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yexuqing木蟲(chóng)之王 (文學(xué)泰斗)
太陽(yáng)系系主任
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[交流]
固態(tài)電池行業(yè)觀察：技術(shù)路線、商業(yè)化、行業(yè)影響
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隨著全球?qū)η鍧嵞茉春涂沙掷m(xù)發(fā)展的日益重視，電動(dòng)汽車、儲(chǔ)能系統(tǒng)等領(lǐng)域?qū)Ω吣芰棵芏取⒏甙踩�、長(zhǎng)壽命電池的需求急劇增加。傳統(tǒng)液態(tài)鋰電池雖然在過(guò)去幾十年中取得了巨大成功，但其固有的安全隱患、能量密度瓶頸等問(wèn)題逐漸顯現(xiàn)。固態(tài)電池，以其獨(dú)特的固態(tài)電解質(zhì)結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的性能特點(diǎn)，被視為下一代鋰電池技術(shù)的“圣杯”。 那么當(dāng)前固態(tài)電池有哪些技術(shù)路線呢？其大規(guī)模商業(yè)化還面臨著哪些難點(diǎn)？一旦量產(chǎn)，將對(duì)行業(yè)帶來(lái)哪些影響呢？ 技術(shù)路線：三條路線各有優(yōu)劣，國(guó)內(nèi)企業(yè)押注不同路線 在技術(shù)路線方面，據(jù)了解，根據(jù)電解質(zhì)的不同，目前固態(tài)電池主要有三大技術(shù)路線，分別為聚合物、硫化物和氧化物。其中，聚合物電解質(zhì)屬于有機(jī)電解質(zhì)，而后兩種屬于無(wú)機(jī)電解質(zhì)。 整體來(lái)看，中國(guó)企業(yè)以氧化物路線為主，日韓企業(yè)多采用硫化物固態(tài)電解質(zhì)技術(shù)路線，歐美企業(yè)則在三種路線的選擇上更為均衡。 三種技術(shù)路線各有優(yōu)缺點(diǎn)，具體來(lái)看：硫化物電解質(zhì)的電導(dǎo)率最高，潛力較大。但由于熱穩(wěn)定性差，使得制備工藝復(fù)雜且成本較高。寧德時(shí)代是這條路線的代表；聚合物電解質(zhì)易于加工，與現(xiàn)有液態(tài)電解液的生產(chǎn)設(shè)備、工藝較為兼容，且成本低。但其電導(dǎo)率較低、穩(wěn)定性較差，潛力有限；相較于其他兩類，氧化物電解質(zhì)的電導(dǎo)率介于聚合物和硫化物之間，兼具機(jī)械穩(wěn)定性和電化學(xué)穩(wěn)定性，成本也有優(yōu)勢(shì)。 綜合考慮制備難度、成本等因素，氧化物電解質(zhì)的產(chǎn)業(yè)鏈已基本成熟。初創(chuàng)公司已經(jīng)開(kāi)始進(jìn)入量產(chǎn)階段，代表性電池企業(yè)包括衛(wèi)藍(lán)、清陶、贛鋒鋰電等。但眾所周知每一項(xiàng)新技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室走向市場(chǎng)都要首先實(shí)現(xiàn)規(guī)�；蜕虡I(yè)化。 商業(yè)化：需要攻克材料關(guān)和成本關(guān) 而想要實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，固態(tài)電池還要攻克材料和成本這兩大關(guān)口。 雖然固態(tài)電池的工作原理其實(shí)與液態(tài)鋰電池相同，充電時(shí)正極中的鋰離子從活性物質(zhì)中脫嵌，通過(guò)固態(tài)電解質(zhì)向負(fù)極遷移，完成充放電過(guò)程。但從液態(tài)電池到固態(tài)電池，首先會(huì)面臨電解質(zhì)材料的變更，工藝上也會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)變。 國(guó)聯(lián)證券分析稱，固態(tài)電池技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用將按照“固態(tài)電解質(zhì)—新型負(fù)極—新型正極”的形式呈現(xiàn)梯次滲透，核心在于引入新材料體系。 其中，負(fù)極材料將從石墨向硅基負(fù)極、含鋰負(fù)極、金屬鋰負(fù)極升級(jí)；正極材料將從高鎳三元，向高電壓高鎳三元、超高鎳三元，再向尖晶石鎳錳酸鋰、層狀富鋰錳基等新型正極材料迭代升級(jí)；隔膜將從傳統(tǒng)隔膜，向氧化物涂覆隔膜升級(jí)，甚至最終取消隔膜。 當(dāng)然，固態(tài)電池要實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用，除了技術(shù)攻關(guān)和材料性能提升外，關(guān)鍵還要降本。首先，固態(tài)電解質(zhì)和更高理論容量的正負(fù)極在內(nèi)的原材料成本較高。比如，鋰硫化物的價(jià)格是碳酸鋰的5至10倍。其次，固態(tài)電池對(duì)生產(chǎn)環(huán)境與原材料純度的要求極高，對(duì)生產(chǎn)工藝和質(zhì)量控制提出了更嚴(yán)苛的要求，生產(chǎn)設(shè)備替換率也更大。此外，產(chǎn)業(yè)鏈的不完善也會(huì)推高成本。 據(jù)了解，目前固態(tài)電池較同規(guī)格的電池成本要高4—10倍。這種高成本不僅體現(xiàn)在材料端，還涉及制造環(huán)節(jié)。一位業(yè)內(nèi)人士表示目前液態(tài)電池建線成本1GWh需要投資1.5億元，而固態(tài)電池的產(chǎn)線成本要明顯高于這個(gè)水平。 行業(yè)玩家：多個(gè)公司公布時(shí)間表，當(dāng)下依然是半固態(tài)電池 即便還有材料和成本的難關(guān)，但年以來(lái)，中國(guó)企業(yè)在固態(tài)電池的研發(fā)成果和量產(chǎn)時(shí)間上不斷釋放消息，將本該在2027年啟動(dòng)的商業(yè)化競(jìng)爭(zhēng)提前開(kāi)場(chǎng)。 5月，上汽宣布進(jìn)入全固態(tài)電池量產(chǎn)500天倒計(jì)時(shí)，2026年全固態(tài)電池將量產(chǎn)上車，這成為目前最早的固態(tài)電池批量量產(chǎn)的時(shí)間表；作為電池領(lǐng)頭羊，寧德時(shí)代對(duì)全固態(tài)電池研發(fā)進(jìn)展的態(tài)度也從三緘其口，到主動(dòng)透露“2027年達(dá)到小批量生產(chǎn)水平”。此外據(jù)晚點(diǎn)獨(dú)家報(bào)道，寧德時(shí)代已增加了對(duì)全固態(tài)電池的研發(fā)投入，將全固態(tài)電池研發(fā)團(tuán)隊(duì)擴(kuò)充至超1000人。 8月底，非龍頭電池企業(yè)鵬輝能源發(fā)布全固態(tài)電池產(chǎn)品，一句“全固態(tài)電池重大突破”拉動(dòng)股價(jià)連續(xù)收獲兩個(gè)“20cm漲�！保�9月初，衛(wèi)藍(lán)新能源宣布的“硫化物（全固態(tài)）電池今年就會(huì)有銷售額”讓專家激動(dòng)不已；11月廣汽集團(tuán)表示，公司已初步打通全固態(tài)電池全流程制造工藝，預(yù)計(jì)于2026年裝車搭載于昊鉑車型。長(zhǎng)安汽車預(yù)計(jì)，2027年公司實(shí)現(xiàn)全固態(tài)電池裝車驗(yàn)證，2030年全固態(tài)電池量產(chǎn)裝車。行業(yè)最新消息上則是11月15日，國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局披露，華為公開(kāi)了硅基負(fù)極材料的專利，名稱為《硅基負(fù)極材料及其制備方法、電池和終端》。該專利主要解決了硅基材料因膨脹效應(yīng)過(guò)大導(dǎo)致電池循環(huán)性能低的問(wèn)題，提高負(fù)極的循環(huán)穩(wěn)定性。 不過(guò)從當(dāng)下已經(jīng)發(fā)布的具體產(chǎn)品來(lái)看，目前所謂的固態(tài)電池并非真正的全固態(tài)電池。比如，上汽智己發(fā)布的光年固態(tài)電池，“在電解質(zhì)中加入了10%的浸潤(rùn)液”，實(shí)為半固態(tài)電池。 “半”與“全”之間，雖然只有一字之差，但其背后折射的不僅是產(chǎn)品性能之別，更是商業(yè)化應(yīng)用之難。要看到，雖然全球固態(tài)電池研發(fā)已形成聚合物、氧化物、硫化物和鹵化物等多條技術(shù)路線，但目前還沒(méi)有一條技術(shù)路線完全成熟，大都仍處于研究開(kāi)發(fā)階段，在材料、界面、電芯等方面存在不少挑戰(zhàn)。比如，硫化物電解質(zhì)化學(xué)穩(wěn)定性、空氣穩(wěn)定性很差，批量生產(chǎn)很難；硅碳負(fù)極體積膨脹大、鋰負(fù)極還不成熟。 行業(yè)影響：電池上電解液和隔膜影響最大，新能源車廠商搶跑 不管是半固態(tài)還是全固態(tài)，或是什么技術(shù)路線，行業(yè)的共識(shí)是固體電池不僅將對(duì)電池行業(yè)還將對(duì)新能源車行業(yè)帶來(lái)非常大的影響。 從電池行業(yè)影響看，鋰電四大材料（正極、負(fù)極、隔膜、電解液）來(lái)看，最大的增量就是固態(tài)電解質(zhì)。固態(tài)電池與主流的液態(tài)電池工作原理并無(wú)區(qū)別，主要區(qū)別在于固態(tài)電池主要是固態(tài)電解質(zhì)取代了液態(tài)電池的電解液和隔膜，但是當(dāng)前半固態(tài)電池仍有隔膜和少量電解液（占比約5-10%），全固態(tài)電池基本都是固態(tài)電解質(zhì)，隔膜視路線來(lái)決定是否替代。 從新能能源車角度看，值得注意的是在固態(tài)電池的發(fā)展時(shí)間表上，有兩個(gè)年份被反復(fù)提及，分別是2027年和2030年。 2027年，是部分公司向市場(chǎng)承諾的，全固態(tài)電池量產(chǎn)交付時(shí)間。但也有人認(rèn)為固態(tài)電池真正商業(yè)化的時(shí)間，可能要推遲到2030年。 比如，格派鎳鈷董事長(zhǎng)曹棟強(qiáng)認(rèn)為，動(dòng)力電池的固態(tài)化是一個(gè)必然的趨勢(shì)，市場(chǎng)上普遍錨定2027年實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，但從業(yè)內(nèi)的角度來(lái)看，這個(gè)時(shí)間點(diǎn)的可行性不是很強(qiáng)，隨著時(shí)間和技術(shù)研發(fā)的推進(jìn)，2030年的確定性比較高。 而不論是汽車還是電池廠商紛紛搶跑的原因可能還是要保住國(guó)產(chǎn)新能源車的電池優(yōu)勢(shì)。公開(kāi)資料顯示，豐田汽車，按照其最新時(shí)間表，業(yè)其固態(tài)電池有望在2027年或2028年量產(chǎn)上車。 因此對(duì)于國(guó)產(chǎn)車廠而言，如果不能在豐田之前推出量產(chǎn)的固態(tài)電池，那么相關(guān)行業(yè)話語(yǔ)權(quán)或許會(huì)受到豐田較大的沖擊。 結(jié)語(yǔ)：方向已定，仍需努力 最后整體看，雖然有人對(duì)固態(tài)電池發(fā)展有不同聲音，多位業(yè)內(nèi)人士表示，固態(tài)電池技術(shù)尚未突破，新型電池材料的研發(fā)仍然是一大痛點(diǎn)，至于距離電池量產(chǎn)，總體仍持謹(jǐn)慎態(tài)度。 但不可否認(rèn)，全固態(tài)電池是公認(rèn)的下一代電池的首選方案之一，也將成為下一代電池技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)鍵制高點(diǎn)。相信隨著未來(lái)技術(shù)的不斷成熟，成本或?qū)⒅鸩浇档停虘B(tài)電池也將在不久的將來(lái)迎來(lái)大面積“上車”。 |
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