全固態(tài)電池研發(fā)“被迫提速”

在市場(chǎng)的高度關(guān)注和熱炒下，作為全球動(dòng)力電池龍頭的寧德時(shí)代也無(wú)法對固態(tài)電池避而不談。

日前，寧德時(shí)代首席科學(xué)家吳凱在CIBF上表示，如果用技術(shù)和制造成熟度作為評價(jià)體系(以1-9打分)，寧德時(shí)代的全固態(tài)電池研發(fā)目前處于4分的水平。吳凱稱(chēng)，寧德時(shí)代的目標是到2027年達到7-8分的水平，“2027年，寧德時(shí)代全固態(tài)電池小批量生產(chǎn)機會(huì )很大，但受成本等因素制約，大規模生產(chǎn)尚不能實(shí)現。”

事實(shí)上，在此之前，寧德時(shí)代董事長(cháng)曾毓群已經(jīng)兩次就全固態(tài)電池表態(tài)。今年3月，在接受機構調研時(shí)，寧德時(shí)代董事長(cháng)曾毓群表示，前沿技術(shù)的落地要經(jīng)歷3個(gè)路線(xiàn)，即技術(shù)路線(xiàn)、產(chǎn)品路線(xiàn)、商品路線(xiàn)。首先看在技術(shù)上是否成立、能否打通;其次，變成產(chǎn)品之后，在生產(chǎn)制造過(guò)程中安全性、可靠性、一致性、質(zhì)量是否能保證;第三，是否能賣(mài)出去，因為太貴了可能會(huì )賣(mài)不動(dòng)。

01

對全固態(tài)電池的關(guān)注升溫

固態(tài)電池有3條技術(shù)路線(xiàn)，即氧化物路線(xiàn)、硫化物路線(xiàn)、及聚合物路線(xiàn)。“目前還有很多基本的科學(xué)問(wèn)題待解決，如大多數固態(tài)電解質(zhì)中的離子擴散速率與液態(tài)電解質(zhì)存在數量級差異、固固界面難以始終保持良好接觸等，在突破這些科技問(wèn)題后，還會(huì )遇到產(chǎn)業(yè)化的問(wèn)題。”曾毓群表示。

同月，曾毓群在接受英國《金融時(shí)報》采訪(fǎng)時(shí)也指出，日本汽車(chē)制造商等鼓吹的電動(dòng)汽車(chē)固態(tài)電池距離商業(yè)化還有數年時(shí)間，這項技術(shù)還不夠完善，缺乏耐用性，且仍然存在安全問(wèn)題(比如電池在車(chē)禍中破裂導致的后果等)。

可以看出，吳凱上月對于全固態(tài)電池的表態(tài)，已經(jīng)是寧德時(shí)代今年第三次公開(kāi)就全固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)化表態(tài)。

今年以來(lái)，對全固態(tài)電池的關(guān)注和熱議從國外傳入國內。對于國外企業(yè)來(lái)說(shuō)，希望通過(guò)全固態(tài)電池實(shí)現彎道超車(chē)，趕超中國在動(dòng)力電池領(lǐng)域的優(yōu)勢;對于國內企業(yè)來(lái)說(shuō)，如何鞏固和引領(lǐng)在動(dòng)力電池領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)、技術(shù)優(yōu)勢，政府和頭部企業(yè)也同樣很重視。

全固態(tài)電池之所以成為國內外企業(yè)押注的核心路線(xiàn)，在于其能夠在超高安全保證的前提下較大幅度的提升能量密度，從而實(shí)現極致性能，可以滿(mǎn)足更多場(chǎng)景的應用需求，實(shí)現對現有電池體系的顛覆。

在全球進(jìn)行全固態(tài)電池競逐的大環(huán)境下，寧德時(shí)代也不得不表示，“公司(寧德時(shí)代)非常重視固態(tài)電池，已經(jīng)進(jìn)行了多年的布局，最近加大了很多投入。”

需要指出的是，寧德時(shí)代在全固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化時(shí)間表上，仍然較為冷靜。

吳凱認為，要實(shí)現全固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化，仍需要解決固固界面、鋰金屬負極應用、硫化物電解質(zhì)在空氣中不穩定和合成成本較高，以及全固態(tài)電池生產(chǎn)工藝等四大難題。

事實(shí)上，上述四個(gè)難題，目前沒(méi)有一個(gè)可以很好地得到解決。

以固固界面的問(wèn)題為例，正極材料與電解質(zhì)之間固固界面接觸不充分，阻礙離子傳輸;負極在充放電過(guò)程體積膨脹大，導致固-固界面的動(dòng)態(tài)損傷，難以修復，持續惡化固-固界面……這些都嚴重影響全固態(tài)電池的循環(huán)壽命和倍率性能。

全固態(tài)電池要實(shí)現500Wh/kg、1000Wh/L的高能量密度目標，電池負極以目前的技術(shù)看必須用鋰金屬，但鋰金屬有兩個(gè)問(wèn)題：巨大的體積膨脹和枝晶生長(cháng)。此外，全固態(tài)鋰金屬電池還有一個(gè)瓶頸需要突破，那就是電池循環(huán)次數的提升。據中科院院士歐陽(yáng)明高介紹，目前500Wh/kg的鋰金屬電池大概只有幾十次的循環(huán)壽命，還要做大量的工作。此外，在快充和安全性方面，因為鋰金屬熔點(diǎn)只有180攝氏度，這些都需要攻關(guān)。

由此可見(jiàn)，全固態(tài)電池的研發(fā)和量產(chǎn)是一項非常艱巨復雜的工程。寧德時(shí)代針對固態(tài)電池已經(jīng)有十余年的研發(fā)積累，目前已經(jīng)組建了一支近千人的全固態(tài)電池研發(fā)團隊，也取得了一些進(jìn)展和經(jīng)驗。吳凱表示，從全固態(tài)電池的技術(shù)成熟度和制造成熟度來(lái)看，有望在未來(lái)3年逐步進(jìn)入成熟期，真正開(kāi)啟量產(chǎn)化進(jìn)程。

02

半固態(tài)路線(xiàn)有必要有意義

相比國外直接押注全固態(tài)電池，國內企業(yè)現階段則重點(diǎn)以半固態(tài)(固液混合)為特色，產(chǎn)業(yè)鏈完整，企業(yè)正嘗試裝車(chē)配套。業(yè)內人士認為，產(chǎn)生這種局面的原因，主要是中國在液態(tài)電池技術(shù)路線(xiàn)上技術(shù)成熟，產(chǎn)業(yè)鏈非常完善，且下游應用場(chǎng)景比較多元。

歐陽(yáng)明高認為，作為過(guò)渡技術(shù)路線(xiàn)，國內發(fā)展半固態(tài)電池有必要有且意義。

事實(shí)上，半固態(tài)電池近年來(lái)在國內已經(jīng)被廣泛推進(jìn)，且卓有成效。

目前包括億緯鋰能、孚能科技、力神電池、清淘能源、衛藍新能源、正力新能、比克電池、國軒高科、贛鋒鋰電等多家企業(yè)，都已經(jīng)將半固態(tài)電池推向了產(chǎn)業(yè)化階段。

近日，比克電池透露，公司預計今年7月將具備半固態(tài)電池的交付能力。據悉，比克半固態(tài)鋰電池采用聚合物+氧化物的復合體系，通過(guò)固態(tài)電解質(zhì)摻混和原位固化技術(shù)，形成電解液含量在10%以?xún)鹊陌牍虘B(tài)電池，“這種技術(shù)路線(xiàn)下的能量密度可達到350Wh/kg以上，呈現高能量、高安全、低膨脹、低內阻、寬溫區的特性。”

據比克電池介紹，公司正不斷優(yōu)化半固態(tài)體系，目前能量密度可達到360Wh/kg。同時(shí)，比克電池正規劃將金屬鋰負極應用到半固態(tài)電池體系，計劃在2024年底將能量密度提升至450Wh/kg。

上個(gè)月，正力新能發(fā)布了雙重半固態(tài)超長(cháng)續航大圓柱電池。據悉，正力新能研發(fā)了超高鎳正極材料的固態(tài)電解質(zhì)表面修飾技術(shù)和固態(tài)電解質(zhì)復合隔膜技術(shù)。得益于此，大圓柱電芯的失效起始溫度提升10°C，失效最高溫度降低150°C。功率性能改善上，零下20°C 低溫功率提升了20%。

據介紹，正力新能46系列大圓柱電芯采用超高鎳正極+高硅負極的材料體系，使得動(dòng)力電池系統能量密度超245Wh/kg，整包電量高達 170kWh，支持純電MPV車(chē)型，滿(mǎn)電續航1000公里以上。

日前，億緯鋰能透露，公司固液混合的半固態(tài)體系，目前已完成了部分產(chǎn)品開(kāi)發(fā)?；?0Ah軟包半固態(tài)電池，可實(shí)現330Wh/Kg的能量密度，循環(huán)壽命超過(guò)2000次。

清陶能源的半固態(tài)電池由復合正極、復合負極、電解質(zhì)和電解質(zhì)隔膜組成，仍有注液環(huán)節，液體比例大概在5%-15%，今年將配套智己L6裝車(chē)上市銷(xiāo)售。

據孚能科技介紹，其第一代半固態(tài)電池已順利量產(chǎn)裝車(chē);下一代半固態(tài)產(chǎn)品已具備量產(chǎn)條件，具有更高能量密度，適用于乘用車(chē)、低空飛行等新興領(lǐng)域。

力神電池透露，公司于今年1月完成全新一代半固態(tài)電池開(kāi)發(fā)，能量密度達402Wh/kg。據介紹，該產(chǎn)品兼顧高能量密度和高安全性能，采用新型集成設計技術(shù)，通過(guò)調控電化學(xué)工藝制式抑制過(guò)渡金屬溶出和結構錯位生長(cháng)，實(shí)現半固體電池的超輕量化和高安全。據悉，該產(chǎn)品未來(lái)將主要瞄準超長(cháng)續航中高端電動(dòng)汽車(chē)，以及eVTOL(電動(dòng)垂直起降飛行器)等領(lǐng)域。

從技術(shù)成熟度和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程來(lái)看，中國在液態(tài)、半固態(tài)電池領(lǐng)域已經(jīng)實(shí)現了引領(lǐng)，尤其是半固態(tài)電池預計在接下來(lái)兩三年內會(huì )實(shí)現批量配套應用，繼續在高安全、高能量密度等維度上實(shí)現引領(lǐng)。

相較于中國，日本和歐美在液態(tài)、半固態(tài)電池方面處于落后地位。其發(fā)展全固態(tài)電池的目標，在于顛覆中國在液態(tài)鋰電池方面的優(yōu)勢。“我們要保優(yōu)勢、防顛覆，攻克全固態(tài)，兼顧優(yōu)化液態(tài)鋰離子電池。我們不能扔液態(tài)鋰離子電池，液態(tài)鋰離子電池是我們的優(yōu)勢強項，今后幾十年還要靠這個(gè)吃飯。”歐陽(yáng)明高說(shuō)。實(shí)際上，全固態(tài)電池的顛覆風(fēng)險業(yè)界都心里有數，無(wú)論是對于現在的頭部電池企業(yè)如何鞏固優(yōu)勢堡壘，還是應對海外企業(yè)的競爭，全固態(tài)電池的研發(fā)都會(huì )被迫提速。