多位知情人士確認，此項行業(yè)內(nèi)史無前例的項目由政府相關部委牽頭實施，鼓勵有條件的企業(yè)對全固態(tài)電池相關技術開展研發(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、準固態(tài)電池和全固態(tài)電池，其中半固態(tài)、準固態(tài)和全固態(tài)3種統(tǒng)稱為固態(tài)電池。EVTank在《中國固態(tài)電池行業(yè)發(fā)展白皮書》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)勢明顯。
 

資料來源：許曉雄等《為全固態(tài)鋰電池“正名”》、起點鋰電

 

　　群雄逐鹿，產(chǎn)業(yè)化升級
 

　　近年來，全球各國各地區(qū)都在積極推進固態(tài)電池研發(fā)。中國2021年出臺《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2021-2035)》，2023年發(fā)布《關于推動能源電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導意見》都包含固態(tài)電池相關推進意見。美國2021年發(fā)布《鋰電池2021-2030年國家藍圖》，目標2030年實現(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年實現(xiàn)車端固態(tài)電池商業(yè)目標。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》，提出相關預期目標。
 

　　產(chǎn)業(yè)化推進：中國臺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、開發(fā)和制造。通過其中試生產(chǎn)線，已向全球汽車公司提供約8000個固態(tài)電池樣品。
 

　　車端應用：蔚來、智己、廣汽搭載固態(tài)電池新車型即將上市。據(jù)電池中國，蔚來汽車搭載的半固態(tài)電池，能量密度360Wh/kg，容量150KWh，預計2024年實現(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1000公里;廣汽昊鉑全固態(tài)電池，能量密度400Wh/kg以上，預計2026年裝車。
 

　　低空經(jīng)濟催化：政策引導固態(tài)電池動力方向。2024年3月27日，工信部、科技部、財政部、民用航空局聯(lián)合發(fā)布《通用航空裝備創(chuàng)新應用實施方案(2024-2030年)》通知，明確指出：“加快布局新能源通用航空動力技術和裝備，推動400Wh/kg級航空鋰電池產(chǎn)品投入量產(chǎn)，實現(xiàn)500Wh/kg級航空鋰電池產(chǎn)品應用驗證”，引導固態(tài)電池動力方向。
 

　　中國部分動力電池廠商固態(tài)電池布局情況：
 

固態(tài)電池優(yōu)勢明顯，但量產(chǎn)路并不平坦
 

　　能量密度提升。正極材料向無鈷靠攏，富鋰錳基潛力巨大。對比液態(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，因為目前難以解決電壓衰減、循環(huán)壽命低等問題，產(chǎn)業(yè)化進程受限。負極方面，固態(tài)電池比傳統(tǒng)鋰電池更容易適配鋰金屬負極和硅碳負極，因為固態(tài)電解質(zhì)由固態(tài)材料構成，具有較高的化學穩(wěn)定性，對鋰金屬負極的鋰枝晶的形成及硅的膨脹起抑制作用。采用鋰金屬負極能量密度最高、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)勢顯著。相比液態(tài)電池，固態(tài)電池具有較高的化學和熱穩(wěn)定性，能夠有效抑制鋰電池中發(fā)生熱失控或燃燒的風險，電池在被刺破時仍可安全運行，不會泄漏或爆炸。根據(jù)豐田研發(fā)實驗室的報告，通過對比研究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?？紤]其放熱量依然存在，還需進一步降低放熱量，以實現(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功能，是其潛在優(yōu)勢之一。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，該電池由上汽集團與清陶能源聯(lián)合研發(fā)制造，可實現(xiàn)1000km以上超長續(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)在低溫下電導率也會降低，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到90%以上，低溫續(xù)航更好。
 

　　離子電導率低。固態(tài)電解質(zhì)中離子間相互作用強，因此離子電導率低?？梢詮牟牧稀⒐に嚨确矫孢M行改進。
 

　　量產(chǎn)難度大。受技術和成本制約，固態(tài)電池量產(chǎn)難度大。技術上，當前固態(tài)電池工藝尚未成熟，其發(fā)展亟需解決三個核心科學問題，即固態(tài)電解質(zhì)的離子輸運機制、鋰枝晶生長機制和多場耦合下的失效失控機制。成本上，部分材料售價昂貴，阻礙固態(tài)電池的量產(chǎn)。
 

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

　　結(jié)語：固態(tài)/半固態(tài)電池技術是突破鋰離子電池能量密度上限的關鍵路徑，是電動車的第二次能源革命。隨著新能源汽車需求不斷增長和市場占比提高，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)電池對于現(xiàn)有以液態(tài)鋰電子為基礎的產(chǎn)業(yè)鏈更迭較小，成為國內(nèi)當下的主流過渡路線。
 

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

　　根據(jù)咨詢機構EVTank的預測，到2030年，全球鋰電池市場中，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)的市場份額中，大部分將屬于半固態(tài)電池。