多位知情人士確認(rèn)，此項(xiàng)行業(yè)內(nèi)史無(wú)前例的項(xiàng)目由政府相關(guān)部委牽頭實(shí)施，鼓勵(lì)有條件的企業(yè)對(duì)全固態(tài)電池相關(guān)技術(shù)開(kāi)展研發(fā)。
 

　　根據(jù)液態(tài)電解質(zhì)在電池中的質(zhì)量百分比含量，可將鋰電池分為液態(tài)電池、半固態(tài)電池、準(zhǔn)固態(tài)電池和全固態(tài)電池，其中半固態(tài)、準(zhǔn)固態(tài)和全固態(tài)3種統(tǒng)稱為固態(tài)電池。EVTank在《中國(guó)固態(tài)電池行業(yè)發(fā)展白皮書(shū)》中將電解液含量低于10%的電池定義為半固態(tài)電池，將完全不含電解液的電池定義為全固態(tài)電池。固態(tài)電池能量密度更高，安全性能更好。固態(tài)電池在高能量密度、高安全性方面優(yōu)勢(shì)明顯。
 

資料來(lái)源：許曉雄等《為全固態(tài)鋰電池“正名”》、起點(diǎn)鋰電

 

　　群雄逐鹿，產(chǎn)業(yè)化升級(jí)
 

　　近年來(lái)，全球各國(guó)各地區(qū)都在積極推進(jìn)固態(tài)電池研發(fā)。中國(guó)2021年出臺(tái)《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2021-2035)》，2023年發(fā)布《關(guān)于推動(dòng)能源電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》都包含固態(tài)電池相關(guān)推進(jìn)意見(jiàn)。美國(guó)2021年發(fā)布《鋰電池2021-2030年國(guó)家藍(lán)圖》，目標(biāo)2030年實(shí)現(xiàn)固態(tài)電池規(guī)?；a(chǎn)。日本2022年更新《蓄電池產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略》，也提出了2030年固態(tài)電池商業(yè)化。韓國(guó)發(fā)布《2030二次電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略》和《二次電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新戰(zhàn)略》，提出2026年實(shí)現(xiàn)車端固態(tài)電池商業(yè)目標(biāo)。歐盟也在2023年發(fā)布《歐洲電池研發(fā)創(chuàng)新路線圖》和第三版《電池2030+路線圖》，提出相關(guān)預(yù)期目標(biāo)。
 

　　產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)：中國(guó)臺(tái)灣輝能科技中試線送樣。輝能科技成立于2006年，專注于固態(tài)電池的研究、開(kāi)發(fā)和制造。通過(guò)其中試生產(chǎn)線，已向全球汽車公司提供約8000個(gè)固態(tài)電池樣品。
 

　　車端應(yīng)用：蔚來(lái)、智己、廣汽搭載固態(tài)電池新車型即將上市。據(jù)電池中國(guó)，蔚來(lái)汽車搭載的半固態(tài)電池，能量密度360Wh/kg，容量150KWh，預(yù)計(jì)2024年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn);智己L6搭載光年固態(tài)電池，能量密度368Wh/kg，續(xù)航可達(dá)1000公里;廣汽昊鉑全固態(tài)電池，能量密度400Wh/kg以上，預(yù)計(jì)2026年裝車。
 

　　低空經(jīng)濟(jì)催化：政策引導(dǎo)固態(tài)電池動(dòng)力方向。2024年3月27日，工信部、科技部、財(cái)政部、民用航空局聯(lián)合發(fā)布《通用航空裝備創(chuàng)新應(yīng)用實(shí)施方案(2024-2030年)》通知，明確指出：“加快布局新能源通用航空動(dòng)力技術(shù)和裝備，推動(dòng)400Wh/kg級(jí)航空鋰電池產(chǎn)品投入量產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)500Wh/kg級(jí)航空鋰電池產(chǎn)品應(yīng)用驗(yàn)證”，引導(dǎo)固態(tài)電池動(dòng)力方向。
 

　　中國(guó)部分動(dòng)力電池廠商固態(tài)電池布局情況：
 

固態(tài)電池優(yōu)勢(shì)明顯，但量產(chǎn)路并不平坦
 

　　能量密度提升。正極材料向無(wú)鈷靠攏，富鋰錳基潛力巨大。對(duì)比液態(tài)電池，固態(tài)電池可容納新的電極材料，譬如富鋰錳基。常規(guī)電壓下的富鋰錳基材料在目前所有商業(yè)化的正極材料里，循環(huán)穩(wěn)定性最好，45℃下充放電1700周容量保持率88%。但是，因?yàn)槟壳半y以解決電壓衰減、循環(huán)壽命低等問(wèn)題，產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程受限。負(fù)極方面，固態(tài)電池比傳統(tǒng)鋰電池更容易適配鋰金屬負(fù)極和硅碳負(fù)極，因?yàn)楣虘B(tài)電解質(zhì)由固態(tài)材料構(gòu)成，具有較高的化學(xué)穩(wěn)定性，對(duì)鋰金屬負(fù)極的鋰枝晶的形成及硅的膨脹起抑制作用。采用鋰金屬負(fù)極能量密度最高、接近400Wh/kg。右圖中，正極均采用100um厚的NCM811，4種不同電芯比較下，采用鋰金屬負(fù)極材料的固態(tài)電池能量密度最高。電芯內(nèi)部串聯(lián)能有效提升固態(tài)電池電壓，提高體積能量密度。
 

　　安全性優(yōu)勢(shì)顯著。相比液態(tài)電池，固態(tài)電池具有較高的化學(xué)和熱穩(wěn)定性，能夠有效抑制鋰電池中發(fā)生熱失控或燃燒的風(fēng)險(xiǎn)，電池在被刺破時(shí)仍可安全運(yùn)行，不會(huì)泄漏或爆炸。根據(jù)豐田研發(fā)實(shí)驗(yàn)室的報(bào)告，通過(guò)對(duì)比研究NCA/NCM鋰電池和鈮摻雜鋰鑭鋯氧(LLZNO)全固態(tài)電池的產(chǎn)熱特性，豐田發(fā)現(xiàn)全固態(tài)電池產(chǎn)熱量只有傳統(tǒng)鋰電池的25-30%，因此具有顯著的安全性優(yōu)勢(shì)?？紤]其放熱量依然存在，還需進(jìn)一步降低放熱量，以實(shí)現(xiàn)真正意義的“安全”。
 

　　低溫性能顯著。固態(tài)電解質(zhì)在寬溫度范圍內(nèi)保持固態(tài)，不完全喪失離子傳導(dǎo)功能，是其潛在優(yōu)勢(shì)之一。近期，智己汽車宣布，全球首款搭載“超快充固態(tài)電池”智己L6將于5月正式上市，該電池由上汽集團(tuán)與清陶能源聯(lián)合研發(fā)制造，可實(shí)現(xiàn)1000km以上超長(zhǎng)續(xù)航，且低溫性能出色。液態(tài)電池的電解液在低溫下粘度大幅增加，鋰離子遷移速度顯著降低，因此冬季性能較差。相比之下，固態(tài)電解質(zhì)在低溫下電導(dǎo)率也會(huì)降低，但受溫度影響幅度較小，即使在-30℃環(huán)境下，放電容量保持率也能達(dá)到90%以上，低溫續(xù)航更好。
 

　　離子電導(dǎo)率低。固態(tài)電解質(zhì)中離子間相互作用強(qiáng)，因此離子電導(dǎo)率低?？梢詮牟牧?、工藝等方面進(jìn)行改進(jìn)。
 

　　量產(chǎn)難度大。受技術(shù)和成本制約，固態(tài)電池量產(chǎn)難度大。技術(shù)上，當(dāng)前固態(tài)電池工藝尚未成熟，其發(fā)展亟需解決三個(gè)核心科學(xué)問(wèn)題，即固態(tài)電解質(zhì)的離子輸運(yùn)機(jī)制、鋰枝晶生長(zhǎng)機(jī)制和多場(chǎng)耦合下的失效失控機(jī)制。成本上，部分材料售價(jià)昂貴，阻礙固態(tài)電池的量產(chǎn)。
 

　　成本高。負(fù)極材料成本偏差最大，尤其是硅碳負(fù)極所需涂覆的額外電解質(zhì)導(dǎo)致成本高昂，鋰金屬負(fù)極成本雖然較低但技術(shù)上仍存在難關(guān)。目前固態(tài)電池已商業(yè)化銷售實(shí)例少，以蔚來(lái)2023年7月上線的150kWh電池包信息測(cè)算，其半固態(tài)電池成本約為1.7-2.2元/Wh，遠(yuǎn)高于同期車用方形三元電芯、鐵鋰電芯均價(jià)0.73、0.65元/Wh。截止2024年4月3日,方形三元電芯、鐵鋰電芯均價(jià)已降至0.465、0.375元/Wh，液態(tài)鋰電池均價(jià)持續(xù)下降，固態(tài)電池降本方面仍面臨不小挑戰(zhàn)。
 

　　結(jié)語(yǔ)：固態(tài)/半固態(tài)電池技術(shù)是突破鋰離子電池能量密度上限的關(guān)鍵路徑，是電動(dòng)車的第二次能源革命。隨著新能源汽車需求不斷增長(zhǎng)和市場(chǎng)占比提高，固態(tài)電池將成為鋰電發(fā)展的終極方向，固液混合的半固態(tài)電池對(duì)于現(xiàn)有以液態(tài)鋰電子為基礎(chǔ)的產(chǎn)業(yè)鏈更迭較小，成為國(guó)內(nèi)當(dāng)下的主流過(guò)渡路線。
 

　　技術(shù)和成本的挑戰(zhàn)，我認(rèn)為全固態(tài)電池真正商業(yè)化之路還很長(zhǎng)，液態(tài)電池依然將處于電動(dòng)車應(yīng)用的主流。
 

　　根據(jù)咨詢機(jī)構(gòu)EVTank的預(yù)測(cè)，到2030年，全球鋰電池市場(chǎng)中，90%左右的份額仍將是傳統(tǒng)的液態(tài)電池，剩余約10%為固態(tài)電池。在固態(tài)電池所占據(jù)的市場(chǎng)份額中，大部分將屬于半固態(tài)電池。