“固態(tài)電池以其高安全性、長壽命和高能量密度等優(yōu)勢備受業(yè)界矚目。不過，全固態(tài)電池在離子電導(dǎo)率、固固界面和循環(huán)性能等方面存在的問題尚未完全解決。”中關(guān)村新型電池技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟秘書長于清教在近日舉行的2024固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)生態(tài)圈企業(yè)家峰會(huì)上表示。
今年以來，隨著智己汽車L6車型宣布搭載半固態(tài)電池、國軒高科發(fā)布半固態(tài)電池等一系列進(jìn)展，固態(tài)電池商業(yè)化、產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程成為市場熱點(diǎn)。專家認(rèn)為，從半固態(tài)向準(zhǔn)固態(tài)、全固態(tài)過渡的進(jìn)程看，當(dāng)前整條產(chǎn)業(yè)鏈在材料端、工藝端、裝備端等諸多方面仍有難題待解。
產(chǎn)品形態(tài)逐步演化
蔚來150kWh半固態(tài)電池包開始試運(yùn)行，智己L6車型宣布搭載半固態(tài)電池，國軒高科發(fā)布半固態(tài)電池產(chǎn)品并預(yù)計(jì)年底實(shí)現(xiàn)裝車、明年批量交付……今年以來，多家主機(jī)廠或電池廠商宣布半固態(tài)電池技術(shù)取得進(jìn)展，并推動(dòng)固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化。而低空經(jīng)濟(jì)興起，進(jìn)一步催生了對動(dòng)力電池更高能量密度、更高安全性的需求。
“市場高度關(guān)注固態(tài)電池相關(guān)進(jìn)展。相比傳統(tǒng)鋰電池，固態(tài)電池通過材料創(chuàng)新，用固態(tài)電解質(zhì)替代原來的電解液，能量密度得到提升，同時(shí)安全性也有提高。”清陶（昆山）能源發(fā)展集團(tuán)股份有限公司聯(lián)合創(chuàng)始人、總經(jīng)理李崢表示。
從多家頭部電池廠商與主機(jī)廠的“進(jìn)度表”看，真正實(shí)現(xiàn)全固態(tài)電池裝車普遍預(yù)期要到2027年左右。寧德時(shí)代在近日的投資者調(diào)研中表示，如果用技術(shù)和制造成熟度作為評價(jià)體系（1-9分），公司的全固態(tài)電池研發(fā)項(xiàng)目目前處于4分水平，目標(biāo)是2027年達(dá)到7-8分的水平，有望實(shí)現(xiàn)小批量生產(chǎn)全固態(tài)電池。廣汽集團(tuán)稱，公司固態(tài)電池已經(jīng)取得突破性進(jìn)展，計(jì)劃廣汽埃安將于2026年實(shí)現(xiàn)全固態(tài)電池量產(chǎn)搭載，旗下昊鉑品牌車型將率先采用。
在全固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化前，半固態(tài)、準(zhǔn)固態(tài)電池等過渡性產(chǎn)品將逐步展開應(yīng)用。國軒高科此前在接受機(jī)構(gòu)調(diào)研時(shí)表示，公司的全固態(tài)電池目前已實(shí)現(xiàn)車規(guī)級(jí)電芯制備，半固態(tài)電池已具備產(chǎn)業(yè)化能力。
“2027年之前解決全固態(tài)電池量產(chǎn)所有問題概率很低。因此，前置能解決的問題先解決，能夠率先量產(chǎn)的裝備和工藝先驗(yàn)證，從半固態(tài)逐漸向全固態(tài)演進(jìn)。”李崢說。
多個(gè)問題亟待解決
盡管近幾年行業(yè)實(shí)現(xiàn)很多關(guān)鍵技術(shù)的突破，但全固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化仍面臨諸多挑戰(zhàn)，包括材料選擇、工藝裝備到后續(xù)的系統(tǒng)集成、整車驗(yàn)證、熱管理策略等。
以固態(tài)電解質(zhì)為例，當(dāng)前的技術(shù)路線主要包括氧化物、硫化物、聚合物等，單一種類材料各有優(yōu)缺點(diǎn)。如聚合物加工性較好，聚合物基的全固態(tài)電池已有產(chǎn)業(yè)化先例，但其離子導(dǎo)電率較低，低溫性能差；無機(jī)材料工藝兼容性比較差，難以做到致密。“單一的固態(tài)電解質(zhì)材料難以滿足全固態(tài)電池的要求。我們開展很多探索，希望把氧化物、聚合物包括液態(tài)電解質(zhì)的優(yōu)勢盡可能兼容。”北京衛(wèi)藍(lán)新能源科技有限公司研發(fā)總監(jiān)徐航宇表示。
蜂巢能源前沿技術(shù)研發(fā)總經(jīng)理苗力孝則表示，全固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化的挑戰(zhàn)包含材料成本、膜的制備、電芯制造等。“液態(tài)電池有隔膜，可以對極片進(jìn)行包裹，避免極片之間錯(cuò)位導(dǎo)致的短路。而固態(tài)電池沒有隔膜，堆疊電芯的邊緣工藝很難解決。”
從設(shè)備角度看，全固態(tài)電池的量產(chǎn)同樣面臨難題。利元亨研究院院長杜義賢表示，以硫化物全固態(tài)電池為例，前段的混料和涂布是核心問題，中段的膠框成型是技術(shù)難點(diǎn)，后段高壓化成時(shí)壓力均勻性問題也需要解決。
另外，全固態(tài)電池的回收問題同樣需要解決。“相比液態(tài)電池，全固態(tài)電池使用的硫化物、鹵化物遇到空氣中的水會(huì)釋放有毒氣體，需要避免對回收人員造成傷害。”苗力孝說。
今年以來，隨著智己汽車L6車型宣布搭載半固態(tài)電池、國軒高科發(fā)布半固態(tài)電池等一系列進(jìn)展，固態(tài)電池商業(yè)化、產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程成為市場熱點(diǎn)。專家認(rèn)為，從半固態(tài)向準(zhǔn)固態(tài)、全固態(tài)過渡的進(jìn)程看，當(dāng)前整條產(chǎn)業(yè)鏈在材料端、工藝端、裝備端等諸多方面仍有難題待解。
產(chǎn)品形態(tài)逐步演化
蔚來150kWh半固態(tài)電池包開始試運(yùn)行，智己L6車型宣布搭載半固態(tài)電池，國軒高科發(fā)布半固態(tài)電池產(chǎn)品并預(yù)計(jì)年底實(shí)現(xiàn)裝車、明年批量交付……今年以來，多家主機(jī)廠或電池廠商宣布半固態(tài)電池技術(shù)取得進(jìn)展，并推動(dòng)固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化。而低空經(jīng)濟(jì)興起，進(jìn)一步催生了對動(dòng)力電池更高能量密度、更高安全性的需求。
“市場高度關(guān)注固態(tài)電池相關(guān)進(jìn)展。相比傳統(tǒng)鋰電池，固態(tài)電池通過材料創(chuàng)新，用固態(tài)電解質(zhì)替代原來的電解液，能量密度得到提升，同時(shí)安全性也有提高。”清陶（昆山）能源發(fā)展集團(tuán)股份有限公司聯(lián)合創(chuàng)始人、總經(jīng)理李崢表示。
從多家頭部電池廠商與主機(jī)廠的“進(jìn)度表”看，真正實(shí)現(xiàn)全固態(tài)電池裝車普遍預(yù)期要到2027年左右。寧德時(shí)代在近日的投資者調(diào)研中表示，如果用技術(shù)和制造成熟度作為評價(jià)體系（1-9分），公司的全固態(tài)電池研發(fā)項(xiàng)目目前處于4分水平，目標(biāo)是2027年達(dá)到7-8分的水平，有望實(shí)現(xiàn)小批量生產(chǎn)全固態(tài)電池。廣汽集團(tuán)稱，公司固態(tài)電池已經(jīng)取得突破性進(jìn)展，計(jì)劃廣汽埃安將于2026年實(shí)現(xiàn)全固態(tài)電池量產(chǎn)搭載，旗下昊鉑品牌車型將率先采用。
在全固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化前，半固態(tài)、準(zhǔn)固態(tài)電池等過渡性產(chǎn)品將逐步展開應(yīng)用。國軒高科此前在接受機(jī)構(gòu)調(diào)研時(shí)表示，公司的全固態(tài)電池目前已實(shí)現(xiàn)車規(guī)級(jí)電芯制備，半固態(tài)電池已具備產(chǎn)業(yè)化能力。
“2027年之前解決全固態(tài)電池量產(chǎn)所有問題概率很低。因此，前置能解決的問題先解決，能夠率先量產(chǎn)的裝備和工藝先驗(yàn)證，從半固態(tài)逐漸向全固態(tài)演進(jìn)。”李崢說。
多個(gè)問題亟待解決
盡管近幾年行業(yè)實(shí)現(xiàn)很多關(guān)鍵技術(shù)的突破，但全固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化仍面臨諸多挑戰(zhàn)，包括材料選擇、工藝裝備到后續(xù)的系統(tǒng)集成、整車驗(yàn)證、熱管理策略等。
以固態(tài)電解質(zhì)為例，當(dāng)前的技術(shù)路線主要包括氧化物、硫化物、聚合物等，單一種類材料各有優(yōu)缺點(diǎn)。如聚合物加工性較好，聚合物基的全固態(tài)電池已有產(chǎn)業(yè)化先例，但其離子導(dǎo)電率較低，低溫性能差；無機(jī)材料工藝兼容性比較差，難以做到致密。“單一的固態(tài)電解質(zhì)材料難以滿足全固態(tài)電池的要求。我們開展很多探索，希望把氧化物、聚合物包括液態(tài)電解質(zhì)的優(yōu)勢盡可能兼容。”北京衛(wèi)藍(lán)新能源科技有限公司研發(fā)總監(jiān)徐航宇表示。
蜂巢能源前沿技術(shù)研發(fā)總經(jīng)理苗力孝則表示，全固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化的挑戰(zhàn)包含材料成本、膜的制備、電芯制造等。“液態(tài)電池有隔膜，可以對極片進(jìn)行包裹，避免極片之間錯(cuò)位導(dǎo)致的短路。而固態(tài)電池沒有隔膜，堆疊電芯的邊緣工藝很難解決。”
從設(shè)備角度看，全固態(tài)電池的量產(chǎn)同樣面臨難題。利元亨研究院院長杜義賢表示，以硫化物全固態(tài)電池為例，前段的混料和涂布是核心問題，中段的膠框成型是技術(shù)難點(diǎn)，后段高壓化成時(shí)壓力均勻性問題也需要解決。
另外，全固態(tài)電池的回收問題同樣需要解決。“相比液態(tài)電池，全固態(tài)電池使用的硫化物、鹵化物遇到空氣中的水會(huì)釋放有毒氣體，需要避免對回收人員造成傷害。”苗力孝說。
