固态电池开启量产夺位赛

wujiang009 · 发表于 2022-12-21 12:48:50

         固态电池，正在准备迎接新的“风口”。
         近日，东风汽车表示，其正在研发第二代、第三代固态电池，以及自主陶核电芯，布局固态电池全价值链技术生态。其中，第二代固态电池有望在2024年上半年量产，届时整车续航里程可达1000公里以上。
         几乎与此同时，多家相关企业也纷纷亮出自己的固态电池量产时间表。长城汽车旗下的蜂巢能源计划2025年量产固态电池，卫蓝新能源称最快将于2026年量产全固态电池，日产的固态电池量产则要到2028年，而蔚来汽车宣布2023年将向市场推出搭载固态电池的ET7轿车……谁将最先量产固态电池，备受瞩目。
         01
         谁在布局固态电池
         眼下，越来越多的汽车企业、电池企业、材料企业布局固态电池。
         “东风汽车是国内最早研发固态电池的车企之一。”东风技术中心前瞻研究中心高级研发经理刘敏向记者表示，自2018年组建东风技术中心前瞻研究中心固态电池团队至今，该团队设计开发的固态电池技术，实现了从关键材料到电芯再到系统“卡脖子”技术的突破，有望进一步缓解新能源车主“里程焦虑”问题。今年1月，由东风技术中心与赣锋锂业合作开发的东风-赣锋高比能固态电池E70示范运营车正式交付，而且该车已在工信部获批《免征车辆购置税的新能源汽车车型》（第五十一批）。目前，有50辆搭载固态电池的东风风神E70在全国4省8地开展示范运营，示范运营里程至今已达35万公里。
         尽管开发固态电池的相关企业都在默默走自己的路，但这一领域事实上已经形成了新的竞争态势。2021年，蔚来汽车就发布了一款单体能量密度达360Wh/kg的半固态电池包产品，并称将搭载于蔚来首款轿车ET7上，但其当初计划的于2022年第四季度上市看来已经难以实现，于是推迟到2023年。
         今年5月，国轩高科在公司第十一届科技大会上发布了一款半固态电池，其电芯能量密度同样达到360Wh/kg，有望在明年初量产上车。“锂离子电池的电芯包括正负极、电解质、隔膜等，半固态电池提高能量密度走的是电解质提升技术路线。”国轩高科工程研究总院副院长徐兴无在接受记者采访时谈到，电解质材料的演进正从电解液向半固态电解质、准固态电解质、全固态电解质发展，因此也相应地出现了半固态电池、全固态电池的称呼。国轩高科400Wh/kg的半固态电池已有原型样品，未来还将通过技术创新落地硅基负极迭代，锂金属负极等技术，争取最终实现全固态。
         截至目前，国内的辉能科技、清陶能源、卫蓝新能源等企业均已公开表示，已经具备量产半固态电池的能力。而在国外，奔驰、宝马、福特、通用、现代、丰田、本田等车企及LG新能源等动力电池企业均对此作出布局。
         耐人寻味的是，近日，针对此前市场上“比亚迪全固态锂电池在重庆生产，即将装车试验”等传闻，比亚迪官方进行“辟谣”，称其为不实信息。

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         谁将率先实现量产
         事实上，由于技术和生产工艺等原因，目前国内多数企业宣称可以量产的固态电池都是半固态电池。中国科学院院士欧阳明高曾在中国电动汽车百人会年会上表示，“固态电池真正投入大规模商业应用大概时间在2025年～2030年之间。”
         与卫蓝新能源同年成立的清陶能源，已经建成了国内半固态锂电池生产线。目前公司第一代半固态电池，液体含量在5%～15%，能量密度最大到420Wh/kg，成本可以与如今大量使用的液态锂电池相当。第二代产品正在小试阶段，液体含量降至5%以下，能量密度达到400 Wh/kg～500Wh/kg，成本相比液态锂电池减少20%，并预计在2024年量产。
         中创新航方面透露，公司一直在做固态电池的研发，首先是贫液化，然后是半固态，最后到固态。在能量密度上，贫液化将达到400Wh/kg，半固态将达到450Wh/kg，准固态将将达到500Wh/kg。但其并未透露这些新产品的量产时间。
         在全球范围内，诸多相关企业也在固态电池量产赛道上加速奔跑。今年4月，日产发布了其横滨工厂固态电池生产设备原型，并计划在2024年建立一条全固态电池试生产线，在2028年将全固态电池推向市场。同月，本田发布了面向2030年的电动汽车事业计划。其中提到：开展全固态电池示范生产线，投资约430亿日元（约合人民币22亿元），计划于2024年春季启动。而丰田计划2025年前全固态电池将实现小规模量产，并首先搭载在混动车型上，2030年前全固态电池要实现持续的、稳定量产。
         现代汽车公布的时间表中，计划在2025年试生产配备固态电池的电动车，在2030年左右实现全面批量生产。LG新能源预计2026年实现全固态电池量产。宝马计划2025年前推出搭载固态电池的原型车，在2030年前实现量产。
         在美国，电动汽车固态电池开发商Solid Power于今年6月就已宣布完成其自动化固态电池生产线并启动试生产。据悉，该条生产线将投产新型硫化物固态电池。随后，Solid Power将对新型固态电池进行测试，未来将向福特和宝马等车企进行交付。

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         还有哪些技术瓶颈
         业界普遍认为，全固态电池至少还需要数年时间才有望实现规模量产，这是因为全固态电池的技术和工艺难题仍未完全解决，且成本较高。
         “当前的固态电池行业，主流的技术路线有三种，分别是聚合物、硫化物和氧化物。”北京大学新能源材料与技术实验室主任其鲁教授告诉记者，目前国内主要以氧化物路线为主，日韩致力于硫化物技术路线，欧洲走的是聚合物路线，美国则是同时推进多条路线，但各条路线都有长处和技术瓶颈。
         在国内大多数企业采用的氧化物技术路线，具有较好的导电性和稳定性，并且离子电导率比聚合物更高，热稳定性接近1000度，同时机械稳定性和电化学稳定性也都非常好。但氧化物全固态电池存在孔隙率高的问题，由此导致氧化物体系不大可能是全固态电池。目前国内在研发的其实是固液混合的半固态方向，会有较好的能量密度，成本也较低。
         硫化物固态电池是上述三种材料体系中电导率最高的，但热动力稳定性较差，所以如何保持高稳定性是一大难题。其中一种解决方法是进行外层涂覆，但又增加了电池的电阻。另外，硫化物至今仍然无法避免锂枝晶的产生，而且制备工艺比较复杂，因为硫化物容易与空气中的水、氧气反应产生硫化氢有毒气体。这需要时间来解决工艺难题，也会增加成本。但硫化物全固态电池的潜力最大，丰田在这方面投入了大量的时间、资金作研究，其拥有全世界最多的硫化物固态电池专利。
         聚合物固态电池是最早实现装车测试的，优点是易加工，与现有的液态电解液的生产设备、工艺较为兼容，机械性能好。但其缺点是电导率太低，需要加热到60度高温才能正常工作；而且与锂金属的稳定性较差，无法适配于高电压的正极材料，所以限定了其能量密度。而聚合物在高温下的安全问题并未得到太大改善。因此，聚合物虽然是三条技术路线中最早开始推进的，但一直并未实现大面积应用。
         “一方面，目前很多企业对固态电池研究比较务实，且正快速推进；另一方面，未来谁掌握了固态电池的成套技术，谁就能掌握新能源动力的核心，进而率先抢占全球市场，这或许是众多企业大力加速固态电池早日量产的真正原因。”徐兴无如是说。
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