在“雙碳”目標驅動的交通電動化加速轉型過程中,動力電池創新成為強化新能源汽車競爭水平、打造國家產業競爭力、穩固企業競爭優勢的關鍵。今年以來,無論是整車企業,還是動力電池企業,紛紛瞄準新技術同時布局新一代動力電池——固態電池,并加快發布固態電池“上車”時間表。
爭相發布“上車”時間表
豐田汽車沉寂已久的固態電池又有動靜和希望了。6月28日,豐田公布新一代電動化技術進展,性能型鋰離子電池、普及型磷酸鐵鋰電池、高性能型鋰離子電池和全固態電池共4類新一代電池,將從2026年起依次投入市場。其中,全固態電池正以2027—2028年推出為目標全力推進研發。據悉,搭載固態電池的車型續航里程將達到1000公里以上,實現快充只需10分鐘。
此前,上汽集團旗下的智己汽車推出業內首個準900V超快充固態電池——第一代光年固態電池,并首搭智己全新轎車智己L6。隨后,上汽集團宣布“首條全固態電池生產線建成貫通倒計時500天正式啟動”,基于聚合物—無機物復合電解質技術路線的上汽全固態電池,將于2026年實現量產。
同時,廣汽集團在科技日發布全固態電池。據了解,該款全固態電池采用了第三代海綿硅負極和高面容量固態正極技術,其能量密度可達到400Wh/kg以上,較當前量產液態鋰離子電池,體積能量密度提升52%以上,質量能量密度提升50%以上,可輕松實現超1000公里續航。廣汽集團表示,將在2026年完成全固態電池開發,將首先搭載于旗下昊鉑車型。
作為全球動力電池領軍企業,寧德時代也在今年4月首次公布了全固態電池研發和量產時間表?!皩幍聲r代的目標是到2027年小批量生產全固態電池,因為大批量生產仍然會面臨成本等問題?!睂幍聲r代首席科學家吳凱對此仍持謹慎態度,“如果用技術和制造成熟度作為評價體系(以1至9打分),公司的全固態電池研發目前處于4分的水平?!?/p>
相較傳統鋰離子電池,全固態電池由于潛在的安全性、高能量密度、高功率特性和溫度適應性等多維優勢,被國際上普遍認為是下一代新能源動力電池技術的首選方案。目前各國均加大投入攻關該顛覆性技術。梳理國內外公司發布的全固態電池產業時間表,產業化主要集中在2027年至2030年。比如,韓國SK On稱,正在開發高分子氧化物復合和硫化物兩種固態電池,目標是到2026年生產出原型產品,2028年實現商業化。而三星SDI也在開發一種沒有負極的固態電池,預計將于2027年量產。
半固態電池不等于全固態電池
近年來,隨著新能源汽車產業的迅猛發展,產業界越發認識到傳統液態鋰電池的極限。比如,能量密度上限低,無法根除消費者的里程焦慮;整體電池質量大;低溫運行不暢、高溫環境下又存在安全隱患等。因此,業界對固態電池“上車”的呼聲日益高漲。
不過,就在企業加快發布固態電池“上車”時間表的同時,關于固態電池概念的爭議也隨之而來。智己汽車在推出固態電池“上車”的消息后,多位業內人士向記者表示,智己汽車發布的光年固態電池實為半固態電池。
這也得到了電池供應商清陶能源聯合創始人李崢的證實:“為了增強固態電解質的鋰離子導電性,清陶能源在電解質中加入了10%的浸潤液,較傳統三元鋰電池減少了5%左右的總液體含量,智己汽車推出的光年固態電池實際上屬于半固態電池?!?/p>
根據電解質液含量的不同,電池可以分為液態(液體含量10wt%至25wt%)、半固態(液體含量5wt%至10wt%)、準固態(液體含量0wt%至5wt%)和全固態(液體含量0wt%)四大類?!鞍牍虘B電池是液態電池和固態電池之間的一種過渡產品,不能直接稱為固態電池?!比珖寺摃貢L崔東樹明確表示。但現實情況是,大部分企業發布的新電池技術概念都在往這個“筐”里裝。
目前,固態電池有三大主流技術路線,包括聚合物固態電池、氧化物固態電池和硫化物固態電池。日韓和歐美等海外企業更傾向于硫化物技術路線,致力于全固態電池的開發,產業化進程相對緩慢;而國內企業多數選擇氧化物技術路線,研發的產品多為半固態電池。
“國內無論是車企還是電池供應商,當前都具備了半固態電池的量產能力,預計在2025年可實現大批量‘上車’。不過,全固態電池仍然停留在正負極材料的突破階段,因存在材料還未解決的問題,導致近幾年內都無法實現量產?!睂幍聲r代董事長曾毓群說。
“從全行業看,中國既要發展這種漸進性的半固態技術路線,又要防范激進型全固態技術路線帶來的顛覆性風險?!被蛟S正是因為民間存在這種爭議,中科院院士、清華大學教授歐陽明高在談到固態電池時,特別強調了“半”與“全”的區別。
在他看來,全固態電池落地產業化近期應面向電池300Wh/kg(重量比能量)、600Wh/L(體積比能量)的目標,打通全固態電池全技術鏈。中期應以面向500Wh/kg、1000Wh/L為目標,2035年前實現商業化?!耙幠.a業化時間,不是實驗室的樣品,更不是論文。所謂的近期就是3年至5年,中期就是5年至10年?!睔W陽明高解釋。
三大挑戰亟待破解
與企業偏于樂觀相比,業內專家對全固態電池商業化進程則略顯保守?!斑@是因為當前全固態電池還難以兼顧續航和安全性的瓶頸,難以突破電池技術的玻璃天花板?!睔W陽明高表示,全固態電池面臨的挑戰具有跨學科的特性,技術門檻極高,涵蓋材料、界面、工藝、產業鏈、設備等問題。
首先是全固態電池的科學技術挑戰。目前,全固態電池產業化仍需要從關鍵材料、界面、復合電極、單體電池不同層面進行解決。
在材料層面,硫化物電解質化學穩定性、空氣穩定性差,批量生產難,基礎硫化鋰成本高。同時,硅碳負極存在體積膨脹大的問題,而鋰負極還不成熟。在界面層面,電極材料、固態電解質的界面相容性不夠,包括界面的副反應、固—固界面機械接觸等。在電極層面,高面載復合電極應變條件下的電荷輸運緩慢。在電芯片層面,環境控制成本高,制作效率比較低。此外,車載工況下的電芯性能綜合評估也沒有相關評價標準。
其次是全固態電池的工藝設備挑戰?!叭绻覀冇脻穹üに?,大概能保留一半的現有設備。如果我們用干法工藝,三分之二的設備都不能用了,要換新設備?!睔W陽明高稱。
最后是產業鏈挑戰。從供給角度看,我國已基本構建了完整的液態鋰離子電池產業生態,涵蓋從上游礦產資源、材料制造、電池生產、整車應用到回收利用等各個環節。液態鋰離子電池主要供應鏈已實現自主可控。若發展全固態電池,將對現有電池全生命周期產業鏈造成不小的沖擊。
對于固態、液態電池取舍問題,歐陽明高還表示:“日本、歐洲發展全固態電池就是要顛覆中國的優勢,我們恰恰相反,既要保優勢、防顛覆,奮力攻克全固態電池,又要兼顧優化液態鋰離子電池?!保ń洕請笥浾?楊忠陽)