文 | 智駕網(wǎng) 王欣
編輯 | 浪浪山與明知山
388.7GW/h。
這是我國2023年動力電池裝機量的總數(shù)據(jù)。與此同時，中國企業(yè)在2023年全球動力電池裝機量排名中占據(jù)了前十的位置，總份額達(dá)到了64%。
前不久，中國科學(xué)院院士、清華大學(xué)教授歐陽明高在一場行業(yè)論壇上表示，從2010年～2024年，動力電池比能量從100Wh/kg提高到了300Wh/kg，成本從大于4元/Wh下降至低于0.5元/Wh。
歐陽明高還表示，“過去10年來動力電池能量密度提升3倍，成本下降80%以上?！?/p>
實際上，對于300Wh/kg能量密度的動力電池，行業(yè)目前已經(jīng)司空見慣。
日前，國務(wù)院辦公廳印發(fā)的《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃 (2021-2035年)》指出，到2025年動力電池單體比能量達(dá)到400Wh/kg，2030年能量密度達(dá)到500Wh/kg。
隨著動力電池性能的不斷提升，純電電動汽車?yán)m(xù)航里程已經(jīng)能夠突破1000公里大關(guān)，蔚來、智己、廣汽、極氪等汽車廠商紛紛推出宣稱1000公里續(xù)航的車型。
盡管鋰離子電池發(fā)展仍然迅猛，競爭激烈，但是高能量密度和安全的矛盾問題仍被業(yè)界擺到臺桌明面上質(zhì)疑，綜合性能仍然不能很好的滿足汽車產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展需求。
全固態(tài)電池被認(rèn)為是解決高能量密度和安全性一個非常好的技術(shù)的路徑，但到底還需幾年才能量產(chǎn)？
在諸多車企今年逐漸放緩純電車型的開發(fā)節(jié)奏下，純電動車滲透率增勢放緩的局面又成為關(guān)注焦點。
上海蔚來汽車有限公司電池系統(tǒng)副總裁曾士哲在2024年世界新能源大會上回答說：
“固態(tài)電池能否解決純電動車滲透率放緩，這是電池安全性增強會不會帶來純電動車第二波增長的問題。說到安全，磷酸鐵鋰電池已經(jīng)很安全，全固態(tài)電池解決的是長續(xù)航電池的安全問題。但長續(xù)航電池價格比較高，它能否推動純電動車第二階段增長主要在于成本高低。如果固態(tài)電池在解決安全問題的前提下，成本可以做到比一般三元電池還低的話，必然會帶來銷量增長。否則售價較高的全固態(tài)電池只能應(yīng)用在高端電動車領(lǐng)域，帶動高端電動車達(dá)到超長續(xù)航銷量增加，這與國家期待的電動車整體增長是有差距的?！?/p>
這個新能源領(lǐng)域的常態(tài)化命題，來聽聽大會上其余諸位專家們是怎么接受靈魂拷問的？
01 還面臨哪些待解決的科學(xué)問題和工程技術(shù)問題？
由于當(dāng)前液態(tài)鋰電池存在的潛在風(fēng)險，例如熱失控和電池燃燒，所以在能量密度、安全性、工作溫度等方面更具優(yōu)勢的固態(tài)電池，更能提高電動車的續(xù)航里程。這已是業(yè)內(nèi)共識。
但是半固態(tài)電池到全固態(tài)電池的發(fā)展演進中，首要面臨的就是材料和界面問題。
比如如何解決正極材料穩(wěn)定性差，接觸阻抗大，以及負(fù)極的循環(huán)壽命等。
中國科學(xué)院物理研究所研究員、衛(wèi)藍(lán)新能源首席科學(xué)家李泓在過去一段時間研究全固態(tài)電池中發(fā)現(xiàn)，為了提高能量密度，必須要解決在液態(tài)電解質(zhì)鋰離子電池中的不穩(wěn)定性。
李泓認(rèn)為——
正極表面的過度金屬容易溶解下來在酸性的電子之中。因此需要穩(wěn)定正極內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，如果有一個穩(wěn)定的界面抑制過度金屬的溶解，保證鋰離子正常的進出，就可以把一些高能量密度的正極材料在電池中使用，從而使用電池的能量密度，這起了非常關(guān)鍵的作用。
從技術(shù)路線上來看，目前國內(nèi)固態(tài)電池的電解質(zhì)路線主要包括聚合物、氧化物、硫化物。
像豐田、三星SDI、寧德時代、國軒高科等企業(yè)押注的是硫化物路線；清陶能源、北京衛(wèi)藍(lán)、贛鋒鋰電、重慶太藍(lán)等選擇了氧化物路線。據(jù)觀察，目前很少有固態(tài)電池公司在做純聚合物路線。
而提到這些路線紛爭時，韓國浦項科技大學(xué)教授Byoungwoo KANG認(rèn)為，需要對這些材料進行綜合的使用，才能使界面的穩(wěn)定性得到更高的表現(xiàn)。
如果追追求全固態(tài)電池更好的穩(wěn)定性，Byoungwoo 認(rèn)為氧化物就要和聚合物進行混合。
Byoungwoo 作為科學(xué)家，則更多圍繞產(chǎn)業(yè)化和產(chǎn)品的市場接受度的問題去做探討。
他表示：
”我們現(xiàn)在已經(jīng)處在一個非常好的產(chǎn)業(yè)表現(xiàn)過程中，我們可以逐漸化的進行量產(chǎn)，在這個過程中，我們對于聚合物它是比較容易進行產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展。所以我們其實不太需要把它進行大量的資金的投入，所以我們能夠?qū)⒕酆衔镌诎l(fā)展的過程中進行穩(wěn)定的推進。同時，還能夠把得到成本更好的控制，價格也可以更低，對于能量密度和安全性都可以有比較好的一個平衡。而在實際應(yīng)用中，由于固態(tài)電池的量產(chǎn)難度導(dǎo)致進展緩慢，更多廠商則把固態(tài)電解質(zhì)和液態(tài)電解質(zhì)混合使用，即所謂“半固態(tài)電池”，但能量密度、成本、安全性比液態(tài)電池表現(xiàn)優(yōu)異程度并不大，一度被稱之為抄捷徑的技術(shù)路線?！?/p>
無論是電池產(chǎn)業(yè)鏈公司還是車企，都試圖用半固態(tài)電池來試圖過量產(chǎn)這道關(guān)，實驗室的技術(shù)沒做完，就直接來到市場賽馬，只為先搶占全固態(tài)賽道的市場份額。
放眼全球，無論是研發(fā)還是產(chǎn)業(yè)化，全固態(tài)電池的最新進展信息已經(jīng)擴散至美國、日本、韓國的企業(yè)，他們也在紛紛發(fā)布量產(chǎn)計劃。
甚至有研究發(fā)現(xiàn)，早在上世紀(jì)90年代，美國橡樹嶺國家實驗室發(fā)現(xiàn)了合適的固態(tài)電解質(zhì)，以此為基礎(chǔ)的薄膜電池能量密度超過700Wh/kg，是如今液態(tài)鋰電池的2.5倍。
畢竟，全固態(tài)電池的量產(chǎn)更事關(guān)占據(jù)科技主導(dǎo)權(quán)的之爭。清陶能源聯(lián)合創(chuàng)始人、總經(jīng)理李崢李崢此前曾表示，誰先量產(chǎn)決定著誰將掌握新能源汽車下一階段競爭的技術(shù)主導(dǎo)權(quán)。
而達(dá)成這一目標(biāo)的最有效手段，就是不斷提速固態(tài)電池的商業(yè)化速度、技術(shù)實力、產(chǎn)業(yè)鏈成熟度。
02 全固態(tài)電池技術(shù)“困難主義”背后的真相
受制于技術(shù)和制造工藝等方面的挑戰(zhàn)，全固態(tài)電池的大規(guī)模量產(chǎn)仍處于黎明前夜。于主機廠而言，橫亙在面前的現(xiàn)實難題主要是平衡好技術(shù)和經(jīng)濟性的難點。
比如技術(shù)很難攻破的一大難點在，硫化物空氣穩(wěn)定性不好，所以在它的制備包括界面的問題，要界面更好，需要等性壓等等的設(shè)備，但在產(chǎn)業(yè)上還不是很成熟。
談到成本的問題，東風(fēng)汽車集團有限公司研發(fā)總院高能研發(fā)高級經(jīng)理金玲感受頗深：
大家知道現(xiàn)在的汽車行業(yè)包括動力電池行業(yè)太卷了，整個三元電池的成本到了四毛多，磷酸鐵鋰三毛多，30萬以下的車磷酸鐵鋰的電池就可以實現(xiàn)400-600公里，對于客戶來說更關(guān)心的是性價比?，F(xiàn)在的固態(tài)電池不管是裝車驗證的半固態(tài)電池，倍率性能還比不過液態(tài)電池，液態(tài)電池在2022年推出了3C，現(xiàn)在已經(jīng)有了6C電池，所以固態(tài)電池在倍率性能和循環(huán)壽命這一塊，還需要繼續(xù)向液態(tài)電池靠攏，所以不管是技術(shù)性的難點，還是經(jīng)濟性的難點，都是全固態(tài)電池規(guī)模的一個挑戰(zhàn)。
目前，全固態(tài)電池在整個全球都是通過政策引導(dǎo)，資金補貼，還有產(chǎn)業(yè)鏈的協(xié)同在推進?；谶@個背景，行業(yè)達(dá)成的一個共識是，全固態(tài)電池普遍預(yù)測2027年將小批量投產(chǎn)。
金玲認(rèn)為：“我們覺得全固態(tài)電池應(yīng)該會在2027年的時候首先實現(xiàn)裝車驗證，國家部委發(fā)布很多課題的時間節(jié)點也和這個比較接近，2027年實現(xiàn)裝車驗證，整個的大規(guī)模的量產(chǎn)，應(yīng)該是在2030年前，技術(shù)的成熟和成本的下降，會讓我們的全固態(tài)電池和液態(tài)電池相比更有競爭優(yōu)勢?！?/p>
除了材料成本高，空氣穩(wěn)定性的問題，作為經(jīng)常被與寧德時代作比較的國內(nèi)動力電池廠商蜂巢能源，也道出了固態(tài)電池難從實驗室走向全固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化的真相。
蜂巢能源科技股份有限公司前沿技術(shù)研究院總經(jīng)理苗力孝表示：
“現(xiàn)在液態(tài)電池的生產(chǎn)工藝已經(jīng)非常成熟，其制造成本大概在六毛多錢每瓦時。我們默認(rèn)全固態(tài)電池未來的制造成本也要和液態(tài)電池接近?；谶@個前提，目前固態(tài)電池材料的價格實在太高——每噸2000萬元人民幣。到2030年如果能把硫化物固態(tài)電解質(zhì)的成本降低到100萬元人民幣每噸，甚至50萬元人民幣每噸，全固態(tài)電池做到六十安時，成本將下降到一元人民幣一瓦時。但液態(tài)電池2030年成本將會是三毛或五毛錢一瓦時，所以從應(yīng)用場景來講，固態(tài)電池還是會偏向于高端車，即售價30萬元以上甚至100萬元以上的電動車。”
在苗力孝看來，如果用干法制造固態(tài)電池的話，制造設(shè)備也是很重要的一環(huán)——在試驗室可以半自動或者手動制作固態(tài)電池，如果真正實現(xiàn)量產(chǎn)，限制固態(tài)電池大規(guī)模推廣應(yīng)用的依然是成本問題。
畢竟，大規(guī)模制造固態(tài)電池肯定不能像試驗室一樣在手套箱中操作，整個生產(chǎn)環(huán)境需要有干防條件，干防條件差異會直接影響電池性能。
同時，設(shè)備工藝對固態(tài)電池同樣產(chǎn)生很大影響，目前國內(nèi)做全固態(tài)電池的多數(shù)是初創(chuàng)企業(yè)，大家各有各的工藝路線，由于工藝路線不確定導(dǎo)致制造設(shè)備也無法統(tǒng)一開發(fā)。
安徽盟維新能源科技有限公司創(chuàng)始人、CEO周莉莎周莉莎回答說：“對于電池生產(chǎn)企業(yè)來說成本更重要。我們重點關(guān)注兩大板塊：一是材料，二是電芯制造成本。“
“目前固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化核心是還沒有找到一款真正的固態(tài)電解質(zhì)能夠有效解決電芯問題，所以在工程維度上還很難開發(fā)和生產(chǎn)出真正意義的全固態(tài)電池。同時，制造成本維度，由于工藝路線不確定導(dǎo)致制造成本同樣無法確定。”
而當(dāng)實驗室產(chǎn)品和真正落地的產(chǎn)品差距還很大時，對于全固態(tài)電池的量產(chǎn)上車裝車使用，自然要用謹(jǐn)慎的眼光看待。
03 規(guī)?；慨a(chǎn)上車的預(yù)測
當(dāng)豐田汽車宣布將于 2026 年正式開始生產(chǎn)固態(tài)電池，且這一計劃已獲得日本政府的批準(zhǔn)后，再次審視國內(nèi)市場，我國固態(tài)電池何時迎來拐點？何時真正上量應(yīng)用？
現(xiàn)在，行業(yè)將固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化時間普遍定在2027年-2030年，國內(nèi)外不少車企對于固態(tài)電池“上車”有了較為明確的時間表。
廣汽集團宣布全固態(tài)電池將于2026年實現(xiàn)量產(chǎn)搭載，率先應(yīng)用于旗下的昊鉑車型；長安汽車計劃在2030年實現(xiàn)量產(chǎn)；搭載全固態(tài)電池的智己新車將于2027年實現(xiàn)量產(chǎn)交付；寧德時代、鵬輝能源、衛(wèi)藍(lán)等電池廠商們的固態(tài)電池落地時間表基本集中在2026年至2030年左右；寶馬承諾在2025年前，推出搭載全固態(tài)電池的電動汽車原型車，并在2030年前量產(chǎn)……
前不久，歐陽明高給出的固態(tài)電池商業(yè)化時間表是，預(yù)計2024年半固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化落地，2027年全固態(tài)電池產(chǎn)品下線，2030年固態(tài)電池全面放量投產(chǎn)，產(chǎn)值超1000億元。
寧德時董事長曾毓群則給出了寧德時代的準(zhǔn)確進度是——如果用數(shù)字1到9來評價固態(tài)電池的技術(shù)成熟度，目前寧德時代處于4的水平，只是做出了一些器件樣品，進行一些實驗驗證。
有機構(gòu)測算，2030年，全球固態(tài)電池出貨量或?qū)⑦_(dá)到643GWh，2024-2030年復(fù)合年均增長率將達(dá)133%。
在AI還未取代人工之前，以固態(tài)電池為代表的新能源產(chǎn)業(yè)是否會率先吹響技術(shù)爆發(fā)的號角？
技術(shù)維度而言，從電解質(zhì)到正負(fù)極，從電池設(shè)計到制造工藝，種種制約下，全固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)化拐點仍需等待。
況且，每一項技術(shù)角力的本質(zhì)從不僅僅是技術(shù)本身——資本、輿論、生態(tài)、政策，每個維度都有博弈。
而在2024世界新能源大會上，一個觀點也逐漸被業(yè)內(nèi)接受，即便固態(tài)電池可以量產(chǎn)成熟，磷酸鐵鋰、三元鋰等液態(tài)電池也不會退出歷史舞臺。
固態(tài)電池描述的場景似乎可以解決一切動力電池的問題，但也需要經(jīng)過市場檢驗。