来源:钛媒体
![(世界动力电池大会现场,来源:宜宾市委宣传部供图)](http://n.sinaimg.cn/sinakd20240902s/0/w1920h1280/20240902/0cc1-081ce1aff19d087055193086aaac094c.jpg)
“研究全固态电池的关键在于材料,还有就是化学体系,最难搞的是颗粒与颗粒间的离子传输问题。目前宁德时代的全固态电池还在试验阶段,做出了一些小器件在验证,还没法进行全面评估。”9月1日-2日,2024世界动力电池大会在四川宜宾召开,从展会到论坛,包括宁德时代及其董事长曾毓群在内,固态电池被聚焦、被讨论,占据绝对C位。
随着现有液态锂离子电池密度已接近理论极限,产业链上均加速布局新一代电池技术,这其中,固态电池因高安全性和高能量密度而被重点押注。
然而,就钛媒体APP在现场走访观察,目前固态电池的技术路线“百花齐放”,但依然都处于实验室阶段,各技术路线目前都存在固体电解质和电池材料更新等共性难点,降本依然是产业化需要解决的核心问题。
业内普遍认为,在各方研发攻关下,固态电池可能在3C或eVOTL领域率先应用,但首先得解决低压力运行的问题;到2027年或更久一点,有望实现在整车上的小规模验证;到2030-2035年,快充性能和电池成本达到一定的竞争力,特别在高性能车上有一定竞争力,应用规模才会逐渐扩大。
技术路线“百花齐放”
在展会现场,多家企业均展示了其固态/半固态产品。欧阳明高院士工作站展示的是高安全固态电池,实际也是半固态电池,成品容量110Ah,能量密度363Wh/kg,循环次数为1200,预计明年将实现4GWh的量产。
东驰新能源展示的是半固态磷酸铁锂电池,目前公司已投产一条中试线,年产能500MWh。车企方面,广汽埃安展出了此前发布的处于小试阶段的昊铂全固态电池样品,东风集团则推出一款电芯能量密度高达405Wh/kg的半固态电池。
此外,沃飞长空展区也十分火爆,其展出的AE200是一型5-6座级倾转旋翼纯电动垂直起降有人驾驶载人eVTOL,据展台工作人员介绍,该飞行器在实验过程中已开始使用半固态电池。
![(沃飞长空飞行器展示,来源:钛媒体APP拍摄)](http://n.sinaimg.cn/sinakd20240902s/333/w1706h1027/20240902/254a-8788d19c034e671021d302f00c586da9.jpg)
钛媒体APP注意到,当前推出的固态电池产品实际都是半固态电池,但半固态电池既没有统一的名字,也没有统一的标准,固液混合、半固态、准固态的概念层出不穷,还处于比较粗放的阶段。展区内一生产半/固态电池关键材料企业的负责人告诉钛媒体APP,“这是因为目前处于过渡阶段,各家采取的技术路线不同,全固态电池则仍在研发攻关阶段,很难有统一的标准。”
中南大学冶金学院副院长刘芳洋介绍,目前固态电池基于电解质的划分,主要有硫化物、聚合物、氧化物,当然还有卤化物和其他的,学术上还有很多新的电解质体系。“目前来讲,固态电池技术是百花齐放,各个路线都在往前走。”
但各技术路线均存在技术和材料上难题,刘芳洋就坦言,每一类都有自己的优点,也有自己的不足,最终就是看综合性能:聚合物加工性能比较好,跟原来产线相对兼容,搞了多年、学术文章发了很多,但离子电导率确实很难大幅度提升;氧化物离子电导率高一两个性能,但是硬碰硬怎么样接触的问题始终未解,如果能找到冷压情况下能够变形、能与正极很好接触的材料也很好;硫化物存在稳定性窗口的问题,我们课题组跟恩捷股份合作做出硫化物固态电池样品,能够实现一定性能的展示,但除了高温性能和安全性能好,其他性能确实比不上液态,好在这只是一个开始,后续还需要过程;还有卤化物这个材料也非常有特点,跟高电压正极比较兼容,将来有可能跟硫化物配合在一起放在正极侧,负极侧用硫化物。
天原集团常务副总经理、宜宾锂宝董事长兼总经理王政强也提到,全球都在开展固态电池技术研发,日本在研发液态电池的时候同步开展固态电池的研发,可能日本走在最前,但现在全球的技术还是存在很大缺陷:第一是界面稳定性,核心物质和固态电解质接触界面稳定性不够;第二是物理接触不好,因为固态电解质和固态活性材料界面接触不好;第三是固态电解质大多数离子电导率还是比液态电解质低很多,这也是固态电池技术研发和改进的重要方向。
核心仍是降本
如是所言,技术路线“百花齐放”,各大企业均加速布局具备高安全、高导特征的固态电解质以及相适应的正负极材料,但要实现商业化应用,除了技术攻关和材料性能提升外,关键还在降本。
“原材料其实都不贵,但要做成固态电池就贵了,毕竟现在固态电池的产业链还未形成规模,没有批量生产的设备。比如,生产材料的湿度要控制在一个极低的水平,或电解质需要在一种惰性气体氛围下才能制备,这就要求比较高的成本。”欧阳明高院士工作站董事长兼总经理华剑锋告诉钛媒体APP,目前其团队很大一部分精力就是在降成本。一方面,通过核心工艺降低关键材料的成本;另一方面,在宜宾落地固态电池产业基地,与当地产业、企业协同以实现降本。
北京卫蓝新能源科技股份有限公司董事长俞会根也向钛媒体APP表示,“原材料金属的价格不贵,主要是工艺成本比较高。当下整个产业链量没有起来的时候,它的成本相对会比较高。”
基于当前的成本偏高,业内普遍认为,固态电池的应用或先在3C或eVOTL领域。广汽埃安新能源汽车股份有限公司电池研发部负责人李进谈到:“3C对价格成本不那么敏感,而且都是小容量小尺寸的,对于做前期固态电池产品开发来说相对容易一些。”
长安汽车先进电池研究院副总经理、深蓝汽车动力开发副总经理杜长虹也说,国内这一轮调研下来之后,面向商品化的全固态电池还不能实现从材料到电芯到工艺的全流程,而且受制于这些方面,可能全固态优先会在深空、深海、无人机等领域实现。
但李进强调,3C也需要解决固态电池低压力下运行的问题,且3C这种应用场景可能没有空间去做结构的优化,需要电芯本身的性能要达到这个水平。只有解决了低压力下运行的问题,才能更广泛的去应用。
2030年或是商业化关键节点
“宁德时代的全固态电池研究已经花了7、8年时间,一直在寻求突破。”曾毓群坦言,如果用技术和制造成熟度1到9作为评价体系,宁德时代的全固态电池研发目前处于‘4’的水平。其进一步表示,根据公司自身研发进展及全世界全固态电池发展情况来看,宁德时代应该是领先一大步。
“头羊”尚处于研发阶段,全固态电池的产业化、商业化时间表备受关注。目前,2027年和2030年基本是行业公认的关键节点,但这个时点是一个时间段,而不是一个绝对的时间点。
“最早是从丰田、三星提出了2027年,我们国内有这种大项目是2027年,到目前公司节点是2027年,所以2027年变成了我们必须完成的一个节点。”四川新能源汽车创新中心固态电池与新材料中心主任朱高龙解释了2027年作为全固态电池重要节点的由来。
在其看来,全固态电池是有可能在2027年实现局部地区小范围产品化应用的。但其同时强调,2027年只是一个初级阶段,在这个阶段,整个电池首先规模小、成本肯定下不来,硫化物体系本来是高锂盐体系,肯定成本更高,成本下不来的话,只会有小量的市场。
李进指出,2027年实现全固态电池的装车是比较有挑战的。整体来说,固态电池在关键材料、可以满足车规级要求的大容量大尺寸的这种全固态电池的设计,包括工艺还有装备的开发,以及怎么去解决界面的问题、适用于全固态电池的整包的电池系统的设计等等诸多课题,至少还需要2年时间去做,至少要达到我们现在对整车电池需求——最基本达到1000周的循环,同时做电池集成的时候不能在很大的面下去运行,至少要做到3兆帕以下的压力甚至更低,才能适应整体电池包的设计和整车的需求。“大概2年的时间去走通这个技术路径后,实际上车还需大概有1年时间去跑整车验证,还有夏季标定、耐久验证等。”
刘芳洋持雷同的观点,可能从2027年起,整个示范可以先把电池先装到车上,然后电池性能提升一致性保障,到了2030年以后,最开始单辆车的验证、然后到小规模的、再到大批量应用。
俞会根则相对乐观,其表示:“我们公司的硫化物固态电池今年是有销售额的,复合全固态今年会完成A样,到明年这个时候,应该在市场上能买到我们的产品。到2027年,大几百辆上千辆的车装全固态电池在路上跑我觉得完全可能。”
但其也表示,现在的全固态电池还是比较初期的,现在做的都是10安时这个级别的,还没有做到50安时或者100安时,汽车上更大的200安时这个级别难度确实非常大。
“固态电池急不得,要一步一步来,一次性做出来的就只能是一个样品,只能供参观用,供做广告用,供领导视察用,这是没有意义的。”中国科学院院士、清华大学教授欧阳明高认为,电池不是一天就可以被颠覆的,企业做固态电池欲速则不达,循序渐进是最快的速度,先解决电解质问题,然后解决负极问题,再解决正极问题。最开始固态电池能量密度可能没有想象中高,但是可以提高电池安全性、简化热管理,我们的最终目标还是要在2030年实现固态电池的大规模产业化。(本文首发于钛媒体APP,作者|苏启桃)
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