“(全)固態(tài)電池(可能)將是一個'炸雷’，一旦(量產(chǎn))出來，我們當(dāng)前很多產(chǎn)能馬上就會成為巨大的'包袱’。”今年1月初，在電池中國網(wǎng)舉辦的Li+學(xué)社活動上，一位行業(yè)人士如是說。
“目前我國新能源產(chǎn)業(yè)在全球已形成自身競爭優(yōu)勢，但日、韓企業(yè)一直緊追不舍。最近大家都明顯感覺到(全)固態(tài)電池可能將是我們所要面對的一個'危機(jī)’。如果我們能實(shí)現(xiàn)突破，就能保持新能源產(chǎn)業(yè)的優(yōu)勢，在全球繼續(xù)掌握發(fā)言權(quán)。相反，如果(全)固態(tài)電池被其他國家企業(yè)'彎道超車’，我們則可能會失去部分新能源市場。”
實(shí)際上，固態(tài)電池(含半固態(tài)、凝聚態(tài)、凝膠態(tài)、全固態(tài)等電池類型)技術(shù)路線的發(fā)展一直飽受爭議。雖然憑借高能量密度和安全性等多重優(yōu)勢，全固態(tài)電池被視為動力電池未來的終極形態(tài)，但研發(fā)面臨一系列科學(xué)難題，導(dǎo)致業(yè)界對全固態(tài)電池的質(zhì)疑之聲不絕于耳。
其中，“全固態(tài)電池將如何實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化”“何時實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化”等問題成為業(yè)界討論的焦點(diǎn)。
近日，中國科學(xué)院院士、清華大學(xué)教授歐陽明高表示，全固態(tài)電池是下一代電池技術(shù)競爭的關(guān)鍵制高點(diǎn)，相較液態(tài)電池具備顛覆性的技術(shù)潛力。從全行業(yè)看，中國既要發(fā)展?jié)u近性的半固態(tài)技術(shù)路線，也要防范激進(jìn)型全固態(tài)技術(shù)路線帶來的顛覆性風(fēng)險。
同時，據(jù)歐陽明高預(yù)判，全固態(tài)電池到2030年將有望實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。
值得注意的是，不管是質(zhì)疑，還是肯定，固態(tài)電池已經(jīng)成為全球頭部企業(yè)下“重注”的賽道，卡位布局成為很多企業(yè)的選擇。進(jìn)入2024年以來，全球固態(tài)電池領(lǐng)域更是動作頻頻，引起業(yè)界高度關(guān)注。
01
全球固態(tài)電池研發(fā)“攻勢”
2024年1月2日，日本電池企業(yè)麥克賽爾(Maxell)宣布，其已經(jīng)成功研發(fā)出一種新型圓柱形全固態(tài)電池(非動力型)。
1月4日，大眾集團(tuán)旗下電池子公司 PowerCo宣布已完成對QuantumScape固態(tài)電池的耐久性測試，并表示它未來可以為電動汽車提供動力，而且在車輛行駛50萬公里后，電池續(xù)航幾乎沒有衰減。
另據(jù)市場消息，大眾集團(tuán)還在與法國博洛雷集團(tuán)(Bollore)旗下子公司Blue Solutions討論，將固態(tài)電池應(yīng)用于汽車的相關(guān)事宜。據(jù)悉，Blue Solutions已經(jīng)為戴姆勒的電動巴士生產(chǎn)固態(tài)電池。
1月16日，美國全固態(tài)電池企業(yè)Solid Power宣布，其與韓國企業(yè)SK On達(dá)成三項合作協(xié)議：研發(fā)許可、產(chǎn)線安裝和電解質(zhì)供應(yīng)。Solid Power表示，除了授權(quán)技術(shù)研發(fā)，為SK On位于韓國的工廠安裝固態(tài)生產(chǎn)線，Solid Power還將成為SK On重要的硫化物固態(tài)電解質(zhì)供應(yīng)商。
據(jù)觀察，當(dāng)前在固態(tài)電池技術(shù)路線的選擇上，國外企業(yè)以全固態(tài)電池為主，國內(nèi)企業(yè)是以固液混合電池、全固態(tài)電池路線并行。目前，國內(nèi)部分車企固態(tài)電池應(yīng)用進(jìn)展如下：
資料顯示，國內(nèi)的上汽、蔚來有望在2024年量產(chǎn)搭載半固態(tài)電池包的車型，長安、廣汽等也計劃在2025-2026年推出各自的半固態(tài)電池車型;而海外的豐田、本田、現(xiàn)代、奔馳等車企則布局全固態(tài)電池，多計劃將于2025-2030年量產(chǎn)相關(guān)車型。
全球范圍內(nèi)，除了車企布局以外，包括寧德時代、億緯鋰能、衛(wèi)藍(lán)新能源、清陶能源、贛鋒鋰業(yè)、蜂巢能源、國軒高科、孚能科技、LG 新能源、SK On等頭部電池企業(yè)，都在進(jìn)行固態(tài)電池技術(shù)的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化落地。
國內(nèi)企業(yè)中，億緯鋰能、蜂巢能源等企業(yè)在全固態(tài)電池研發(fā)進(jìn)度上領(lǐng)先;孚能科技、清陶能源、衛(wèi)藍(lán)新能源、贛鋒鋰業(yè)半固態(tài)電池產(chǎn)品已實(shí)現(xiàn)裝車;多家廠商半固態(tài)電池產(chǎn)品具備量產(chǎn)能力。
2023年8月，清陶能源完成與上汽聯(lián)合開發(fā)的第一代半固態(tài)電池裝車試驗，測試車輛最大續(xù)航里程達(dá)到1083公里，將于今年在上汽智己汽車平臺上實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。其計劃在2027年實(shí)現(xiàn)第三代全固態(tài)電池量產(chǎn)。
孚能科技2023年11月宣布，搭載其半固態(tài)電池的遠(yuǎn)航Y(jié)6正式下線，后者為大運(yùn)集團(tuán)旗下豪華新能源車型。孚能科技表示，其半固態(tài)電池已在多款品牌車型落地。
2023年12月，蜂巢能源推出方形半固態(tài)電池，即二代果凍電池新品。蜂巢能源還透露，正在就二代果凍電池新品洽談一項百億級的合作。
近日，某電池企業(yè)在投資者互動平臺也表示，自2020年開始在固態(tài)電池材料、電極和電芯結(jié)構(gòu)，以及界面改性等方面布局相關(guān)專利，目前其已擁有固態(tài)電池相關(guān)核心專利十余件。同時，其固態(tài)電池產(chǎn)品處于實(shí)驗室研發(fā)階段，后續(xù)將根據(jù)客戶需求進(jìn)行配套量產(chǎn)。
不過，固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化落地并非易事。業(yè)界人士分析指出，“半固態(tài)是將電解液含量從1逐漸減少趨于0，但全固態(tài)電池完全去除電解液，整個體系就變了，要完全解決固-固(固態(tài)電極與固態(tài)電解質(zhì))界面等各種問題。”
事實(shí)上，自2008年就開始研發(fā)全固態(tài)電池的豐田，就將其全固態(tài)電池預(yù)計量產(chǎn)時間從原來的2027年推遲到了2030年以后，這也佐證了全固態(tài)電池研發(fā)難度之大，不容小覷。
02
固態(tài)電池需求將顛覆傳統(tǒng)鋰電上游格局
市場方面，據(jù)粗略統(tǒng)計，2023年國內(nèi)半固態(tài)電池出貨量達(dá)GWh級別。國信證券預(yù)計，2024年全球固態(tài)電池(含半固態(tài)電池)需求量或達(dá)2.3GWh，市場空間約19.5億元。到2030年，全球固態(tài)電池需求量有望達(dá)到220GWh，2024-2030年均復(fù)合增速或達(dá)114%;市場空間有望達(dá)到1162.3億元，2024-2030年均復(fù)合增速約98%。
在電池中國看來，固態(tài)電池遠(yuǎn)期具有高市場需求，而研發(fā)固態(tài)電池，尤其是全固態(tài)電池，并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，不僅需要產(chǎn)業(yè)鏈上下游深度協(xié)作，而且將對上下游帶來顛覆性的挑戰(zhàn)和機(jī)遇：
一是電解質(zhì)領(lǐng)域，硫化物、聚合物、氧化物、鹵化物等多技術(shù)路線并行，目前布局硫化物路線的企業(yè)較多。各技術(shù)路線的研發(fā)和驗證過程中，在固-固界面接觸、界面反應(yīng)機(jī)制與穩(wěn)定性、電導(dǎo)率、制作工藝等方面，都面臨大量技術(shù)難點(diǎn)，甚至需要與正極材料等進(jìn)行聯(lián)合研發(fā)和驗證。
二是正極領(lǐng)域，目前，硫化物全固態(tài)電池用高鎳三元正極材料等關(guān)鍵材料成為正極材料企業(yè)研發(fā)重點(diǎn)，當(dāng)升科技、容百科技等頭部企業(yè)均已布局。未來，將從高鎳三元，向高電壓高鎳三元、超高鎳三元，再向尖晶石鎳錳酸鋰、層狀富鋰基等新型正極材料升級。
三是負(fù)極領(lǐng)域，能量密度更高的硅基負(fù)極，是現(xiàn)階段較具潛力的新型負(fù)極材料，杉杉科技、貝特瑞、翔豐華等頭部企業(yè)均已布局，部分企業(yè)樣品已處于客戶測試階段。而未來，全固態(tài)電池負(fù)極則可能向金屬鋰方向迭代。
四是隔膜領(lǐng)域，雖然半固態(tài)電池仍需要從傳統(tǒng)隔膜向氧化物涂覆隔膜升級，但未來全固態(tài)電池時代，固-固界面影響下，隔膜將逐漸消失。
五是設(shè)備領(lǐng)域，隨著固態(tài)電池材料和電芯技術(shù)、工藝的革新，也將對制造設(shè)備產(chǎn)生翻天覆地的變化，創(chuàng)新涂覆、疊片方式等勢必需要研發(fā)新型設(shè)備。
六是下游領(lǐng)域，拓寬固態(tài)電池應(yīng)用場景，將更有利于加快產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。如寧德時代凝聚態(tài)電池將率先應(yīng)用于飛行器等領(lǐng)域。
當(dāng)前，各國均處于固態(tài)電池技術(shù)和量產(chǎn)的闖關(guān)階段，我國產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)的優(yōu)勢在于擁有全球最大的新能源汽車市場以及頭部企業(yè)，不過仍需持續(xù)提升關(guān)鍵材料等產(chǎn)業(yè)鏈研發(fā)和支持能力，從而打好汽車強(qiáng)國、保持全球領(lǐng)先地位的關(guān)鍵一戰(zhàn)。
