中國儲能網訊：據國家知識產權局發(fā)布，中國在全球固態(tài)電池關鍵技術專利申請總量中占據了36.7%，近五年年均增速20.8%，位居全球第一。
21世紀，什么是能源的終極形式？這個答案，正在逐漸向人們揭開謎底。
中國儲能網獲悉，4月28日，在CIBF2024先進電池前沿技術研討會上，寧德時代首席科學家吳凱罕見透露了公司車用全固態(tài)電池研發(fā)及產業(yè)化進展。吳凱介紹說，目前公司的技術成熟度，大概在4的水平（以1—9評分體系），寧德時代的目標是到2027年達到7—8的水平，這意味著可以小批量（生產全固態(tài)電池），且機會很大，但大批量生產可能仍然會面臨成本等問題。
此前在2023年4月，寧德時代發(fā)布了凝聚態(tài)電池，單體能量密度最高可達500Wh/kg。該電池采用半固態(tài)的膠質電解液，是一種介于液態(tài)電池與固態(tài)電池之間的技術路線。
2023年12月，寧德時代在互動平臺稱，公司致力于解決固態(tài)電池的各種工程技術難題，并擁有大量技術儲備。
在本次寧德時代公布的全固態(tài)電池時間表里，2027年是其一個重要時間節(jié)點，而這也恰恰是日本企業(yè)宣布將向市場投放固態(tài)電池的時間。
在這場已經進入緊張倒計時的固態(tài)電池國際競賽中，到底誰能笑到最后？
什么是固態(tài)電池？
中國儲能網查閱公開資料發(fā)現，當前，傳統液態(tài)鋰電池的能量密度已經接近350Wh/kg的理論極限，同時仍存在電池熱失控等安全隱患。而固態(tài)電池具有高安全性、高能量密度、不可燃、耐高溫、無腐蝕、不揮發(fā)和長循環(huán)壽命的特點，克服了傳統液態(tài)鋰離子電池中電解液泄漏、電極短路等現象，降低了熱失控的發(fā)生概率。正逐漸成為電動汽車、儲能設備、便攜式設備以及清潔能源領域理想的能源存儲解決方案，被全球公認為下一代電池的主流方向。
固態(tài)電池與傳統液態(tài)電池的核心區(qū)別，在于固態(tài)電解質取代傳統液態(tài)鋰電池的電解液和隔膜。根據不同的固態(tài)電解質分類，固態(tài)電池有三大主流技術路線：聚合物固態(tài)電池、氧化物固態(tài)電池、硫化物固態(tài)電池。綜合來看，這三大技術路線各有優(yōu)缺點，各有技術難題待突破，其中硫化物在全固態(tài)電池中發(fā)展?jié)摿ψ畲蟆?
在固態(tài)電池中，固態(tài)電解質是最為關鍵的部件，其技術路線可分為聚合物、氧化物、有機-無機復合、硫化物等。聚合物固態(tài)電解質發(fā)展較早，已在部分領域實現應用，但其在室溫下離子電導率低，升溫后離子電導率提升但存在消耗能量和增加成本的問題；氧化物固態(tài)電解質綜合性能好，制約其發(fā)展的重要因素是電解質和電極之間界面阻抗較大，界面反應造成電池容量衰減；硫化物固態(tài)電解質與鋰電極的界面穩(wěn)定性較差，但由于離子電導率極高、電化學穩(wěn)定窗口較寬，受到了眾多企業(yè)的青睞，尤其是日韓企業(yè)投入了大量資金進行研究。
不久前，中國科學院青島生物能源與過程研究所宣布，該研究所先進儲能材料與技術研究組在硫化物電解質研究取得新進展，解決了硫化物全固態(tài)電池疊層工藝的行業(yè)痛點及瓶頸問題，打通了硫化物全固態(tài)電池的大型車載電池制作工藝的最后一道難關，在硫化物軟包電池疊片技術上取得關鍵性突破，但目前處于產線實驗階段。中科院青島所的目標是在2026年實現硫化物全固態(tài)電池批的量產。
生產成本過高是量產最大難點
目前，由于受到材料技術、制備技術還不夠成熟，生產成本過高等因素的制約，行業(yè)普遍認為全固態(tài)電池產業(yè)化至少還需5年時間。
吳凱對此表示，從寧德時代全固態(tài)電池的技術成熟度和制造成熟度來看，有望在未來3年逐步進入成熟期，真正開啟量產化進程。他還透露，目前解決方案進展比較快的硫化物路線，率先量產的可行性較大。
吳凱總結說，全固態(tài)電池要率先解決的問題主要有四方面：一是固固界面的問題；二是鋰金屬負極的應用問題；三是硫化物電解質在空氣中不穩(wěn)定及成本問題；四是全固態(tài)電池的生產難題。對此，寧德時代研發(fā)了單晶正極多層級全包覆技術，還研發(fā)了多功能復合粘結劑，幫助穩(wěn)定極片導電網絡。
據吳凱介紹，針對鋰金屬負極使用時候的鋰枝晶問題，公司認為相變自填充技術是可行方案。同時，寧德時代還優(yōu)化了鋰金屬負極的多相導鋰界面，構筑界面離子傳輸“高速公路”，使鋰金屬負極循環(huán)平均庫倫效率大于99.9%。
針對硫化物電解質的環(huán)境穩(wěn)定性問題，寧德時代開發(fā)了表面疏水層可逆包覆技術，實現高空氣穩(wěn)定性電解質的制備。除此以外，目前電解質的價格1公斤在5萬元以上，通過開發(fā)新型合成路線和低含鋰量材料，新的合成方案可以降低量產成本。
不過，雖然寧德時代公布了全固態(tài)電池小批量生產的時間節(jié)點，但這里要強調的是，吳凱也明確提到“大批量生產可能仍然會面臨成本等問題?！睋毡究茖W技術振興機構估計，在設施方面，制造全固態(tài)電池所需的設施成本是目前鋰離子電池的10至20倍。材料方面，該機構表示，全固態(tài)電池的生產成本達到采用液態(tài)電解質的鋰電池的4-25倍，電解質在材料成本中占到76%。
據了解，液態(tài)鋰電池的成本大約在120-200美元/KWh，預計2026年固態(tài)電池的成本大概是800美元/kWh。這也意味著，僅70kWh的固態(tài)電池成本便接近40萬元。
因此，降本已經成為固態(tài)電池產業(yè)化的的關鍵突破口，豐田正是在其固態(tài)電池技術取得關鍵突破后，向外界公布了其電動汽車電池的尺寸、成本和重量減半的雄心。
群雄逐鹿的固態(tài)電池賽道
目前，全球范圍內固態(tài)電池主要處于研發(fā)和試制階段，由于日韓和歐美等海外企業(yè)主攻硫化物技術路線，致力于全固態(tài)電池，因此產業(yè)化進程相對緩慢。而多數國內企業(yè)主攻氧化物技術路線，選擇了產業(yè)化較為容易的半固態(tài)電池作為過渡階段產品。
另據國家知識產權局發(fā)布的信息，中國在全球固態(tài)電池關鍵技術專利申請總量中占據了36.7%，近五年年均增速20.8%，位居全球第一。這表明中國在固態(tài)電池技術研發(fā)與產業(yè)化方面已顯現領先態(tài)勢，并且部分企業(yè)已進入半固態(tài)電池量產階段。
中國儲能網注意到，目前，以衛(wèi)藍新能源和贛鋒鋰電等為代表的中國企業(yè)已經實現了半固態(tài)電池的量產裝車。北京太藍新能源也成功研發(fā)出全球首款能量密度高達720Wh/kg的“車規(guī)級”全固態(tài)鋰金屬電池。寧德時代也宣布，公司的凝聚態(tài)電池能量密度已經達到了最高500Wh/kg，續(xù)航里程可達1500km。
此外，領新新能源的20GWh大容量凝膠聚合物固態(tài)電池的項目，擬投資106億元，2024年實現3GWh建成投產，2026年實現10GWh量產。上汽集團與清陶能源共同設立在烏海市投建了10GWh固態(tài)電池零碳產業(yè)園區(qū)。而近日上汽智己發(fā)布的最新車型智己L6，應用了準900V超快充固態(tài)電池，而廣汽集團也表示，全固態(tài)電池在能量密度、安全性和制造技術方面已實現階段性突破，并計劃在2026年完成全固態(tài)電池開發(fā)。
業(yè)內人士認為，在動力電池市場，短期看半固態(tài)電池，長期要看全固態(tài)。可以預見，今后3年在全固態(tài)電池這個競爭激烈的賽道上必將戰(zhàn)火連綿。等賽完這場國內群雄大會，2027年，中國鋰電企業(yè)還將迎戰(zhàn)渡海西來的日本高手，那將是一場更殘酷的決定未來數十年電池產業(yè)鏈格局的世界之戰(zhàn)。誰能笑到最后？我們拭目以待。
