固態(tài)電池量產(chǎn)前夜

蘇楓

固態(tài)電池正在確認(rèn)自己的輝煌未來。

3月1日上午，小米手機(jī)發(fā)布了一條動態(tài)，宣布小米預(yù)研固態(tài)電池技術(shù)，目前在實驗室中已經(jīng)取得階段性成果，未來可帶來固態(tài)電池技術(shù)的三大提升，即能量密度突破?1000Wh/L、低溫下放電性能提升20%、針刺實驗通過率大幅提升。

據(jù)了解，小米的固態(tài)電池預(yù)研團(tuán)隊正在進(jìn)行更深入的研究和開發(fā)工作，以將這種技術(shù)應(yīng)用到未來的產(chǎn)品中。

這條新聞對業(yè)界而言意味著什么？什么是固態(tài)電池？

產(chǎn)業(yè)發(fā)展提速

固態(tài)電池是相對于傳統(tǒng)液態(tài)電池而言的，它具有更高的能量密度、更高的安全性和更長的使用壽命等優(yōu)勢。這一技術(shù)的應(yīng)用可以為手機(jī)、電動汽車、無人機(jī)等產(chǎn)品帶來更好的性能。

固態(tài)電池與現(xiàn)今普遍使用的鋰離子電池和鋰離子聚合物電池不同的是，它是一種使用固態(tài)電極和固態(tài)電解質(zhì)的電池，固態(tài)電解質(zhì)的密度和結(jié)構(gòu)可以讓更多帶電離子聚集在一端，傳導(dǎo)更大的電流，進(jìn)而提升電池容量。

與目前的鋰電池相比，固態(tài)電池優(yōu)勢相當(dāng)明顯：首先是它的充電速度可提高幾倍以上，而且不受溫度限制；其次是能量密度翻倍，續(xù)航里程達(dá)到1000km以上；更重要的是，由于固態(tài)電解質(zhì)具有不可燃性、無腐蝕性、無揮發(fā)的特性，化學(xué)性質(zhì)更穩(wěn)定，穿刺后也不用擔(dān)心安全問題。

除了可以應(yīng)用到手機(jī)，這種電池在汽車行業(yè)也備受矚目。大眾、豐田等傳統(tǒng)車企和蔚來、合創(chuàng)等新勢力品牌都對固態(tài)電池做出了研究開發(fā)規(guī)劃，不過截至目前，固態(tài)電池在全球范圍都沒有落實到量產(chǎn)階段。國內(nèi)更多企業(yè)是采用半固態(tài)電池作為過渡方案。

半固態(tài)電池實際上與當(dāng)前的液態(tài)鋰離子電池關(guān)系更近，它仍需要電解液和隔膜，產(chǎn)品形態(tài)上并沒有本質(zhì)上的創(chuàng)新，屬于改良型的方案。

清陶能源聯(lián)合創(chuàng)始人李崢認(rèn)為：“從產(chǎn)線和工藝的角度來說，這種半固態(tài)跟傳統(tǒng)鋰離子電池相比，有30%的創(chuàng)新。但它實際上并沒有解決固態(tài)和固態(tài)之間相接觸的界面不夠完美的問題。”

中研普華研究院《2021—2026年中國固態(tài)電池行業(yè)發(fā)展分析及投資戰(zhàn)略研究報告》顯示：“在1000km續(xù)航里程的競賽中，蔚來、廣汽埃安、高合等車企也在積極與固態(tài)電池生產(chǎn)商合作，共同推進(jìn)半固態(tài)電池的上車進(jìn)程。業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為，作為過渡技術(shù)的半固態(tài)電池商用化即將來臨。半固態(tài)電池依賴于液態(tài)電解質(zhì)來進(jìn)行鋰離子交換，但半固態(tài)電解質(zhì)中的電解液含量已經(jīng)大幅減少?！?/p>

在近期的廣州車展上，包括東風(fēng)汽車、長安深藍(lán)等多家車企都宣布了加速布局固態(tài)電池。其中東風(fēng)汽車表示正在研發(fā)第二代固態(tài)電池，預(yù)計2023年上半年量產(chǎn)搭載，整車?yán)m(xù)航可達(dá)1000km以上。

車企對固態(tài)電池和半固態(tài)電池裝車躍躍欲試，刺激上游動力電池廠商研發(fā)不斷提速。

國軒高科透露，公司的高安全半固態(tài)電池單體能量密度達(dá)360Wh/kg，配套車型的電池包電量達(dá)160kWh，續(xù)航里程超過1000km。

此外，還有多家上市公司近日在投資者互動平臺披露半固態(tài)電池最新進(jìn)展。傳藝科技表示，公司的半固態(tài)、固態(tài)電池尚處于研發(fā)階段。恩捷股份表示，公司已與北京衛(wèi)藍(lán)新能源、溧陽天目先導(dǎo)成立合資公司江蘇三合，共同合作研發(fā)并生產(chǎn)固態(tài)電解質(zhì)涂層隔膜，布局半固態(tài)電池領(lǐng)域，目前項目正在順利推進(jìn)中。

資本市場更是對固態(tài)電池表示看好，贛鋒鋰業(yè)、天齊鋰業(yè)等多家上市公司股價應(yīng)聲上漲。

在融資方面，資本競相入局，搶灘固態(tài)電池領(lǐng)域。2022年以來，多家固態(tài)電池企業(yè)在一級市場獲得投資，包括恩力動力、衛(wèi)藍(lán)新能源、太藍(lán)新能源、高能時代等。投資方除了創(chuàng)投機(jī)構(gòu)、政府投資機(jī)構(gòu)，也不乏車企、電池企業(yè)等產(chǎn)業(yè)投資者。定位于全固態(tài)電池技術(shù)的高能時代于今年3月宣布完成超5000萬人民幣天使輪融資，投資方包括電池企業(yè)。

作為動力電池的終極目標(biāo)，半固態(tài)與固態(tài)電池企業(yè)持續(xù)獲得資本賦能與資源傾斜，疊加車企、電池企業(yè)入局，固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程穩(wěn)步推進(jìn)。

據(jù)了解，在頭部動力電池企業(yè)中，寧德時代、中創(chuàng)新航、孚能科技等都已公開表明在固態(tài)電池技術(shù)方面有所布局。

北京特億陽光新能源科技有限公司總裁祁海珅表示，目前固態(tài)電池處于產(chǎn)業(yè)化前期，不同技術(shù)路線有不同的企業(yè)在跟進(jìn)，核心問題是材料性能的改善。

江西新能源科技職業(yè)學(xué)院新能源汽車技術(shù)研究院院長張翔認(rèn)為，目前多家企業(yè)半固態(tài)電池剛走出實驗室階段，有的企業(yè)步入中試階段，量產(chǎn)還需經(jīng)歷緩慢的爬坡過程。另外，企業(yè)的產(chǎn)品良率以及供應(yīng)鏈建設(shè)將面臨考驗。

在國內(nèi)，半固態(tài)電池的積極參與者還有蔚來汽車、孚能科技等。

蔚來聯(lián)合創(chuàng)始人秦力洪近日表示，搭載150kWh半固態(tài)電池的車型將于今年上半年推出，車型很可能是蔚來ET7，電池來自衛(wèi)藍(lán)新能源。

孚能科技近日表示，目前公司已有半固態(tài)電池產(chǎn)品實現(xiàn)了量產(chǎn)裝車。此前消息顯示，孚能科技的半固態(tài)電池中試樣品能量密度達(dá)到330Wh/kg，并且已布局400Wh/kg產(chǎn)品。

國際與未來

全球范圍內(nèi)，各車企和電池企業(yè)都在積極布局固態(tài)電池技術(shù)。固態(tài)電池的技術(shù)發(fā)展采用逐步顛覆策略，從發(fā)展路線來看，液態(tài)電解質(zhì)含量逐步下降，從傳統(tǒng)液態(tài)電池到最終全固態(tài)電池的發(fā)展可以分為五大階段：（1）傳統(tǒng)液態(tài)電池；（2）凝膠態(tài)電池；（3）半固態(tài)電池；（4）準(zhǔn)固態(tài)電池；（5）全固態(tài)電池。

反觀國外，車企和相關(guān)電池企業(yè)似乎跳過了半固態(tài)階段，集中火力進(jìn)攻全固態(tài)堡壘。

不久前，德國寶馬集團(tuán)宣布，寶馬將打造全固態(tài)電池中試生產(chǎn)線，2025年推出首輛原型車。

近日，日本汽車制造商日產(chǎn)（Nissan）宣布，正在全力推出一款裝載全固態(tài)電池的電動車。日產(chǎn)負(fù)責(zé)歐洲研發(fā)的高級副總裁大衛(wèi)·莫斯（David?Moss）稱，日產(chǎn)研發(fā)的全固態(tài)電池和現(xiàn)在的液體電解液鋰離子電池相比，成本會降低50%，能量密度提高1倍，并且可提供比現(xiàn)在電池快3倍的充電速度。

據(jù)悉，日產(chǎn)正在和英國牛津大學(xué)合作開發(fā)這項技術(shù)，已經(jīng)從紐扣電池開發(fā)到10cm的方形電池。日產(chǎn)計劃在2025年建立并運行全固態(tài)電池試點生產(chǎn)廠，到2026年完成初始技術(shù)的工程設(shè)計，然后在2028年首次應(yīng)用在汽車上，逐步實現(xiàn)量產(chǎn)。

豐田、松下、京都大學(xué)、日本理化學(xué)研究院等38家汽車、電池、材料企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)聯(lián)合，計劃到?2030?年前后將固態(tài)電池組每千瓦時的成本降至鋰電池的?30％。

除此之外，韓國三星?SDI?和?SK電池企業(yè)也在聯(lián)合研發(fā)固態(tài)電池。

總之，全固態(tài)電池尚存在諸多技術(shù)難題有待解決，短期內(nèi)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化及商業(yè)化仍面臨較大的挑戰(zhàn)。目前行業(yè)尚處于半固態(tài)向全固態(tài)發(fā)展的階段，半固態(tài)電池基本滿足當(dāng)前商業(yè)化應(yīng)用需求，有望率先實現(xiàn)量產(chǎn)，根據(jù)技術(shù)發(fā)展和市場需求逐步調(diào)整向全固態(tài)迭代。業(yè)內(nèi)預(yù)計全固態(tài)鋰電池將在2020—2025年期間實現(xiàn)小批量生產(chǎn)，大規(guī)模商業(yè)化則需等到2030年左右。

固態(tài)電解質(zhì)是固態(tài)電池的核心，電解質(zhì)材料對電池的各項性能參數(shù)有著決定性影響，如功率密度、循環(huán)穩(wěn)定性、安全性能、高低溫性能以及使用壽命。目前比較成熟的固態(tài)電解質(zhì)分為三類：聚合物、氧化物、硫化物。從技術(shù)路線上看，三種技術(shù)路線皆有企業(yè)布局，其中歐美企業(yè)偏好聚合物與氧化物體系，而日韓企業(yè)則更多致力于研發(fā)硫化物體系。

固態(tài)電池正在確認(rèn)自己的輝煌未來。