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【中国汽车报】有望获得60亿元政府基础研发支持,固态电池在热情与冷静的天平上

日前,有媒体报道称,我国或将投入约60亿元用于全固态电池研发,宁德时代、比亚迪、一汽、上汽、卫蓝新能源和吉利共6家企业有望获得政府基础研发支持。据多位知情人士确认,此项行业内史无前例的项目由政府相关部委牵头实施,鼓励有条件的企业对全固态电池相关技术开展研发。该项目经过严格筛选后,最后具体分为7大项目,聚焦聚合物和硫化物等不同技术路线。

这则消息恐怕并非空穴来风,固态电池已被视为新能源汽车领域发展的大势所趋。国家大手笔的研发支持如果是真,围绕新能源汽车的新一轮技术与产业升级将得到进一步强化。

产业链上下游厉兵秣马

近一段时间以来,全固态电池的研发进展及半固态电池上车的消息层出不穷,多家新能源车企和动力电池供应商披露了相关的研发或量产进展。固态电池正在成为产业链上下游企业争夺的下一个制高点。

在前沿技术方面,全固态电池干法制备取得新突破。近日,中国科学院青岛生物能源与过程研究所固态能源系统技术中心研究团队,利用熔融黏结技术干法制备出具有出色柔韧性的超薄硫化物固态电解质膜,其力学性能、离子电导率及应力耗散特性,可有效抑制电池内部应力不均导致的机械失效。据悉,运用该方法制备出的一体化全固态电池具有优异的界面稳定性、长循环性能。

与此同时,产业链上下游企业也正加快技术研发和生产线建设,为固态电池的量产做准备。

5月29日,亿纬锂能在互动平台上表示,在固态电池领域已开展聚合物类固态电池的研究,目前已初步实现室温下的稳定运行,将在微型电子产品上实现应用。5月22日,天齐锂业在互动平台上表示,已完成下一代固态电池用硫化锂产品首单销售,并且在技术路线和成本上具备较强竞争力;目前硫化锂产品已实现小批量对外销售,后续将继续拓展客户渠道。

5月16日,国轩高科在互动平台上表示,公司能量密度可达360Wh/kg的软包半固态电池已具备产业化能力,目前正对接包括整车、低空飞行等不同领域的客户。5月6日,龙蟠科技在互动平台上表示,全资子公司三金锂电主要从事固态电池的前驱体生产,目前已建成年产5000吨三元前驱体产能。5月8日,海目星在互动平台上表示,公司参与了固态电池设备的开发,对关键技术和关键工艺取得突破,并实现了国内固态及准固态电池中试产线的多种设备和产线的交付及生产,其中有部分设备已实现480Wh/kg的电池量产及销售。4月18日,赢合科技在互动平台上表示,固态电池的发展拉动相关设备需求,公司生产的固态电池设备涂布机已发货到客户现场。

此外,宁德时代首席科学家吴凯在第十六届重庆国际电池技术交流会/展览会(CIBF2024)上称,如果用技术和制造成熟度作为评价体系(以1~9打分),宁德时代的全固态电池研发目前处于4分的水平。他透露,宁德时代的目标是2027年达到7~8分的水平,意味着可以小批量生产全固态电池且机会很大,但大批量生产仍然面临成本等挑战。

宣传模糊易导致概念混淆

随着越来越多企业加入到固态电池的研发和生产行列,外界关注的目光也多了起来。有人质疑究竟是企业为吸引眼球而制造噱头,还是技术真有了实质性进展。对此,业内人士普遍认为,固态电池的研发和生产确在加速发展。同时,随着技术的不断进步和成本的逐步降低,固态电池的商业化应用也越来越接近现实。

上海钢联新能源事业部分析师常柯表示,目前固态电池处于液态电池转向半固态电池量产上线阶段,例如海外固态电池研发进度加快,国内上汽集团等车企纷纷表示预计“全固态电池2027年量产”。

4月8日,配装“超快充固态电池1.0”的上汽智己L6正式亮相。根据智己汽车公布的信息,该款电池包的带电量超130kWh,电池单体能量密度达368Wh,CLTC综合续驶里程突破1000公里,可实现充电10分钟行驶400公里的补能效率。

需要指出的是,智己L6所配装的实际上是半固态电池。此前已有卫蓝新能源、清陶能源和赣锋锂业等企业实现半固态电池的量产装车,东风和蔚来汽车等企业的相关产品投入市场。

固态电池以其高安全性、长寿命和高能量密度等特点备受瞩目。然而,目前市场上的固态电池技术尚未完全成熟,大规模应用仍面临一定的挑战。半固态电池作为走向全固态电池的过渡阶段,在一定程度上保留了液态电池的优势,同时也在安全性能上有所提升。

上汽清陶能源科技有限公司总经理李峥在CIBF2024上表示,公众对于半固态的理解有差异,行业缺乏明确标准。“清陶能源的半固态不是凝胶态。对我们来说,半固态到全固态是逐步升级,能存液体的空间越来越小,直到没有液体,能量密度随之越来越高。我们认为,半固态电池的发展能支撑全固态电池的发展,也是到全固态的必然发展过程。”他称。

为何固态电池的发展背上了急功近利和炒作概念之嫌?这或许与一些宣传上的模糊说法,造成业内外对于全固态电池与半固态电池之间的差异混淆脱不开关系。据介绍,动力电池按照液态电解质占电芯的比重,一般可划分为液态(25%)、半固态(5%~10%)、准固态(0~5%)和全固态(0%)。业内人士指出,在追求技术突破和产业化进程的同时,也需要避免过度宣传和浮躁情绪的影响,只有踏实推进技术研发和产业化进程,才能真正推动固态电池技术的健康发展。

跨越技术与成本双重难关

常柯表示,固态电池量产主要面临三方面的挑战,一是能量密度提升需要整个产业链适配,正极材料向无钴靠拢,富锂锰基潜力巨大,但目前难以解决电压衰减、循环寿命低等问题,产业化进程受限;二是受技术制约,当前固态电池工艺尚未成熟,其发展亟需解决3个核心科学问题,即固态电解质的离子输运机制、锂枝晶生长机制和多场耦合下的失效失控机制;三是受成本制约,部分材料售价昂贵,阻碍固态电池的量产解决方案。作为液态电池和固态电池的折中产品,半固态电池有望率先量产。固态电池比传统锂电池更容易适配锂金属负极和硅碳负极,但硅碳负极所需涂覆的额外电解质导致成本高,锂金属负极成本虽然较低,但技术上仍存在锂枝晶反应等难关。

“固态电池的量产有众多关键技术难题有待解决。如固态电解质和电极间的界面问题,以及金属锂负极的锂枝晶问题,电池层级的安全管理策略等关键技术也不成熟。”孙昱晗表示,“工程化制备技术也有待突破,一是固态电池装车应用需要数百兆帕的超高压工艺,实现结构完全致密化以解决界面问题,相关的工艺和装备有待开发优化;二是固态电池需要严苛的工艺环境,远高于现有液态电池的湿度要求,才能避免释放剧毒硫化氢气体;三是固态电池工艺一致性要求更高,需要强大的工程能力和制造经验进行支持。”

整体来看,成本和技术仍是固态电池量产的主要拦路虎。曹广平认为,固态类电池发展总体乐观,因为多条技术方向上有可能竞争出1~2条比较好的产品路线。目前难点主要是集中在界面阻抗、稳定性、寿命、工艺以及成本上,且这些要素之间相互影响。因此,在相互作用以及共同发展过程中,行业还必须经过多轮实验室测试、小试、中试等来回反复的阶段,不同的技术路线会展现不同的特点。

“固态电池是下一代动力电池产业技术竞争的战略制高点。固态电池在比能量、安全性、温度适应性等方面较传统液态电池具有革命性优势,可支撑新能源汽车满足全场景、全气候、高安全的使用需求,是企业在下一代动力电池竞争中取得优势的实现路径,也是巩固扩大我国智能网联新能源汽车产业领先优势的重要抓手。”孙昱晗表示,除新能源汽车外,固态电池在航空航天、国防军工等战略性领域同样具有广阔的应用前景。因此,固态电池产业发展具有战略意义,需要产业各方协同推动发展。

上车时间或在2027年前后

虽然存在部分质疑声音,但这并没有阻挡固态电池的发展步伐,整车厂商纷纷开始公布明确的上车时间表。

5月24日,上汽集团表示,2027年配装全固态电池的智己新车将实现量产,并正式交付用户;后续,全固态电池能量密度有望进一步提升至500Wh/kg。广汽集团也发布了全固态电池将于2026年量产装车的消息。丰田、日产、本田分别计划于2027年、2028年和2030年投放配装全固态电池车型。三星SDI、SK On、LG新能源也发布了全固态电池的商业化计划。

日前,东方证券发布研报称,国内固态电池材料体系全面优化,产业链存在较多潜在机会。电解质为固态电池关键创新点;正负极材料向高性能方向迭代,打开高三元、硅基负极乃至锂金属负极的应用空间;封装多采用软包路线,塑膜需求有望提升。由于近期固态电池利好不断,该机构看好产业化发展过程中不断涌现的阶段性机会。

“目前,全固态电池处于由技术突破到工程化实现的发展阶段。全固态电池主流技术路线尚未明确,硫化物、氧化物聚合物复合等多条技术路线共同发展。”中国汽车战略与政策研究中心高级研究员孙昱晗介绍说,根据调研了解,目前国内外重点企业仍在针对全固态电池界面、析锂等核心卡点问题开展技术攻关,部分企业建设中试线尝试相关技术的工程化实现。他认为,2027年,全固态电池有望实现装车应用,实现从“0”到“1”的突破;2030年后,经过一代产品的迭代,预计可以实现规模量产,产业链逐步打通。

车夫咨询合伙人曹广平认为,固态电池目前处于“技术可期、产业探索、商用尚早、市场呼唤”的发展阶段。全固态电池由于各方面仍不太成熟,甚至技术路线也未完全确定,所以量产时间还很难说,但固态类的电池,尤其是半固态电池的实验室研发已与车企对接,因此可能在2025~2030年批量生产。

不过,有业内专家强调,量产和产业化完全是两个概念,技术成熟就可以生产产品,但产业化不是一两家企业就能实现的,而是整条产业链上的企业都能够做到;只有达到一定规模,产品成本才有下降空间,否则以液态电池5、6倍的价格,固态电池凭什么在市场上立足?中国科学院院士、清华大学教授欧阳明高也曾直言,虽然到2030年全固态电池有望实现产业化,但在当下阶段企业还应脚踏实地解决关键问题。

行业内半固态电池纷至沓来热潮的背后,究竟谁等不及了?是车企急于提升产品竞争力,还是供应链渴望抓住新的增长机遇?是终端市场期待更先进的电池技术,还是资本看好固态电池产业化的前景?这个问题的答案恐怕并不是单一的。固态电池作为一种颠覆性的技术,其潜在的商业价值巨大。固态电池的量产还关系到科技主导权之争。谁能够真正率先量产,谁就会占据新的主导权。中国在动力电池上的领先优势,也需要进一步延伸到固态电池领域之中。

寻求突破也要用好现有资源

欧阳明高表示,全固态电池是公认的下一代电池首选方案之一,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。但他同时提醒,半固态电池正在试装车,良品率、电池成本、充电倍率、循环寿命这些问题还需要解决。从全行业看,中国既要发展渐进性的半固态技术路线,又要防范激进型全固态技术路线带来的颠覆性风险。

对此,孙昱晗认为,全固态电池与正极材料体系兼容度高,但对负极材料、隔膜、电解液、制造装备等现有产业链环节造成较大影响。负极材料方面,固态电池采用锂金属负极与固态电解质匹配,能充分体现全固态电池高能量密度的特点,未来金属锂有望成为全固态电池的主流负极材料,对现有石墨等负极材料体系造成冲击。电解液方面,氧化物、硫化物等无机固态电解质通常采用溶剂凝胶、高温固相、高温烧结等方法制备,不再需要传统电解液的溶质和溶剂,将完全取代当前电解液体系,对产业带来颠覆性变革。隔膜方面,全固态电解质体系下,可能会逐步取消使用现有液态电池体系下的隔膜,对现有锂电隔膜产业影响较大。生产制造装备方面,注液机等个别设备会被完全取消,需要增配与固态电解质成膜、等静压、干法电极等工艺相匹配的设备,对生产制造装备升级提出较大的挑战。

在业内专家看来,以应用为本,高性能锂电池的发展之路应多维并进,除对固态电池这一前沿技术开展探索外,同样不能忽视在液态电池领域的深厚积淀和显著优势。这些优势不仅体现在技术研发的成熟度上,还展现在产业链完善、成本控制及市场应用广泛等多个方面。

液态电池仍有一定的提升潜力和广阔的发展空间。随着新材料、新工艺的不断涌现,中国动力电池产业链有望进一步提升锂电池的能量密度,提升新能源汽车的续驶里程和安全性能。在充电速度方面,通过优化电池结构、提升充电效率等技术手段,可进一步缩短充电时间,提高用户体验。因此,在推动高性能锂电池发展的过程中,我国应充分利用现有优势,延续在非固态电池领域的领先地位,并不断挖掘和拓展新的技术方向和应用场景。


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