運行壓力、壽命、功率方面均取得重要突破,計劃于2027年裝車。

鵬輝能源發(fā)布20Ah和2000mAh兩款軟包全固態(tài)電池,能量密度為280Wh/kg,未來有望做到300Wh/kg以上。該公司披露,預計2025年啟動中試研發(fā)并小規(guī)模生產(chǎn),2026年將正式建立產(chǎn)線并批量生產(chǎn)。

值得一提的是,通過獨特的電解質(zhì)濕法涂布工藝,鵬輝能源成功繞開氧化物固態(tài)電解質(zhì)高溫燒結(jié)過程,避開陶瓷材料固有脆性,大幅簡化工藝。

“采用此工藝的固態(tài)電池,整體成本相較常規(guī)鋰電成本預計僅高出15%左右。未來3—5年,隨著工藝不斷優(yōu)化及材料進一步降本,有望達到與常規(guī)鋰電相同成本?!冰i輝能源方面介紹。

除了上述兩家公司,記者關(guān)注到多家固態(tài)電池概念股在固態(tài)電池領(lǐng)域均有最新進展。

德爾股份在回應投資者提問時表示,目前固態(tài)電池產(chǎn)品已通過第三方機構(gòu)的針刺試驗、過充電試驗和加熱試驗。同時,公司已與江鈴新能源簽訂了《固態(tài)電池戰(zhàn)略合作協(xié)議》,共同致力于固態(tài)電池領(lǐng)域的創(chuàng)新和發(fā)展。

南都電源在互動平臺表示,公司自2017年開展固態(tài)電池的研制工作,并于2020年承擔浙江省固態(tài)電池重點研發(fā)計劃,目前固態(tài)電池產(chǎn)品能量密度可達350Wh/kg,循環(huán)壽命2000次,已通過熱箱、短路等安全項測試,各項指標順利完成,將于今年四季度完成項目驗收。

全球動力電池龍頭企業(yè)寧德時代近日在接受機構(gòu)調(diào)研時提及,公司在全固態(tài)電池上持續(xù)堅定投入,技術(shù)處于行業(yè)領(lǐng)先水平,2027年有望實現(xiàn)小批量生產(chǎn)。

寧德時代董事長曾毓群表示,寧德時代在全固態(tài)電池的研發(fā)已有七八年,對比全球發(fā)展情況應該是“領(lǐng)先一大步”或者說是“secondtonone”(首屈一指)。

值得關(guān)注的是,近日,中國科學院青島生物能源與過程研究所武建飛研究員帶領(lǐng)的先進儲能材料與技術(shù)研究組,研發(fā)出用于全固態(tài)鋰硫電池的新型硫化鋰正極材料,能量密度超過600Wh/kg,與目前已商業(yè)化的鋰離子電池相比,其能量密度高出1倍有余,且成本更低。

中國科學院院士陳軍今年3月曾透露:“團隊已經(jīng)研發(fā)出400Wh/kg的固態(tài)電池。未來的1—2年,我們要突破600Wh/kg的固態(tài)電池的研發(fā),充一次電,電動汽車就可以跑1000公里以上?!?

在安全性和能量密度方面遠超液態(tài)鋰離子電池是企業(yè)研發(fā)固態(tài)電池的動力?!盀槭裁粗袊枰虘B(tài)電池?因為全固態(tài)電池具有技術(shù)顛覆的性能潛力?!睔W陽明高解釋,全固態(tài)電池還有高安全性、高能量密度、高功率特性,以及溫度適應性更寬等特點。

多家機構(gòu)的研報顯示,目前,液態(tài)鋰電池能量密度的理論極限在350Wh/kg左右,主流液態(tài)三元電池的能量密度可以做到260Wh/kg—280Wh/kg,其中,能量密度在250Wh/kg左右,對應續(xù)航500公里—700公里,固態(tài)電池能量密度有望達到500Wh/kg,續(xù)航里程有望翻倍實現(xiàn)1000公里以上。

歐陽明高介紹:“我們的實驗表明,全固態(tài)電池1C(C是用來表示電池充放電能力倍率)充電循環(huán)可以達到1000次,5C充電循環(huán)可以達到10000次,這也是全固態(tài)電池成為未來動力電池重要發(fā)展方向的因素之一?!?

2027年有望小批量生產(chǎn)

固態(tài)電池在材料設(shè)計、制造工藝、裝備生產(chǎn)和成本控制等方面還有較長的路要走。

“當前(固態(tài)電池)行業(yè)最高水平只到4(10分制),做出了一些器件樣品,進行了一些實驗驗證?!痹谷旱脑捲谝欢ǔ潭壬辖o反應熱烈的資本市場降溫。

比亞迪首席技術(shù)官(CTO)孫華軍表示:“目前,我們實際的狀態(tài)還是從早期的實驗室到工程化這個轉(zhuǎn)化的過程。”

即便已有企業(yè)給出了固態(tài)電池市場化推廣時間表,但從實驗室到工廠,從樣品到量產(chǎn),這條路注定不會一帆風順。要想在汽車行業(yè)實現(xiàn)大規(guī)模應用,固態(tài)電池在材料設(shè)計、制造工藝、裝備生產(chǎn)和成本控制等方面還有較長的路要走。

歐陽明高等業(yè)內(nèi)人士認為,固態(tài)電池研發(fā)推進要“循序漸進”?!拔易鋈剂想姵氐捏w會是一次解決一個問題。固態(tài)電池也一樣,首先要解決固態(tài)電解質(zhì)的問題,先把這個問題解決,我們不要正極也變、負極也變、電解質(zhì)也變,怎么可能一次都解決。”

他認為,固態(tài)電池的參數(shù)也需要一步一個腳印慢慢提升,而不是迅速在熱管理、能量密度、充電速度等方面完成對傳統(tǒng)液態(tài)電解質(zhì)電池的超越。

歐陽明高舉例,可以先把固態(tài)電池的安全性提高到300Wh/kg磷酸鐵鋰電池那種安全性,再解決固態(tài)電池在不同溫度下表現(xiàn)的穩(wěn)定性問題,進而將負極材料切換為硅碳路線。

產(chǎn)業(yè)層面對固態(tài)電池量產(chǎn)給出的時間表是2027年。曾毓群舉例,如果用數(shù)字1—9表示固態(tài)電池技術(shù)和制造的成熟度,1是剛開始涉及該領(lǐng)域,9是技術(shù)成熟可以投入大規(guī)模生產(chǎn)。

“公司的全固態(tài)電池研發(fā)項目目前處于4的水平,目標是到2027年達到7—8的水平,有望實現(xiàn)小批量生產(chǎn)全固態(tài)電池?!睂幍聲r代曾在接受機構(gòu)調(diào)研時表示。

曾毓群指出:“全固態(tài)電池關(guān)鍵在于材料和化學體系,最難的是界面問題,即顆粒與顆粒間的離子傳輸?!?

孫華軍判斷,2027—2029年將會是硫化物固態(tài)電池的示范期,主要針對中高端電動車。2030—2032年,硫化物固態(tài)電池會進入拓展期,將運用到主流電動汽車。

此外,全固態(tài)電池的成本高也是其商業(yè)化的“攔路虎”。根據(jù)產(chǎn)業(yè)鏈上的公司公布的數(shù)據(jù),當前半固態(tài)電池成本已遠高于商用化的液態(tài)電池成本??紤]到電解質(zhì)材料變化、生產(chǎn)工藝改變、產(chǎn)品質(zhì)量控制經(jīng)驗不足導致的工程驗證周期長等多重因素,全固態(tài)電池成本會更高。

歐陽明高院士工作站董事長兼總經(jīng)理華劍鋒在接受鈦媒體采訪時直言:“原材料其實都不貴,但要做成固態(tài)電池就貴了,畢竟現(xiàn)在固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)鏈還未形成規(guī)模,沒有批量生產(chǎn)的設(shè)備?!?

他舉例,比如生產(chǎn)材料的濕度要控制在一個極低的水平,或電解質(zhì)需要在一種惰性氣體下才能制備,這就要求比較高的成本。孫華軍表示:“隨著固態(tài)電池的發(fā)展,一些技術(shù)相對成熟之后,在產(chǎn)業(yè)鏈構(gòu)建上會有一些變化,比如硅碳在固態(tài)電池里面可以有100%應用的機會?!?