從實(shí)驗(yàn)室“走向”生產(chǎn)線 固態(tài)電池研發(fā)量產(chǎn)提速

固態(tài)電池的消息每一次迎來“更新”都會(huì)在行業(yè)內(nèi)掀起波瀾，這一次也不例外。

近日，豐田汽車固態(tài)電池生產(chǎn)計(jì)劃已獲得日本政府正式批準(zhǔn)，并將于2026年正式啟動(dòng)固態(tài)電池的生產(chǎn)，其規(guī)劃是在2030年后實(shí)現(xiàn)年產(chǎn)量9GWh的目標(biāo)。幾乎在同一時(shí)間，梅賽德斯-奔馳宣布，與美國電池初創(chuàng)公司Factorial Energy合作開發(fā)的新型全固態(tài)電池技術(shù)取得突破，有望將電動(dòng)汽車的續(xù)航里程提高80%，預(yù)計(jì)將在2030年前實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。

固態(tài)電池被行業(yè)視為最具潛力的“下一代動(dòng)力電池”。行業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為，現(xiàn)有液態(tài)鋰電池能量密度已接近技術(shù)極限，難以在不增加體積和重量的前提下大幅提高能量密度。與目前行業(yè)廣泛應(yīng)用的鋰電子電池相比，最大的不同在于用固態(tài)電解質(zhì)代替電解液，在安全性、能量密度、循環(huán)壽命、充電速度等方面優(yōu)勢(shì)明顯。并且，固態(tài)電池在低溫環(huán)境下表現(xiàn)更為出色，不易出現(xiàn)電池性能大幅下降的問題。

“在構(gòu)成鋰離子電池的所有材料中，只有電解液是易燃易爆的。很多鋰離子電池的燃油、爆炸事故，也都是由于電解液出現(xiàn)了問題。固態(tài)電池不再使用電解液，使其提高了安全系數(shù)?！闭驿囇芯縿?chuàng)始人、總裁墨柯在接受記者采訪時(shí)表示，作為動(dòng)力電池的一場(chǎng)顛覆性革命，固態(tài)電池是行業(yè)內(nèi)十分確定的技術(shù)發(fā)展方向。

從產(chǎn)業(yè)化進(jìn)度來看，目前國內(nèi)主流電池企業(yè)發(fā)布的全固態(tài)電池產(chǎn)品披露的量產(chǎn)時(shí)間基本都在2026—2030年。業(yè)內(nèi)已經(jīng)“迫不及待”，2024年以來，國內(nèi)外多家企業(yè)“更新”其固態(tài)電池批量量產(chǎn)的時(shí)間表。

值得關(guān)注的是，記者在采訪中了解到，固態(tài)電池制造成本高、技術(shù)難度大，短期內(nèi)難以完全取代液態(tài)鋰電池，目前許多公司的固態(tài)電池仍然處在研發(fā)和試驗(yàn)階段。

量產(chǎn)“上車”時(shí)間表不斷刷新

在動(dòng)力電池領(lǐng)域，固態(tài)電池總是能撥動(dòng)企業(yè)的“敏感神經(jīng)”。這是因?yàn)槟壳案鱾€(gè)企業(yè)在固態(tài)電池方面基本上還處在同一起跑線上，而若某家企業(yè)一旦掌握先機(jī)，將顛覆市場(chǎng)格局。

豐田汽車是最早開始研究固態(tài)電池的汽車制造商之一，也是全球擁有固態(tài)電池專利最多的企業(yè)。近期，豐田汽車給出了將于2026年啟動(dòng)生產(chǎn)固態(tài)電池的消息。據(jù)悉，豐田汽車將在2027—2028年推出搭載全固態(tài)電池的純電動(dòng)汽車，隨后實(shí)現(xiàn)每年數(shù)萬輛規(guī)模的量產(chǎn)。

同為日系車企，日產(chǎn)汽車則計(jì)劃在2028年度向市場(chǎng)投放全固態(tài)電池EV。本田計(jì)劃將全固態(tài)電池搭載到2025年下半年上市的純電動(dòng)汽車上。

豐田以及其他日本企業(yè)一度全力押注固態(tài)電池，希望借助技術(shù)路線轉(zhuǎn)換趕超中國和韓國企業(yè)在液態(tài)電池領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)。

梅賽德斯-奔馳與美國初創(chuàng)電池公司Factorial Energy共同開發(fā)的新型固態(tài)電池被命名為“Solstice”。相比液體鋰電池，Solstice可以使電池重量減少約40%，并且在同等體積下能讓電動(dòng)汽車的續(xù)航里程提升80%，使其續(xù)航里程突破1000公里。目前這款電池正處于測(cè)試階段。

國內(nèi)相關(guān)企業(yè)也正在爭(zhēng)分奪秒，試圖加快固態(tài)電池的研發(fā)量產(chǎn)速度。

今年4月，廣汽集團(tuán)總經(jīng)理馮興亞宣布，廣汽集團(tuán)全固態(tài)電池計(jì)劃于2026年上車，將首次搭載于昊鉑車型。7月，上汽集團(tuán)新任總裁賈健旭透露，上汽集團(tuán)全固態(tài)電池已經(jīng)開啟了500天投產(chǎn)計(jì)劃，進(jìn)入投產(chǎn)倒計(jì)時(shí)。據(jù)悉，今年上汽集團(tuán)的聚合物固態(tài)電池已在上汽集團(tuán)旗下智己汽車上率先使用，明年將考慮將其搭載到MG相關(guān)車型上。寧德時(shí)代、中國一汽、長安汽車、比亞迪等多家企業(yè)則將固態(tài)電池小批量上車時(shí)間表設(shè)定為2027年。

固態(tài)電池，特別是全固態(tài)電池的量產(chǎn)，事關(guān)科技主導(dǎo)權(quán)之爭(zhēng)。

值得關(guān)注的是，與國外企業(yè)發(fā)力全固電池不同，國內(nèi)企業(yè)聚焦的主要是被稱為過渡技術(shù)的半固態(tài)電池。半固態(tài)電池在短期內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)市場(chǎng)化，全固態(tài)電池則面臨更大的技術(shù)挑戰(zhàn)，從研發(fā)到商業(yè)化普及還有較長時(shí)間，但全固態(tài)電池被視作動(dòng)力電池的“終極形態(tài)”。我國要防范全國固態(tài)電池帶來的顛覆性風(fēng)險(xiǎn)。

“固態(tài)電池急不得，要一步一步來?！痹诮谂e行的2024世界動(dòng)力電池大會(huì)上，中國科學(xué)院院士、中國全固態(tài)電池產(chǎn)學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新平臺(tái)理事長歐陽明高表示，“大家覺得國外布局的進(jìn)度很快，我們追不上，其實(shí)也沒有那么著急。電池技術(shù)不是一天就可以被顛覆的，發(fā)展固態(tài)電池更是欲速則不達(dá)，解決問題需要循序漸進(jìn)。我們首先應(yīng)重點(diǎn)解決固態(tài)電解質(zhì)的問題，然后解決負(fù)極的問題，再解決正極的問題。最開始固態(tài)電池的能量密度可能沒有想象中高，但是可以聚焦在提高電池安全性、簡化熱管理上，我們的最終目標(biāo)是要在2030年實(shí)現(xiàn)固態(tài)電池的大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化?！?/p>

中信證券在最新發(fā)布的研報(bào)中指出，自2024年以來，我國固態(tài)電池行業(yè)出現(xiàn)半固態(tài)量產(chǎn)車型上市、半固態(tài)電池裝車滲透率達(dá)1%等邊際變化，產(chǎn)業(yè)化信號(hào)已至?？v觀全球，當(dāng)前日本全固態(tài)電池研發(fā)較為領(lǐng)先，但我國具備技術(shù)路線低風(fēng)險(xiǎn)、“小步快跑”節(jié)奏好、產(chǎn)業(yè)化條件充沛等優(yōu)勢(shì)，有望在半固態(tài)及全固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化下半場(chǎng)勝出。

尚需跨越技術(shù)、成本門檻

固態(tài)電池目前尚未走至量產(chǎn)上車的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。

“如果用數(shù)字1到9表示固態(tài)電池的技術(shù)和制造成熟度的話，1是指剛開始涉及這一領(lǐng)域，9是指技術(shù)成熟可以投入大規(guī)模生產(chǎn)。當(dāng)前行業(yè)最高水平只到了4左右，只是做出了一些器件樣品，進(jìn)行一些實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證?！苯冢诮谂e行的2024世界動(dòng)力電池大會(huì)上，寧德時(shí)代董事長曾毓群表示，寧德時(shí)代在全固態(tài)電池上，已經(jīng)投入了7—8年的時(shí)間進(jìn)行研究。研發(fā)全固態(tài)電池的關(guān)鍵，在于材料和化學(xué)體系的研究，而其中最為棘手的問題便是“固-固界面”問題，涉及材料科學(xué)、化學(xué)工程、物理學(xué)等多個(gè)學(xué)科交叉融合。

記者在采訪中了解到，所謂“固-固界面”問題即固體電解質(zhì)與電極材料之間的界面接觸和化學(xué)穩(wěn)定性問題。

具體來看，“固-固界面”問題目前主要包括以下幾個(gè)方面。其一，在固態(tài)電池中，固體電解質(zhì)與電極之間難以實(shí)現(xiàn)完全的緊密接觸，導(dǎo)致界面電阻升高，限制了離子在界面之間的有效傳輸。這導(dǎo)致電池性能下降，特別是在充放電過程中，電池的功率密度和能量密度會(huì)受到影響。其二，固體電解質(zhì)與電極材料之間在電池工作過程中會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致界面處形成副產(chǎn)物。這些副產(chǎn)物可能阻礙鋰離子的流動(dòng)，增加界面阻抗，并降低電池的循環(huán)壽命。

與此同時(shí)，在充放電過程中，電極材料（尤其是鋰金屬負(fù)極）會(huì)發(fā)生顯著的體積膨脹和收縮。這種體積變化會(huì)破壞固體電解質(zhì)與電極之間的接觸，導(dǎo)致電池性能下降甚至出現(xiàn)短路風(fēng)險(xiǎn)。

生產(chǎn)成本高是固態(tài)電池落地面臨的另一大難題。目前，全固態(tài)電池的制造成本是鋰離子電池的4—25倍。

墨柯在接受記者采訪時(shí)表示，目前考慮固態(tài)電池的成本問題還為時(shí)尚早，對(duì)于任何一個(gè)新技術(shù)而言，成本并不是在發(fā)展早期就應(yīng)該考慮的問題，首先需要把產(chǎn)品先做出來，在這之后再考慮降成本的問題。在早期，液態(tài)鋰電池的成本也非常高。對(duì)于固態(tài)電池的發(fā)展而言，技術(shù)的沉淀和積累非常關(guān)鍵。

雖然在多個(gè)維度面臨較大挑戰(zhàn)，但從長期來看，行業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為固態(tài)電池市場(chǎng)廣闊。研究機(jī)構(gòu)EVTank在一份白皮書中指出，基于對(duì)固態(tài)電池技術(shù)路線和降本路徑的研判，預(yù)計(jì)到2030年，全球固態(tài)電池的出貨量將達(dá)到614.1GWh，在整體鋰電池中的滲透率預(yù)計(jì)在10%左右，其市場(chǎng)規(guī)模將超過2500億元，主要為半固態(tài)電池。