最近,中国科学院青岛能源研究所发布消息,称其硫化物电解质研究取得新进展,打通了硫化物全 固态电池 的大型车载电池制作工艺的最后一道难关。
目前,该所已建成公斤级硫化物电解质批量制备中试线一条,能够实现公斤级稳定制备,并搭建了全 固态电池 小试制备线。
眼下, 固态电池 炙手可热,“准900V超快充 固态电池 ”、“轻松做到1000公里续航”等抓人眼球的言论广为流传,备受瞩目。
这时,蔚来150kWh电池包下线,智己发布搭载“第壹代光年 固态电池 ”,广汽发布全 固态电池 技术,这一切令人感到下一代动力电池——— 固态电池 开始从理想照进现实。
固态电池 被誉为电池技术的“圣杯”,能量密度和循环次数数倍于以往的液态 锂电池 ,困惑 新能源 汽车的续航焦虑和热失控难题或将完全解决。
也正是因此, 固态电池 被视为动力电池的一场推翻性革命。
相关报告指出,全 固态电池 中的电解质为固体,不容易挥发或燃烧,且对温度稳定,不容易分解,被认为是高度安全的;固态电解质具有更好的稳定性和机械性能,对锂枝晶具有更好的抑制功效,进而提高电池的安全性。
不过,业内人士指出, 固态电池 真正面向大众仍有诸多“鸿沟”, 固态电池 制备工艺还未完善,现有工艺中 固态电池 需要比传统锂离子电池多至少20%的锂, 固态电池 锂枝晶等诸多问题还未解决。
TrendForce集邦咨询分析师曾佑鹏在接受21世纪经济报道记者采访时表示,“目前 固态电池 还未真正量产,市场上宣称已量产 固态电池 的主要指半 固态电池 ,距离真实的全 固态电池 量产落地,背后还需要攻克较多的工程和技术难题。”
固态电池 彷徨进击
在智己L6上市前,面对半固态还是 固态电池 的疑惑时,智己有关人士明确表示,“使用固态电解质的就是 固态电池 ”。
可是,检视其供货商清陶能源生产的所谓的 固态电池 却可以发现,该公司第壹代、第贰代产品中仍然有少量液体,5%~15%的液体含量表明,其与理想中的 固态电池 仍有差距。
有观点认为,半 固态电池 直面市场竞争,让其先行接受市场检验,有助于推进产业链,增进需求逐步上升,产业化进展有望提速。
与液态 锂电池 领域形成 宁德时代 和 比亚迪 两大绝对龙头不同, 固态电池 还尚未出现绝对龙头,广汽埃安、 长安汽车 、大众、丰田等许多家车企均将触角伸向 固态电池 。
动力电池占到整车成本的40%以上,车企开脱或减少对动力电池厂商依赖的意愿强烈,以至于在 固态电池 上“反宾为主”,参与 固态电池 的产品研发,把控研发目标、进度目标,以期最终推动 固态电池 平价上车。
技术资料表明, 固态电池 的能量密度和循环次数秒杀液态 锂电池 。随着液态 锂电池 日益迫近350Wh/kg理论极限值,叠加 锂电池 无法消除热失控等安全隐患,业界加快开发 固态电池 的意愿强烈。
不过,头部公司对 固态电池 的态度却表现得相当克制,国内一家 新能源 主机厂有关人士向 21 世纪经济报道记者表示,“由于自身 新能源 汽车的电池装机量较大,头部车企对大规模 固态电池 上车不得不谨慎对待。”
其实,电池巨头 宁德时代 (300750.SZ)直到今天未发布半固态和全 固态电池 ,仅推出过一款凝聚态电池。
曾毓群曾在公共场所表示,“ 宁德时代 已经在这方面投资了十年, 固态电池 只有在使用新型化学材料、负极电极使用纯锂金属的情景下才会有很大优势,要将这种电池推向市场还有许多困难。”
同样,尽管 比亚迪 (002594.SZ)早在2016年之前就开始投入 固态电池 的研发工作,但直到今天尚未公开推出与 固态电池 相关的产品。
此前,曾数度传出 比亚迪 固态电池 完成装机测试的消息,但这一传言随即被官方否认。
高成本掣肘
固态电池 相较传统液态电池的技术推翻性——有效解决电动汽车自燃起火和低温掉电两大核心槽点———令业界对此无限向往。
“从理论上看, 固态电池 由于完全取消了易燃的液态电解质,取而代之的是热稳定性高,不容易燃的固体电解质,在本征安全上比锂离子电池更具优势。”曾佑鹏表示。
公开信息显示,磷酸铁 锂电池 的能量密度一般在100Wh/kg~180Wh/kg,三元 锂电池 的能量密度通常在150Wh/kg~250Wh/kg, 固态电池 则是其数倍的能量密度。
智己L6搭载的 固态电池 单体能力密度达到368Wh/kg,续航可以达到1000公里。
实验室披露的数据则更高,德国增进可持续物理技术研究会研发的固态钠硫电池能量密度达1000Wh/kg,太蓝 新能源 成功研发出720 Wh/kg的全固态锂金属原型电芯。
可是, 固态电池 要从理想照进现实务必克服一个巨大障碍,那就是 固态电池 技术的经济性问题。
与大多数处于培育期的产业一样,“目前 固态电池 最主要的缺点是固态电解质的成本仍然很高,这其中包含材料成本和制造成本。另外, 固态电池 的化学路径没有统一,这造成规模降本效应在现今还很难实现。”彭博 新能源 财经 储能 分析师史家琰在接受记者采访时如此表示。
记者了解到,智己L6搭载 固态电池 的版本整车售价达到33万元;蔚来ET7搭载150kwh电池包实际续航达到1044千米,该电池包正是蔚来与北京卫蓝 新能源 有限公司联合研发的半 固态电池 ,造价接近30万元。
史家琰表示,仅从锂的视角考虑,以当前的制造工艺, 固态电池 比传统锂离子电池要多耗用至少20%的锂,这部分锂一定会造成成本的提高。
当前磷酸铁锂仍占据7成的市场份额,主机厂对电池成本将“铢铢校量”,半 固态电池 高昂成本,应该会让很多主机厂商对其搭载望而生畏。
量产变数
量产难渡过高是2024年 固态电池 产业化提速务必跨越的最大技术障碍。目前来看, 固态电池 的产业化需要在很长时间内将半 固态电池 作为过渡性方案。
其实,即便于 2012年就已着手 固态电池 研发的丰田汽车,其商业化落地也是屡屡跳票,最新的时间表已经推迟到2028年。LG 新能源 则预计2030年实现全 固态电池 量产,三星SDI预期2027年投入量产。
曾佑鹏称,半 固态电池 已经出现产业化并装车应用,但全 固态电池 实现真正产业化预计短则需要2年,长则5-6年时间。
3月15日,在 宁德时代 的2023年报业绩解读会上,曾毓群便表示, 固态电池 距离变成商品还很远,技术路线上还有许多亟待克服的困难,如果能够变成商品路线,距离也很远,但也表示“最近加大了很多投入”。
固态电池 有3条技术路线,即氧化物路线、硫化物路线及聚合物路线。
曾毓群表示,目前还有许多基本的科学问题待解决,如大多数固态电解质中的离子扩散速率与液态电解质存在数量级不同、固固界面难以始终维持良好接触等。
去年年底,“ 宁德时代 固态电池 可能在2027-2030年量产。” 宁德时代 首席科学家吴凯曾表示,一定水平上代表了这家电池巨头的态度。
吴凯称,现在遇到的问题主要有两方面。一是锂枝晶问题,锂枝晶生长是一个大难题,一短路就造成失效。 宁德时代 开发了界面增强技术,让锂枝晶相对照较均匀,不简单形成枝晶;二是固溶性的问题,因为都是固态,颗粒材料分离,密度就变大。 宁德时代 也开发了双相导通网络技术,提升固态界面的稳定性。
“目前一些研究表明,会引起电池火灾甚至爆炸的‘锂枝晶’仍然会在一定条件下在半固态甚至全 固态电池 中生成。 固态电池 自身的本征安全(或主动安全)仍需要科学研究来进一步突破。”史家琰表示。
在此前的直播中,蔚来总裁李斌坦言自家半 固态电池 “象征意义大于实际意义”,但发展 固态电池 有其必要性,人类何时能够拿下 固态电池 这座“圣杯”尚待时日。中国科学院院士欧阳明高则指出,“全 固态电池 目前面临的挑战是巨大的,具有跨学科特性,技术门槛极高。”
不过,固态电解质等 固态电池 相关材料投入生产提速却是个积极信号。 天赐材料 (002709.SZ)最新回复投资者提问称,公司半固态电解质及氧化物与硫化物全固态电解质已进入小试到中试阶段; 新宙邦 也表示,已建立全体系固态电解质材料研发、测试及生产平台,并实现吨级量产和销售,客户反馈良好。