近几年频频见诸报端的固态电池近日热度强劲攀升,成为汽车圈最热门的话题之一。

  5月29日,据《中国日报》报道,中国政府相关部委牵头,或将投入60亿元支持全固态电池研发,其中宁德时代、比亚迪、一汽、上汽、卫蓝新能源和吉利共6家企业或获得政府基础研发支持。据悉,该项目经过严格筛选后,将具体分为七大项目,聚焦聚合物和硫化物等固态电池技术路线推进。

  因具有更高的安全性、更长的循环寿命、更高的能量密度、高功率特性以及更强的温度适应性等优点,近几年来固态电池快速“升温”,全球多个国家相关企业均在争抢固态电池最先量产的“荣誉”。

  中国科学院院士、清华大学教授欧阳明高此前在一场行业论坛上表示,全固态电池具有技术颠覆的性能潜力,目前动力电池产业已经迎来新一轮材料创新周期,我国需要跨越创新周期,迎接国际新一轮动力电池技术之争。

  “在构成锂离子电池的所有材料中,只有电解液是易燃易爆的。很多锂离子电池的燃油、爆炸事故,也都是由于电解液出现了问题。固态电池不再使用电解液,使其提高了安全系数。”真锂研究创始人、总裁墨柯在接受《中国经营报》记者采访时表示,国家向全固态电池技术开发投入60亿元,或将带动社会资本以及相关企业向这一领域注入更多资金,以推动我国固态电池技术的发展,这将对我国固态电池产业发展带来积极意义。从60亿元的投入可以看到,相对于此前,国家对固态电池产业的发展明显更为重视,接下来可能投入的力度也会越来越大。

  “此次60亿元的投入聚焦了硫化物、聚合物等不同技术路线,规避了押注单一技术路线的风险,也有利于固态电池技术发展的多元化,给予了企业更大的自主空间。”财信证券分析师杨鑫表示,此次针对6家企业的全固态电池研发专项投入,进一步整合了国内的研发力量,有望加速全固态电池的发展速度,预计全固态电池有望在2027年实现量产装车。

  重新审视“颠覆性技术”

  固态电池被视为动力电池的一场颠覆性革命。

  根据液态电解质在电池材料中的质量百分比含量的不同,业界将锂电池分为液态电池(25%)、半固态电池(5%—10%)、准固态电池(0%—5%)和全固态电池(0%)。

  近几年来,固态电池一直处在汽车圈内人士的视线之中,固态电池概念个股在资本市场亦持续活跃。个中原因是固态电池被认为是锂离子电池的“终极形态”。

  当前,液态锂电池是全球锂电池主流技术。不过,现有液态锂电池能量密度已经接近理论上限,与此同时,液态锂电池使用的有机液态电解液具有易燃、易泄漏等问题使其存在安全风险。

  相对于液态锂电池,固态电池不再使用液态电解质,取而代之的是热稳定性高、不易燃的固体电解质,因而在安全性上更具优势。固态电池还能兼容更高性能的正负极材料,可以大幅提升锂电池能量密度,使电动汽车实现更高续航里程。此外,固态电池还具备高功率特性以及更好的温度适应性,使电动汽车充电速度更快、使用场景更多元。基于上述优点,行业内认为固态电池是“下一代电池技术”。

  “近10年来,以硫化物固态电解质为代表的新型固态电解质发展迅猛,离子电导率赶上甚至超过了液态电解质。目前,大家已经形成共识,全固态电池是公认的‘下一代电池技术’的首选方案,被列入中国、美国、欧盟、日韩等主要国家的发展战略,也成为下一代电池技术竞争的关键制高点。”今年1月底,欧阳明高在中国全固态电池创新发展高峰论坛上表示,从全球固态电池产业的布局来看,中国企业的数量最多,其次是日本,日本企业的数量虽然不多,但实力很强。韩国也是如此。

  相较于日本、韩国等企业在全固态电池领域的深耕积淀,我国进入固态电池赛道的时间更晚,而且主要是以科研机构和院校为支撑,产业化的进程更慢。总体而言,目前我国固态电池技术处于产品导入前的技术萌芽阶段。

  在目前主流的液态锂电池体系中,我国在全球动力电池产业版图上占据举足轻重的地位,全球排名前十的动力电池企业有6家来自中国。而要大举发展固态电池,记者在采访中了解到,行业内目前存在矛盾纠结的心态。

  行业内较为普遍的看法是,从原料及基材生产、电芯及电池包装配、电池生产应用到电池回收,全固态电池将对现有电池全生命周期产业链造成巨大冲击。

  “固态电池技术如果成熟了,动力电池产业现有的材料很多都用不到。首先,对于电解质的需求,将从液态转换成固态,这是两种完全不同的材料体系,意味着目前生产电解液的企业要去生产固态电解质。这存在一定的难度,因为我们在这方面没有积累。其次,隔膜也将被完全取代。这些年来,在隔膜产业中我们投入了大量的资金,建立了优势,而这些优势在固态电池时代基本上也会荡然无存。在正极材料方面也存在同样的问题。”墨柯告诉记者,“如果要大力发展固态电池,就意味着我们要进行自我革命,这对企业而言的确是很难接受。但是,我们如果不进行自我革命,将来有很大的概率会被别人颠覆。”

  欧阳明高此前曾表示,就算全固态电池在2030年实现产业化,它要想替代液态锂离子电池50%的市场份额也需要20—30年时间。但需要注意的是,对于汽车技术而言,达到1%的市场份额已经是一种预警。

  在欧阳明高看来,全固态电池的发展是未来的必经之路,要守住优势、防止被颠覆,我国动力电池产业应坚持液态电池与全固态电池平衡发展的定位和目标,加大对全固态电池的研发布局。

  国家从资金层面给予支持,使业内对固态电池产业的信心有所增强。深蓝科技高级项目总监周安健认为,在此次60亿元国家研发项目的支持下,我国全固态电池的研发将提速,预计3—5年内或追赶上日本、韩国的发展水平,预计我国全固态电池在2027年可小规模示范装车,2030年实现大规模量产装车。

  尚需解决技术与成本等难题

  固态电池目前尚未走至量产上车的关键节点。从整个行业来看,全固态电池实现产业化的时间被设定在2027—2030年。

  虽然目前行业内还存在比较大的顾虑,但是从目前的情况来看,固体电池赛道入局者众多,其中包括传统动力电池企业、整车企业等。对于全固态电池而言,谁能够真正率先量产,谁就会占据主导权。在此背景下,多家企业正在加快固态电池领域的研发和应用进度。

  国轩高科5月17日在第13届科技大会上发布了全固态“金石电池”。其称,目前公司已具备半固态电池产业化能力,建成半固态电池产能2GWh,此次发布的全固态电池预计将在2027年进行小批量上车试验,产业链完善情况下在2030年实现量产。

  清陶能源与上汽集团的合资公司——上汽清陶计划于2026年实现全固态电池正式量产,并完成样车测试,2027年搭载全固态电池的智己汽车新车将实现量产并交付用户。

  宁德时代首席科学家吴凯近期在一场行业会议中则表示,全固态电池的成熟度指标若用1—9数字表示,宁德时代目前的成熟度在“4”的水平,目标为2027年到“7—8”的水平。在他看来,2027年宁德时代全固态电池实现小批量生产的机会很大,但受成本因素制约,大规模生产尚不能实现。

  相对于国内企业现阶段主要瞄准半固态电池产品进行开发,海外企业多采用全固态电池路线。记者注意到,宝马汽车与Solid Power达成合作,预计2025年推出固态电池原型车,2030年量产固态电池车型。大众汽车则与Quan-tumScape进行合作,预计2025年建立固态电池量产线。奔驰与辉能、Factorial Energy等合作,计划2028年批量生产固态电池。丰田计划2025年推出全固态电池混动汽车,2030年推出全固态电池纯电汽车。

  目前,全固态电池主要分为聚合物体系、氧化物体系、硫化物体系和卤化物体系四种技术路径。多位业内受访人士告诉记者,现阶段,全固态电池无论哪种路线都面临困境和瓶颈,有许多科学问题尚未解决。全固态电池要真正迎来产业化,行业就必须要直面挑战。

  “尽管固态电池具备高能量密度、高安全性和快速充放电的优点,但受到固态电解质、电极材料的固有性质限制,固态电池目前性能有限,固-固界面点接触、界面阻抗大,产线兼容低,生产成本高。”国轩高科首席科学家朱星宝5月31日在一场主题峰会上表示。

  在周安健看来,从产业化角度来讲,全固态电池的关键挑战是商品化属性不足,成本过高,制作条件严苛。他认为,目前固态电池成本远高于液态电池,仍不具备商品属性。固态电解质目前制备条件苛刻,工艺难度大,用到的部分原材料价格较高。同时,全固态电池对生产工艺、成本和质量控制也提出了更严苛的要求。

  墨柯在采访中对记者表示,目前考虑成本问题还为时尚早,对于任何一个新技术而言,成本并不是在发展早期就应该考虑的问题,首先需要把产品先做出来,在这之后再考虑降成本的问题。在早期,液态锂电池的成本也非常高。

  “固态电解质的生产对于温度和湿度等各个方面的要求都极为苛刻,因此对于其生产的开发很费时间。目前,三星在硫化物固态电解质以及对应的电池技术的开发方面相对来说比较领先,三星在2023年开发出了20Ah固态电池,在2023年也把第一条试生产线做出来了。但按照三星的计划,要在2025年才能够量产20Ah固态电池,也就是说它还要计划用2年的时间去解决工程化方面的问题。”墨柯认为,对于固态电池的发展而言,技术的沉淀和积累非常关键。

  虽然在多个维度面临较大挑战,但从长期来看,行业内普遍认为固态电池市场广阔。研究机构EVTank在一份白皮书中指出,基于对固态电池技术路线和降本路径的研判,预计到2030年全球固态电 池的出货量将达到614.1GWh,在整体锂电池中的渗透率预计在10%左右,其市场规模将超过2500亿元,主要为半固态电池。

编辑:张泽昕
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