中國粉體網訊 固態電池，正在準備迎接新的“風口”。
近日，東風汽車表示，其正在研發第二代、第三代固態電池，以及自主陶核電芯，布局固態電池全價值鏈技術生態。其中，第二代固態電池有望在2024年上半年量產，屆時整車續航里程可達1000公里以上。
幾乎與此同時，多家相關企業也紛紛亮出自己的固態電池量產時間表。長城汽車旗下的蜂巢能源計劃2025年量產固態電池，衛藍新能源稱最快將于2026年量產全固態電池，日產的固態電池量產則要到2028年，而蔚來汽車宣布2023年將向市場推出搭載固態電池的ET7轎車……誰將最先量產固態電池，備受矚目。
01誰在布局固態電池
眼下，越來越多的汽車企業、電池企業、材料企業布局固態電池。
“東風汽車是國內最早研發固態電池的車企之一。”東風技術中心前瞻研究中心高級研發經理劉敏向記者表示，自2018年組建東風技術中心前瞻研究中心固態電池團隊至今，該團隊設計開發的固態電池技術，實現了從關鍵材料到電芯再到系統“卡脖子”技術的突破，有望進一步緩解新能源車主“里程焦慮”問題。今年1月，由東風技術中心與贛鋒鋰業合作開發的東風-贛鋒高比能固態電池E70示范運營車正式交付，而且該車已在工信部獲批《免征車輛購置稅的新能源汽車車型》（第五十一批）。目前，有50輛搭載固態電池的東風風神E70在全國4省8地開展示范運營，示范運營里程至今已達35萬公里。
盡管開發固態電池的相關企業都在默默走自己的路，但這一領域事實上已經形成了新的競爭態勢。2021年，蔚來汽車就發布了一款單體能量密度達360Wh/kg的半固態電池包產品，并稱將搭載于蔚來首款轎車ET7上，但其當初計劃的于2022年第四季度上市看來已經難以實現，于是推遲到2023年。
今年5月，國軒高科在公司第十一屆科技大會上發布了一款半固態電池，其電芯能量密度同樣達到360Wh/kg，有望在明年初量產上車。“鋰離子電池的電芯包括正負極、電解質、隔膜等，半固態電池提高能量密度走的是電解質提升技術路線。”國軒高科工程研究總院副院長徐興無在接受記者采訪時談到，電解質材料的演進正從電解液向半固態電解質、準固態電解質、全固態電解質發展，因此也相應地出現了半固態電池、全固態電池的稱呼。國軒高科400Wh/kg的半固態電池已有原型樣品，未來還將通過技術創新落地硅基負極迭代，鋰金屬負極等技術，爭取最終實現全固態。
截至目前，國內的輝能科技、清陶能源、衛藍新能源等企業均已公開表示，已經具備量產半固態電池的能力。而在國外，奔馳、寶馬、福特、通用、現代、豐田、本田等車企及LG新能源等動力電池企業均對此作出布局。
耐人尋味的是，近日，針對此前市場上“比亞迪全固態鋰電池在重慶生產，即將裝車試驗”等傳聞，比亞迪官方進行“辟謠”，稱其為不實信息。
02誰將率先實現量產
事實上，由于技術和生產工藝等原因，目前國內多數企業宣稱可以量產的固態電池都是半固態電池。中國科學院院士歐陽明高曾在中國電動汽車百人會年會上表示，“固態電池真正投入大規模商業應用大概時間在2025年～2030年之間。”
與衛藍新能源同年成立的清陶能源，已經建成了國內半固態鋰電池生產線。目前公司第一代半固態電池，液體含量在5%～15%，能量密度最大到420Wh/kg，成本可以與如今大量使用的液態鋰電池相當。第二代產品正在小試階段，液體含量降至5%以下，能量密度達到400Wh/kg～500Wh/kg，成本相比液態鋰電池減少20%，并預計在2024年量產。
中創新航方面透露，公司一直在做固態電池的研發，首先是貧液化，然后是半固態，最后到固態。在能量密度上，貧液化將達到400Wh/kg，半固態將達到450Wh/kg，準固態將將達到500Wh/kg。但其并未透露這些新產品的量產時間。
在全球范圍內，諸多相關企業也在固態電池量產賽道上加速奔跑。今年4月，日產發布了其橫濱工廠固態電池生產設備原型，并計劃在2024年建立一條全固態電池試生產線，在2028年將全固態電池推向市場。同月，本田發布了面向2030年的電動汽車事業計劃。其中提到：開展全固態電池示范生產線，投資約430億日元（約合人民幣22億元），計劃于2024年春季啟動。而豐田計劃2025年前全固態電池將實現小規模量產，并首先搭載在混動車型上，2030年前全固態電池要實現持續的、穩定量產。
現代汽車公布的時間表中，計劃在2025年試生產配備固態電池的電動車，在2030年左右實現全面批量生產。LG新能源預計2026年實現全固態電池量產。寶馬計劃2025年前推出搭載固態電池的原型車，在2030年前實現量產。
在美國，電動汽車固態電池開發商SolidPower于今年6月就已宣布完成其自動化固態電池生產線并啟動試生產。據悉，該條生產線將投產新型硫化物固態電池。隨后，SolidPower將對新型固態電池進行測試，未來將向福特和寶馬等車企進行交付。
03還有哪些技術瓶頸
業界普遍認為，全固態電池至少還需要數年時間才有望實現規模量產，這是因為全固態電池的技術和工藝難題仍未完全解決，且成本較高。
“當前的固態電池行業，主流的技術路線有三種，分別是聚合物、硫化物和氧化物。”北京大學新能源材料與技術實驗室主任其魯教授告訴記者，目前國內主要以氧化物路線為主，日韓致力于硫化物技術路線，歐洲走的是聚合物路線，美國則是同時推進多條路線，但各條路線都有長處和技術瓶頸。
在國內大多數企業采用的氧化物技術路線，具有較好的導電性和穩定性，并且離子電導率比聚合物更高，熱穩定性接近1000度，同時機械穩定性和電化學穩定性也都非常好。但氧化物全固態電池存在孔隙率高的問題，由此導致氧化物體系不大可能是全固態電池。目前國內在研發的其實是固液混合的半固態方向，會有較好的能量密度，成本也較低。
硫化物固態電池是上述三種材料體系中電導率最高的，但熱動力穩定性較差，所以如何保持高穩定性是一大難題。其中一種解決方法是進行外層涂覆，但又增加了電池的電阻。另外，硫化物至今仍然無法避免鋰枝晶的產生，而且制備工藝比較復雜，因為硫化物容易與空氣中的水、氧氣反應產生硫化氫有毒氣體。這需要時間來解決工藝難題，也會增加成本。但硫化物全固態電池的潛力最大，豐田在這方面投入了大量的時間、資金作研究，其擁有全世界最多的硫化物固態電池專利。
聚合物固態電池是最早實現裝車測試的，優點是易加工，與現有的液態電解液的生產設備、工藝較為兼容，機械性能好。但其缺點是電導率太低，需要加熱到60度高溫才能正常工作；而且與鋰金屬的穩定性較差，無法適配于高電壓的正極材料，所以限定了其能量密度。而聚合物在高溫下的安全問題并未得到太大改善。因此，聚合物雖然是三條技術路線中最早開始推進的，但一直并未實現大面積應用。
“一方面，目前很多企業對固態電池研究比較務實，且正快速推進；另一方面，未來誰掌握了固態電池的成套技術，誰就能掌握新能源動力的核心，進而率先搶占全球市場，這或許是眾多企業大力加速固態電池早日量產的真正原因。”徐興無如是說。
（中國粉體網編輯整理/文正）
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