固態(tài)電池,正在準(zhǔn)備迎接新的“風(fēng)口”。
近日,東風(fēng)汽車表示,其正在研發(fā)第二代、第三代固態(tài)電池,以及自主陶核電芯,布局固態(tài)電池全價(jià)值鏈技術(shù)生態(tài)。其中,第二代固態(tài)電池有望在2024年上半年量產(chǎn),屆時(shí)整車?yán)m(xù)航里程可達(dá)1000公里以上。
幾乎與此同時(shí),多家相關(guān)企業(yè)也紛紛亮出自己的固態(tài)電池量產(chǎn)時(shí)間表。長城汽車旗下的蜂巢能源計(jì)劃2025年量產(chǎn)固態(tài)電池,衛(wèi)藍(lán)新能源稱最快將于2026年量產(chǎn)全固態(tài)電池,日產(chǎn)的固態(tài)電池量產(chǎn)則要到2028年,而蔚來汽車宣布2023年將向市場推出搭載固態(tài)電池的ET7轎車……誰將最先量產(chǎn)固態(tài)電池,備受矚目。
01
誰在布局固態(tài)電池
眼下,越來越多的汽車企業(yè)、電池企業(yè)、材料企業(yè)布局固態(tài)電池。
“東風(fēng)汽車是國內(nèi)最早研發(fā)固態(tài)電池的車企之一。”東風(fēng)技術(shù)中心前瞻研究中心高級(jí)研發(fā)經(jīng)理劉敏向記者表示,自2018年組建東風(fēng)技術(shù)中心前瞻研究中心固態(tài)電池團(tuán)隊(duì)至今,該團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)開發(fā)的固態(tài)電池技術(shù),實(shí)現(xiàn)了從關(guān)鍵材料到電芯再到系統(tǒng)“卡脖子”技術(shù)的突破,有望進(jìn)一步緩解新能源車主“里程焦慮”問題。今年1月,由東風(fēng)技術(shù)中心與贛鋒鋰業(yè)合作開發(fā)的東風(fēng)-贛鋒高比能固態(tài)電池E70示范運(yùn)營車正式交付,而且該車已在工信部獲批《免征車輛購置稅的新能源汽車車型》(第五十一批)。目前,有50輛搭載固態(tài)電池的東風(fēng)風(fēng)神E70在全國4省8地開展示范運(yùn)營,示范運(yùn)營里程至今已達(dá)35萬公里。
盡管開發(fā)固態(tài)電池的相關(guān)企業(yè)都在默默走自己的路,但這一領(lǐng)域事實(shí)上已經(jīng)形成了新的競爭態(tài)勢。2021年,蔚來汽車就發(fā)布了一款單體能量密度達(dá)360Wh/kg的半固態(tài)電池包產(chǎn)品,并稱將搭載于蔚來首款轎車ET7上,但其當(dāng)初計(jì)劃的于2022年第四季度上市看來已經(jīng)難以實(shí)現(xiàn),于是推遲到2023年。
今年5月,國軒高科在公司第十一屆科技大會(huì)上發(fā)布了一款半固態(tài)電池,其電芯能量密度同樣達(dá)到360Wh/kg,有望在明年初量產(chǎn)上車。“鋰離子電池的電芯包括正負(fù)極、電解質(zhì)、隔膜等,半固態(tài)電池提高能量密度走的是電解質(zhì)提升技術(shù)路線。”國軒高科工程研究總院副院長徐興無在接受記者采訪時(shí)談到,電解質(zhì)材料的演進(jìn)正從電解液向半固態(tài)電解質(zhì)、準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)、全固態(tài)電解質(zhì)發(fā)展,因此也相應(yīng)地出現(xiàn)了半固態(tài)電池、全固態(tài)電池的稱呼。國軒高科400Wh/kg的半固態(tài)電池已有原型樣品,未來還將通過技術(shù)創(chuàng)新落地硅基負(fù)極迭代,鋰金屬負(fù)極等技術(shù),爭取最終實(shí)現(xiàn)全固態(tài)。
截至目前,國內(nèi)的輝能科技、清陶能源、衛(wèi)藍(lán)新能源等企業(yè)均已公開表示,已經(jīng)具備量產(chǎn)半固態(tài)電池的能力。而在國外,奔馳、寶馬、福特、通用、現(xiàn)代、豐田、本田等車企及LG新能源等動(dòng)力電池企業(yè)均對(duì)此作出布局。
耐人尋味的是,近日,針對(duì)此前市場上“比亞迪全固態(tài)鋰電池在重慶生產(chǎn),即將裝車試驗(yàn)”等傳聞,比亞迪官方進(jìn)行“辟謠”,稱其為不實(shí)信息。
02
誰將率先實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)
事實(shí)上,由于技術(shù)和生產(chǎn)工藝等原因,目前國內(nèi)多數(shù)企業(yè)宣稱可以量產(chǎn)的固態(tài)電池都是半固態(tài)電池。中國科學(xué)院院士歐陽明高曾在中國電動(dòng)汽車百人會(huì)年會(huì)上表示,“固態(tài)電池真正投入大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用大概時(shí)間在2025年~2030年之間。”
與衛(wèi)藍(lán)新能源同年成立的清陶能源,已經(jīng)建成了國內(nèi)半固態(tài)鋰電池生產(chǎn)線。目前公司第一代半固態(tài)電池,液體含量在5%~15%,能量密度最大到420Wh/kg,成本可以與如今大量使用的液態(tài)鋰電池相當(dāng)。第二代產(chǎn)品正在小試階段,液體含量降至5%以下,能量密度達(dá)到400 Wh/kg~500Wh/kg,成本相比液態(tài)鋰電池減少20%,并預(yù)計(jì)在2024年量產(chǎn)。
中創(chuàng)新航方面透露,公司一直在做固態(tài)電池的研發(fā),首先是貧液化,然后是半固態(tài),最后到固態(tài)。在能量密度上,貧液化將達(dá)到400Wh/kg,半固態(tài)將達(dá)到450Wh/kg,準(zhǔn)固態(tài)將將達(dá)到500Wh/kg。但其并未透露這些新產(chǎn)品的量產(chǎn)時(shí)間。
在全球范圍內(nèi),諸多相關(guān)企業(yè)也在固態(tài)電池量產(chǎn)賽道上加速奔跑。今年4月,日產(chǎn)發(fā)布了其橫濱工廠固態(tài)電池生產(chǎn)設(shè)備原型,并計(jì)劃在2024年建立一條全固態(tài)電池試生產(chǎn)線,在2028年將全固態(tài)電池推向市場。同月,本田發(fā)布了面向2030年的電動(dòng)汽車事業(yè)計(jì)劃。其中提到:開展全固態(tài)電池示范生產(chǎn)線,投資約430億日元(約合人民幣22億元),計(jì)劃于2024年春季啟動(dòng)。而豐田計(jì)劃2025年前全固態(tài)電池將實(shí)現(xiàn)小規(guī)模量產(chǎn),并首先搭載在混動(dòng)車型上,2030年前全固態(tài)電池要實(shí)現(xiàn)持續(xù)的、穩(wěn)定量產(chǎn)。
現(xiàn)代汽車公布的時(shí)間表中,計(jì)劃在2025年試生產(chǎn)配備固態(tài)電池的電動(dòng)車,在2030年左右實(shí)現(xiàn)全面批量生產(chǎn)。LG新能源預(yù)計(jì)2026年實(shí)現(xiàn)全固態(tài)電池量產(chǎn)。寶馬計(jì)劃2025年前推出搭載固態(tài)電池的原型車,在2030年前實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。
在美國,電動(dòng)汽車固態(tài)電池開發(fā)商Solid Power于今年6月就已宣布完成其自動(dòng)化固態(tài)電池生產(chǎn)線并啟動(dòng)試生產(chǎn)。據(jù)悉,該條生產(chǎn)線將投產(chǎn)新型硫化物固態(tài)電池。隨后,Solid Power將對(duì)新型固態(tài)電池進(jìn)行測試,未來將向福特和寶馬等車企進(jìn)行交付。
03
還有哪些技術(shù)瓶頸
業(yè)界普遍認(rèn)為,全固態(tài)電池至少還需要數(shù)年時(shí)間才有望實(shí)現(xiàn)規(guī)模量產(chǎn),這是因?yàn)槿虘B(tài)電池的技術(shù)和工藝難題仍未完全解決,且成本較高。
“當(dāng)前的固態(tài)電池行業(yè),主流的技術(shù)路線有三種,分別是聚合物、硫化物和氧化物。”北京大學(xué)新能源材料與技術(shù)實(shí)驗(yàn)室主任其魯教授告訴記者,目前國內(nèi)主要以氧化物路線為主,日韓致力于硫化物技術(shù)路線,歐洲走的是聚合物路線,美國則是同時(shí)推進(jìn)多條路線,但各條路線都有長處和技術(shù)瓶頸。
在國內(nèi)大多數(shù)企業(yè)采用的氧化物技術(shù)路線,具有較好的導(dǎo)電性和穩(wěn)定性,并且離子電導(dǎo)率比聚合物更高,熱穩(wěn)定性接近1000度,同時(shí)機(jī)械穩(wěn)定性和電化學(xué)穩(wěn)定性也都非常好。但氧化物全固態(tài)電池存在孔隙率高的問題,由此導(dǎo)致氧化物體系不大可能是全固態(tài)電池。目前國內(nèi)在研發(fā)的其實(shí)是固液混合的半固態(tài)方向,會(huì)有較好的能量密度,成本也較低。
硫化物固態(tài)電池是上述三種材料體系中電導(dǎo)率最高的,但熱動(dòng)力穩(wěn)定性較差,所以如何保持高穩(wěn)定性是一大難題。其中一種解決方法是進(jìn)行外層涂覆,但又增加了電池的電阻。另外,硫化物至今仍然無法避免鋰枝晶的產(chǎn)生,而且制備工藝比較復(fù)雜,因?yàn)榱蚧锶菀着c空氣中的水、氧氣反應(yīng)產(chǎn)生硫化氫有毒氣體。這需要時(shí)間來解決工藝難題,也會(huì)增加成本。但硫化物全固態(tài)電池的潛力最大,豐田在這方面投入了大量的時(shí)間、資金作研究,其擁有全世界最多的硫化物固態(tài)電池專利。
聚合物固態(tài)電池是最早實(shí)現(xiàn)裝車測試的,優(yōu)點(diǎn)是易加工,與現(xiàn)有的液態(tài)電解液的生產(chǎn)設(shè)備、工藝較為兼容,機(jī)械性能好。但其缺點(diǎn)是電導(dǎo)率太低,需要加熱到60度高溫才能正常工作;而且與鋰金屬的穩(wěn)定性較差,無法適配于高電壓的正極材料,所以限定了其能量密度。而聚合物在高溫下的安全問題并未得到太大改善。因此,聚合物雖然是三條技術(shù)路線中最早開始推進(jìn)的,但一直并未實(shí)現(xiàn)大面積應(yīng)用。
“一方面,目前很多企業(yè)對(duì)固態(tài)電池研究比較務(wù)實(shí),且正快速推進(jìn);另一方面,未來誰掌握了固態(tài)電池的成套技術(shù),誰就能掌握新能源動(dòng)力的核心,進(jìn)而率先搶占全球市場,這或許是眾多企業(yè)大力加速固態(tài)電池早日量產(chǎn)的真正原因。”徐興無如是說。
原標(biāo)題: 固態(tài)電池開啟量產(chǎn)奪位賽