近日，被譽(yù)為全美固態(tài)電池“三駕馬車之一”的量子景觀（QuantumScape）公司宣布，其固態(tài)電池成功通過(guò)了德國(guó)大眾公司嚴(yán)苛的50萬(wàn)公里耐久性測(cè)試。
據(jù)1月3日大眾集團(tuán)電池子公司PowerCo發(fā)布的報(bào)告顯示，QuantumScape提供的24層固態(tài)電池A樣品在位于德國(guó)薩爾茨吉特的實(shí)驗(yàn)室里經(jīng)歷了數(shù)月之久、高達(dá)1000多次的充電循環(huán)測(cè)試，電池容量保持率仍高達(dá)95%以上。這一數(shù)據(jù)看似令人印象深刻，但仍有專家指出，實(shí)際使用中的環(huán)境條件遠(yuǎn)比實(shí)驗(yàn)室復(fù)雜，能否在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持如此高的容量保持率尚存疑問(wèn)。
此外，測(cè)試數(shù)據(jù)還顯示，搭載QuantumScape電池的電動(dòng)汽車在WLTP工況下續(xù)航里程為500-600公里。在電池的全生命周期內(nèi)，車輛可行駛超過(guò)50萬(wàn)公里而無(wú)明顯續(xù)航能力衰退。然而，有分析師指出，這一續(xù)航里程仍低于部分現(xiàn)有液態(tài)電池的表現(xiàn)，且固態(tài)電池的生產(chǎn)成本較高，商業(yè)化前景仍不明朗。
盡管QuantumScape聲稱其固態(tài)電池性能已超越當(dāng)前行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，即在700次充電循環(huán)內(nèi)最大容量損失為20%，且在快速充電能力、安全性和自放電方面達(dá)到或超過(guò)了相關(guān)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，但仍有不少業(yè)界人士對(duì)其持保留態(tài)度。他們認(rèn)為，固態(tài)電池技術(shù)仍處于發(fā)展初期，距離大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用仍有較長(zhǎng)距離。
QuantumScape的首席執(zhí)行官Jagdeep Singh在接受媒體訪問(wèn)時(shí)坦言，公司在固態(tài)電池技術(shù)上取得了顯著進(jìn)展，但要想將這項(xiàng)技術(shù)真正推向市場(chǎng)，仍有“長(zhǎng)路要走”。 這一表態(tài)無(wú)疑給那些對(duì)QuantumScape寄予厚望的投資者們潑了一盆冷水。
Singh和QuantumScape團(tuán)隊(duì)一直在努力尋求將這項(xiàng)技術(shù)產(chǎn)業(yè)化并加速推向市場(chǎng)。然而，令人失望的是，他們至今未能給出一個(gè)明確的商業(yè)化時(shí)間表。這使得那些已經(jīng)耐心等待了好幾年的股東們開(kāi)始感到焦慮和失望。
事實(shí)上，一些早期投資者在QuantumScape的股票上已經(jīng)遭受了慘重?fù)p失。他們?cè)酒诖灸軌蜓杆賹⒐虘B(tài)電池技術(shù)商業(yè)化，從而帶來(lái)豐厚的回報(bào)。然而，隨著時(shí)間的推移，QuantumScape的股價(jià)并未如預(yù)期般上漲，反而出現(xiàn)了大幅下跌，導(dǎo)致這些投資者的投資損失慘重。
為什么都看好固態(tài)電池
隨著科技的飛速發(fā)展，固態(tài)電池作為一種新興的電池科技，正逐漸走進(jìn)我們的視野。它與傳統(tǒng)的鋰離子電池和鋰離子聚合物電池有著本質(zhì)的不同，主要體現(xiàn)在其使用了固體電極和固體電解質(zhì)。
我們知道，無(wú)論是三元鋰電池還是磷酸鐵鋰電池，其內(nèi)部都離不開(kāi)液態(tài)電解液這個(gè)關(guān)鍵介質(zhì)?？茖W(xué)家們形象地將這種傳統(tǒng)液態(tài)鋰電池比作“搖椅式電池”，其中搖椅的兩端代表電池的正負(fù)極，而中間的液態(tài)電解質(zhì)則像是搖椅的座位，鋰離子在其中來(lái)回穿梭，完成了電池的充放電過(guò)程。
然而，固態(tài)電池的出現(xiàn)，有望徹底改變這一格局。它采用了全固態(tài)電解質(zhì)，這不僅讓電池的適用材料體系發(fā)生了改變，更重要的是，它可以直接使用金屬鋰作為負(fù)極，從而大大減少了負(fù)極材料的用量，提高了電池的能量密度。
此外，傳統(tǒng)鋰離子電池中占據(jù)近40%體積和25%質(zhì)量的隔膜和電解液，在固態(tài)電池中被固態(tài)電解質(zhì)所取代。 這樣一來(lái)，正負(fù)極之間的距離被大幅縮短，甚至可以達(dá)到只有幾到十幾個(gè)微米的級(jí)別，從而使得電池的厚度大大降低。 這也意味著，全固態(tài)電池技術(shù)是實(shí)現(xiàn)電池小型化、薄膜化的關(guān)鍵所在。
不僅如此，當(dāng)固態(tài)電解質(zhì)的厚度薄到毫米級(jí)以下時(shí)，即使是脆性的陶瓷材料也能展現(xiàn)出一定的柔性。因此，全固態(tài)電池在輕薄化后，其柔性程度也會(huì)有明顯的提高。通過(guò)選擇合適的封裝材料，制成的電池甚至可以經(jīng)受幾百到幾千次的彎曲而保持性能基本不衰減。
在安全性方面，固態(tài)電池也展現(xiàn)出了顯著的優(yōu)勢(shì)。傳統(tǒng)的液態(tài)鋰電池在大電流下工作時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)鋰枝晶現(xiàn)象，從而刺破隔膜導(dǎo)致短路破壞。同時(shí)，電解液為有機(jī)液體，在高溫下容易發(fā)生副反應(yīng)、氧化分解、產(chǎn)生氣體等安全隱患。而采用全固態(tài)電池技術(shù)則可以有效解決這些問(wèn)題。
從原理上來(lái)說(shuō)，固態(tài)電池與液態(tài)電池并無(wú)太大差異，但其電解質(zhì)為固態(tài)的特性卻賦予了它更多的優(yōu)勢(shì)。固態(tài)電解質(zhì)的密度和結(jié)構(gòu)可以讓更多的帶電離子聚集在一端，從而傳導(dǎo)更大的電流并提升電池容量。因此，在相同的電量下，固態(tài)電池的體積可以做得更小。同時(shí)，由于沒(méi)有電解液的存在，固態(tài)電池的封存變得更加容易，在汽車等大型設(shè)備上使用時(shí)也不需要再額外增加冷卻管、電子控件等附屬設(shè)備，這不僅節(jié)約了成本還減輕了重量。
鑒于科學(xué)界普遍認(rèn)為鋰離子電池已經(jīng)接近其性能極限，固態(tài)電池在近年來(lái)被寄予厚望，被視為有可能繼承鋰離子電池地位的下一代電池技術(shù)。
它采用鋰、鈉等制成的玻璃化合物作為傳導(dǎo)物質(zhì)來(lái)取代傳統(tǒng)的電解液，從而大幅提升了鋰電池的能量密度。雖然固態(tài)電池的功率密度相對(duì)較低，但其高能量密度和功率重量比卻使它成為電動(dòng)汽車等應(yīng)用領(lǐng)域中的理想選擇。
量產(chǎn)難點(diǎn)在哪
在新能源汽車的風(fēng)口浪尖，固態(tài)電池作為被寄予厚望的下一代動(dòng)力電池，其商業(yè)化進(jìn)程一直備受關(guān)注。近日，豐田汽車在技術(shù)說(shuō)明會(huì)上放出重磅消息：他們找到了合適的材料，并計(jì)劃在2027年至2028年間將固態(tài)電池商業(yè)化，推出配備這一技術(shù)的純電動(dòng)汽車。然而，這一聲明并未伴隨詳細(xì)的技術(shù)展示，引發(fā)了外界的質(zhì)疑與討論。
固態(tài)電池的優(yōu)勢(shì)顯而易見(jiàn)：高安全性、高能量密度，以及在極端溫度下的穩(wěn)定表現(xiàn)。這些特性使其成為動(dòng)力電池領(lǐng)域的明星，各國(guó)都在爭(zhēng)相布局。但回顧歷史，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)固態(tài)電池的量產(chǎn)之路并不平坦。早在30年前，美國(guó)橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室就宣稱研發(fā)出固態(tài)電池，但時(shí)至今日，大規(guī)模量產(chǎn)仍未能實(shí)現(xiàn)。
目前，固態(tài)電池按材料體系主要分為三大技術(shù)路線：硫化物、聚合物和氧化物。日韓企業(yè)，如豐田、三星SDI等，主要押注硫化物體系，技術(shù)積累深厚。歐洲則偏向聚合物路線，而中國(guó)以氧化物體系為主。但不論是哪種路線，都存在基礎(chǔ)性的技術(shù)挑戰(zhàn)和成本問(wèn)題。
硫化物電解質(zhì)雖被寄予厚望，但其空氣穩(wěn)定性差，暴露于空氣中會(huì)產(chǎn)生有毒氣體，同時(shí)性能衰減；聚合物電解質(zhì)在室溫下離子電導(dǎo)率較低，限制了其商業(yè)化應(yīng)用；而氧化物電解質(zhì)雖具有較寬的電化學(xué)穩(wěn)定窗口，但也存在界面化學(xué)副反應(yīng)和鋰枝晶生長(zhǎng)問(wèn)題。
成本方面，當(dāng)前半固態(tài)電池的成本已遠(yuǎn)高于液態(tài)電池。以NCM811液態(tài)電芯和半固態(tài)電芯為例，半固態(tài)電芯的成本增加了約80%，其中固態(tài)電解質(zhì)成本占據(jù)半壁江山。考慮到全固態(tài)電池在生產(chǎn)工藝、質(zhì)量控制等方面的更高要求，其成本只會(huì)更高。
動(dòng)力電池的量產(chǎn)需要滿足能量密度、充放電倍率性能、成本、安全性和循環(huán)壽命五大指標(biāo)。實(shí)驗(yàn)室中的研究成果往往只能在某個(gè)或某幾個(gè)指標(biāo)上取得突破，要同時(shí)滿足所有指標(biāo)要求才能實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。因此，盡管固態(tài)電池看似即將迎來(lái)商業(yè)化曙光，但實(shí)際上其量產(chǎn)之路仍然漫長(zhǎng)且充滿挑戰(zhàn)。
面對(duì)固態(tài)電池的高成本和技術(shù)難題，一些國(guó)產(chǎn)車企已經(jīng)開(kāi)始轉(zhuǎn)向半固態(tài)電池的研發(fā)和生產(chǎn)。然而，即便是半固態(tài)電池，其成本也仍然高昂。以蔚來(lái)推出的ET7車型為例，其搭載的半固態(tài)電池成本高達(dá)25萬(wàn)以上，這對(duì)于大部分家用車來(lái)說(shuō)顯然是難以承受的。
總體來(lái)看，固態(tài)電池作為下一代動(dòng)力電池的候選者，雖然具有諸多優(yōu)勢(shì)，但其商業(yè)化進(jìn)程仍面臨諸多挑戰(zhàn)。成本高昂、技術(shù)難題待解、生產(chǎn)工藝和質(zhì)量控制要求嚴(yán)苛等問(wèn)題都是制約其大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵因素。未來(lái)幾年內(nèi)，我們或許難以看到固態(tài)電池的大規(guī)模量產(chǎn)，但其潛在的巨大市場(chǎng)價(jià)值和戰(zhàn)略意義仍使得各國(guó)和企業(yè)不愿放棄這一領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)。
國(guó)內(nèi)水平如何
隨著新能源汽車市場(chǎng)的持續(xù)升溫，固態(tài)電池作為下一代電池技術(shù)的有力競(jìng)爭(zhēng)者，正吸引著全球車企和投資者的目光。去年12月，蔚來(lái)CEO李斌親自駕駛ET7挑戰(zhàn)“1000公里續(xù)航”，所搭載的150kWh超長(zhǎng)續(xù)航電池包成為全球焦點(diǎn)。這款無(wú)熱失控軟包CTP電池的電芯能量密度高達(dá)360Wh/kg，預(yù)計(jì)今年4月將正式量產(chǎn)，為蔚來(lái)全系車型注入新動(dòng)力。
在固態(tài)電池的賽道上，中國(guó)車企和海外巨頭都在加速布局。上汽集團(tuán)宣布，從2024年起將在不同車型上實(shí)現(xiàn)半固態(tài)電池的量產(chǎn)應(yīng)用。長(zhǎng)安汽車、廣汽集團(tuán)等則瞄準(zhǔn)了2025年至2026年的時(shí)間窗口，計(jì)劃推出搭載半固態(tài)電池的車型。海外方面，寶馬和日產(chǎn)也分別公布了各自的固態(tài)電池研發(fā)和應(yīng)用計(jì)劃。
值得一提的是，雖然豐田汽車早前曾宣布在2027年實(shí)現(xiàn)全固態(tài)電池的量產(chǎn)，但最近卻將這一時(shí)間表推遲到了2030年以后。這一調(diào)整無(wú)疑給固態(tài)電池的量產(chǎn)前景增添了一絲不確定性。
然而，中國(guó)在全球固態(tài)電池領(lǐng)域的研發(fā)實(shí)力不容小覷。據(jù)國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局局長(zhǎng)申長(zhǎng)雨介紹，中國(guó)在鋰電池特別是固態(tài)電池領(lǐng)域是全球主要的技術(shù)來(lái)源國(guó)之一。截至2023年5月，全球固態(tài)電池關(guān)鍵技術(shù)專利申請(qǐng)量中，中國(guó)占比高達(dá)36.7%，且近五年來(lái)年均增長(zhǎng)速度位列全球第一。
中信證券新能源汽車行業(yè)分析師袁健聰指出，固態(tài)電池突破了鋰離子電池的安全與能量密度瓶頸，具有巨大的應(yīng)用潛力。在中國(guó)國(guó)內(nèi)，寧德時(shí)代、中創(chuàng)新航、贛鋒鋰業(yè)等電池企業(yè)以及廣汽埃安、長(zhǎng)安汽車等車企都在固態(tài)電池領(lǐng)域積極布局。根據(jù)業(yè)內(nèi)規(guī)劃，全固態(tài)電池的量產(chǎn)時(shí)間有望在2026年左右實(shí)現(xiàn)。
具體到各企業(yè)而言，寧德時(shí)代在互動(dòng)平臺(tái)上表示，公司已擁有大量固態(tài)電池技術(shù)儲(chǔ)備，并致力于解決各種工程技術(shù)難題。雖然公司當(dāng)前主推的凝聚態(tài)電池比固態(tài)電池更快實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，但固態(tài)電池的研發(fā)仍在穩(wěn)步推進(jìn)。廣汽集團(tuán)則宣布，其固態(tài)電池已取得突破性進(jìn)展，計(jì)劃在2026年實(shí)現(xiàn)裝車搭載。
此外，上汽集團(tuán)、一汽集團(tuán)、東風(fēng)集團(tuán)等國(guó)內(nèi)車企也在固態(tài)電池領(lǐng)域取得了重要進(jìn)展。其中，上汽集團(tuán)將在2024年起實(shí)現(xiàn)半固態(tài)電池的量產(chǎn)應(yīng)用。
一汽集團(tuán)開(kāi)展相關(guān)固態(tài)電池開(kāi)發(fā)的主體是一汽研發(fā)總院新能源開(kāi)發(fā)院電池開(kāi)發(fā)部。根據(jù)公開(kāi)信息，其開(kāi)發(fā)的全固態(tài)電池采用硫化物固態(tài)電解質(zhì)技術(shù)路線，開(kāi)發(fā)容量10Ah，比能量320Wh/kg、680Wh/L，循環(huán)壽命超過(guò)500次的全固態(tài)電池。
東風(fēng)集團(tuán)的第二代固態(tài)電池也預(yù)計(jì)于2024年上半年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)搭載，屆時(shí)整車?yán)m(xù)航里程可達(dá)1000公里以上。此外，比亞迪早在2016年以前就開(kāi)始投入固態(tài)鋰電池的研發(fā)工作，目前在國(guó)內(nèi)的相關(guān)專利數(shù)量眾多，位列國(guó)內(nèi)前茅。
總體來(lái)看，固態(tài)電池作為下一代電池技術(shù)的有力競(jìng)爭(zhēng)者，正吸引著全球車企和投資者的目光。雖然量產(chǎn)時(shí)間表仍存在一定的不確定性，但隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)鏈的逐步完善，固態(tài)電池的量產(chǎn)前景日益明朗。
中信證券認(rèn)為，隨著固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)鏈降本和產(chǎn)業(yè)化程度提升，固態(tài)電池各環(huán)節(jié)將充分受益，為新能源汽車市場(chǎng)的發(fā)展注入新的活力。中郵證券也表示，預(yù)計(jì)2030年中國(guó)固態(tài)電池出貨量將達(dá)251.1GWh，2030年市場(chǎng)空間有望達(dá)200億元。
據(jù)1月3日大眾集團(tuán)電池子公司PowerCo發(fā)布的報(bào)告顯示，QuantumScape提供的24層固態(tài)電池A樣品在位于德國(guó)薩爾茨吉特的實(shí)驗(yàn)室里經(jīng)歷了數(shù)月之久、高達(dá)1000多次的充電循環(huán)測(cè)試，電池容量保持率仍高達(dá)95%以上。這一數(shù)據(jù)看似令人印象深刻，但仍有專家指出，實(shí)際使用中的環(huán)境條件遠(yuǎn)比實(shí)驗(yàn)室復(fù)雜，能否在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持如此高的容量保持率尚存疑問(wèn)。
此外，測(cè)試數(shù)據(jù)還顯示，搭載QuantumScape電池的電動(dòng)汽車在WLTP工況下續(xù)航里程為500-600公里。在電池的全生命周期內(nèi)，車輛可行駛超過(guò)50萬(wàn)公里而無(wú)明顯續(xù)航能力衰退。然而，有分析師指出，這一續(xù)航里程仍低于部分現(xiàn)有液態(tài)電池的表現(xiàn)，且固態(tài)電池的生產(chǎn)成本較高，商業(yè)化前景仍不明朗。
盡管QuantumScape聲稱其固態(tài)電池性能已超越當(dāng)前行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，即在700次充電循環(huán)內(nèi)最大容量損失為20%，且在快速充電能力、安全性和自放電方面達(dá)到或超過(guò)了相關(guān)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，但仍有不少業(yè)界人士對(duì)其持保留態(tài)度。他們認(rèn)為，固態(tài)電池技術(shù)仍處于發(fā)展初期，距離大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用仍有較長(zhǎng)距離。
QuantumScape的首席執(zhí)行官Jagdeep Singh在接受媒體訪問(wèn)時(shí)坦言，公司在固態(tài)電池技術(shù)上取得了顯著進(jìn)展，但要想將這項(xiàng)技術(shù)真正推向市場(chǎng)，仍有“長(zhǎng)路要走”。 這一表態(tài)無(wú)疑給那些對(duì)QuantumScape寄予厚望的投資者們潑了一盆冷水。
Singh和QuantumScape團(tuán)隊(duì)一直在努力尋求將這項(xiàng)技術(shù)產(chǎn)業(yè)化并加速推向市場(chǎng)。然而，令人失望的是，他們至今未能給出一個(gè)明確的商業(yè)化時(shí)間表。這使得那些已經(jīng)耐心等待了好幾年的股東們開(kāi)始感到焦慮和失望。
事實(shí)上，一些早期投資者在QuantumScape的股票上已經(jīng)遭受了慘重?fù)p失。他們?cè)酒诖灸軌蜓杆賹⒐虘B(tài)電池技術(shù)商業(yè)化，從而帶來(lái)豐厚的回報(bào)。然而，隨著時(shí)間的推移，QuantumScape的股價(jià)并未如預(yù)期般上漲，反而出現(xiàn)了大幅下跌，導(dǎo)致這些投資者的投資損失慘重。
為什么都看好固態(tài)電池
隨著科技的飛速發(fā)展，固態(tài)電池作為一種新興的電池科技，正逐漸走進(jìn)我們的視野。它與傳統(tǒng)的鋰離子電池和鋰離子聚合物電池有著本質(zhì)的不同，主要體現(xiàn)在其使用了固體電極和固體電解質(zhì)。
我們知道，無(wú)論是三元鋰電池還是磷酸鐵鋰電池，其內(nèi)部都離不開(kāi)液態(tài)電解液這個(gè)關(guān)鍵介質(zhì)?？茖W(xué)家們形象地將這種傳統(tǒng)液態(tài)鋰電池比作“搖椅式電池”，其中搖椅的兩端代表電池的正負(fù)極，而中間的液態(tài)電解質(zhì)則像是搖椅的座位，鋰離子在其中來(lái)回穿梭，完成了電池的充放電過(guò)程。
然而，固態(tài)電池的出現(xiàn)，有望徹底改變這一格局。它采用了全固態(tài)電解質(zhì)，這不僅讓電池的適用材料體系發(fā)生了改變，更重要的是，它可以直接使用金屬鋰作為負(fù)極，從而大大減少了負(fù)極材料的用量，提高了電池的能量密度。
此外，傳統(tǒng)鋰離子電池中占據(jù)近40%體積和25%質(zhì)量的隔膜和電解液，在固態(tài)電池中被固態(tài)電解質(zhì)所取代。 這樣一來(lái)，正負(fù)極之間的距離被大幅縮短，甚至可以達(dá)到只有幾到十幾個(gè)微米的級(jí)別，從而使得電池的厚度大大降低。 這也意味著，全固態(tài)電池技術(shù)是實(shí)現(xiàn)電池小型化、薄膜化的關(guān)鍵所在。
不僅如此，當(dāng)固態(tài)電解質(zhì)的厚度薄到毫米級(jí)以下時(shí)，即使是脆性的陶瓷材料也能展現(xiàn)出一定的柔性。因此，全固態(tài)電池在輕薄化后，其柔性程度也會(huì)有明顯的提高。通過(guò)選擇合適的封裝材料，制成的電池甚至可以經(jīng)受幾百到幾千次的彎曲而保持性能基本不衰減。
在安全性方面，固態(tài)電池也展現(xiàn)出了顯著的優(yōu)勢(shì)。傳統(tǒng)的液態(tài)鋰電池在大電流下工作時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)鋰枝晶現(xiàn)象，從而刺破隔膜導(dǎo)致短路破壞。同時(shí)，電解液為有機(jī)液體，在高溫下容易發(fā)生副反應(yīng)、氧化分解、產(chǎn)生氣體等安全隱患。而采用全固態(tài)電池技術(shù)則可以有效解決這些問(wèn)題。
從原理上來(lái)說(shuō)，固態(tài)電池與液態(tài)電池并無(wú)太大差異，但其電解質(zhì)為固態(tài)的特性卻賦予了它更多的優(yōu)勢(shì)。固態(tài)電解質(zhì)的密度和結(jié)構(gòu)可以讓更多的帶電離子聚集在一端，從而傳導(dǎo)更大的電流并提升電池容量。因此，在相同的電量下，固態(tài)電池的體積可以做得更小。同時(shí)，由于沒(méi)有電解液的存在，固態(tài)電池的封存變得更加容易，在汽車等大型設(shè)備上使用時(shí)也不需要再額外增加冷卻管、電子控件等附屬設(shè)備，這不僅節(jié)約了成本還減輕了重量。
鑒于科學(xué)界普遍認(rèn)為鋰離子電池已經(jīng)接近其性能極限，固態(tài)電池在近年來(lái)被寄予厚望，被視為有可能繼承鋰離子電池地位的下一代電池技術(shù)。
它采用鋰、鈉等制成的玻璃化合物作為傳導(dǎo)物質(zhì)來(lái)取代傳統(tǒng)的電解液，從而大幅提升了鋰電池的能量密度。雖然固態(tài)電池的功率密度相對(duì)較低，但其高能量密度和功率重量比卻使它成為電動(dòng)汽車等應(yīng)用領(lǐng)域中的理想選擇。
量產(chǎn)難點(diǎn)在哪
在新能源汽車的風(fēng)口浪尖，固態(tài)電池作為被寄予厚望的下一代動(dòng)力電池，其商業(yè)化進(jìn)程一直備受關(guān)注。近日，豐田汽車在技術(shù)說(shuō)明會(huì)上放出重磅消息：他們找到了合適的材料，并計(jì)劃在2027年至2028年間將固態(tài)電池商業(yè)化，推出配備這一技術(shù)的純電動(dòng)汽車。然而，這一聲明并未伴隨詳細(xì)的技術(shù)展示，引發(fā)了外界的質(zhì)疑與討論。
固態(tài)電池的優(yōu)勢(shì)顯而易見(jiàn)：高安全性、高能量密度，以及在極端溫度下的穩(wěn)定表現(xiàn)。這些特性使其成為動(dòng)力電池領(lǐng)域的明星，各國(guó)都在爭(zhēng)相布局。但回顧歷史，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)固態(tài)電池的量產(chǎn)之路并不平坦。早在30年前，美國(guó)橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室就宣稱研發(fā)出固態(tài)電池，但時(shí)至今日，大規(guī)模量產(chǎn)仍未能實(shí)現(xiàn)。
目前，固態(tài)電池按材料體系主要分為三大技術(shù)路線：硫化物、聚合物和氧化物。日韓企業(yè)，如豐田、三星SDI等，主要押注硫化物體系，技術(shù)積累深厚。歐洲則偏向聚合物路線，而中國(guó)以氧化物體系為主。但不論是哪種路線，都存在基礎(chǔ)性的技術(shù)挑戰(zhàn)和成本問(wèn)題。
硫化物電解質(zhì)雖被寄予厚望，但其空氣穩(wěn)定性差，暴露于空氣中會(huì)產(chǎn)生有毒氣體，同時(shí)性能衰減；聚合物電解質(zhì)在室溫下離子電導(dǎo)率較低，限制了其商業(yè)化應(yīng)用；而氧化物電解質(zhì)雖具有較寬的電化學(xué)穩(wěn)定窗口，但也存在界面化學(xué)副反應(yīng)和鋰枝晶生長(zhǎng)問(wèn)題。
成本方面，當(dāng)前半固態(tài)電池的成本已遠(yuǎn)高于液態(tài)電池。以NCM811液態(tài)電芯和半固態(tài)電芯為例，半固態(tài)電芯的成本增加了約80%，其中固態(tài)電解質(zhì)成本占據(jù)半壁江山。考慮到全固態(tài)電池在生產(chǎn)工藝、質(zhì)量控制等方面的更高要求，其成本只會(huì)更高。
動(dòng)力電池的量產(chǎn)需要滿足能量密度、充放電倍率性能、成本、安全性和循環(huán)壽命五大指標(biāo)。實(shí)驗(yàn)室中的研究成果往往只能在某個(gè)或某幾個(gè)指標(biāo)上取得突破，要同時(shí)滿足所有指標(biāo)要求才能實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。因此，盡管固態(tài)電池看似即將迎來(lái)商業(yè)化曙光，但實(shí)際上其量產(chǎn)之路仍然漫長(zhǎng)且充滿挑戰(zhàn)。
面對(duì)固態(tài)電池的高成本和技術(shù)難題，一些國(guó)產(chǎn)車企已經(jīng)開(kāi)始轉(zhuǎn)向半固態(tài)電池的研發(fā)和生產(chǎn)。然而，即便是半固態(tài)電池，其成本也仍然高昂。以蔚來(lái)推出的ET7車型為例，其搭載的半固態(tài)電池成本高達(dá)25萬(wàn)以上，這對(duì)于大部分家用車來(lái)說(shuō)顯然是難以承受的。
總體來(lái)看，固態(tài)電池作為下一代動(dòng)力電池的候選者，雖然具有諸多優(yōu)勢(shì)，但其商業(yè)化進(jìn)程仍面臨諸多挑戰(zhàn)。成本高昂、技術(shù)難題待解、生產(chǎn)工藝和質(zhì)量控制要求嚴(yán)苛等問(wèn)題都是制約其大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵因素。未來(lái)幾年內(nèi)，我們或許難以看到固態(tài)電池的大規(guī)模量產(chǎn)，但其潛在的巨大市場(chǎng)價(jià)值和戰(zhàn)略意義仍使得各國(guó)和企業(yè)不愿放棄這一領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)。
國(guó)內(nèi)水平如何
隨著新能源汽車市場(chǎng)的持續(xù)升溫，固態(tài)電池作為下一代電池技術(shù)的有力競(jìng)爭(zhēng)者，正吸引著全球車企和投資者的目光。去年12月，蔚來(lái)CEO李斌親自駕駛ET7挑戰(zhàn)“1000公里續(xù)航”，所搭載的150kWh超長(zhǎng)續(xù)航電池包成為全球焦點(diǎn)。這款無(wú)熱失控軟包CTP電池的電芯能量密度高達(dá)360Wh/kg，預(yù)計(jì)今年4月將正式量產(chǎn)，為蔚來(lái)全系車型注入新動(dòng)力。
在固態(tài)電池的賽道上，中國(guó)車企和海外巨頭都在加速布局。上汽集團(tuán)宣布，從2024年起將在不同車型上實(shí)現(xiàn)半固態(tài)電池的量產(chǎn)應(yīng)用。長(zhǎng)安汽車、廣汽集團(tuán)等則瞄準(zhǔn)了2025年至2026年的時(shí)間窗口，計(jì)劃推出搭載半固態(tài)電池的車型。海外方面，寶馬和日產(chǎn)也分別公布了各自的固態(tài)電池研發(fā)和應(yīng)用計(jì)劃。
值得一提的是，雖然豐田汽車早前曾宣布在2027年實(shí)現(xiàn)全固態(tài)電池的量產(chǎn)，但最近卻將這一時(shí)間表推遲到了2030年以后。這一調(diào)整無(wú)疑給固態(tài)電池的量產(chǎn)前景增添了一絲不確定性。
然而，中國(guó)在全球固態(tài)電池領(lǐng)域的研發(fā)實(shí)力不容小覷。據(jù)國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局局長(zhǎng)申長(zhǎng)雨介紹，中國(guó)在鋰電池特別是固態(tài)電池領(lǐng)域是全球主要的技術(shù)來(lái)源國(guó)之一。截至2023年5月，全球固態(tài)電池關(guān)鍵技術(shù)專利申請(qǐng)量中，中國(guó)占比高達(dá)36.7%，且近五年來(lái)年均增長(zhǎng)速度位列全球第一。
中信證券新能源汽車行業(yè)分析師袁健聰指出，固態(tài)電池突破了鋰離子電池的安全與能量密度瓶頸，具有巨大的應(yīng)用潛力。在中國(guó)國(guó)內(nèi)，寧德時(shí)代、中創(chuàng)新航、贛鋒鋰業(yè)等電池企業(yè)以及廣汽埃安、長(zhǎng)安汽車等車企都在固態(tài)電池領(lǐng)域積極布局。根據(jù)業(yè)內(nèi)規(guī)劃，全固態(tài)電池的量產(chǎn)時(shí)間有望在2026年左右實(shí)現(xiàn)。
具體到各企業(yè)而言，寧德時(shí)代在互動(dòng)平臺(tái)上表示，公司已擁有大量固態(tài)電池技術(shù)儲(chǔ)備，并致力于解決各種工程技術(shù)難題。雖然公司當(dāng)前主推的凝聚態(tài)電池比固態(tài)電池更快實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，但固態(tài)電池的研發(fā)仍在穩(wěn)步推進(jìn)。廣汽集團(tuán)則宣布，其固態(tài)電池已取得突破性進(jìn)展，計(jì)劃在2026年實(shí)現(xiàn)裝車搭載。
此外，上汽集團(tuán)、一汽集團(tuán)、東風(fēng)集團(tuán)等國(guó)內(nèi)車企也在固態(tài)電池領(lǐng)域取得了重要進(jìn)展。其中，上汽集團(tuán)將在2024年起實(shí)現(xiàn)半固態(tài)電池的量產(chǎn)應(yīng)用。
一汽集團(tuán)開(kāi)展相關(guān)固態(tài)電池開(kāi)發(fā)的主體是一汽研發(fā)總院新能源開(kāi)發(fā)院電池開(kāi)發(fā)部。根據(jù)公開(kāi)信息，其開(kāi)發(fā)的全固態(tài)電池采用硫化物固態(tài)電解質(zhì)技術(shù)路線，開(kāi)發(fā)容量10Ah，比能量320Wh/kg、680Wh/L，循環(huán)壽命超過(guò)500次的全固態(tài)電池。
東風(fēng)集團(tuán)的第二代固態(tài)電池也預(yù)計(jì)于2024年上半年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)搭載，屆時(shí)整車?yán)m(xù)航里程可達(dá)1000公里以上。此外，比亞迪早在2016年以前就開(kāi)始投入固態(tài)鋰電池的研發(fā)工作，目前在國(guó)內(nèi)的相關(guān)專利數(shù)量眾多，位列國(guó)內(nèi)前茅。
總體來(lái)看，固態(tài)電池作為下一代電池技術(shù)的有力競(jìng)爭(zhēng)者，正吸引著全球車企和投資者的目光。雖然量產(chǎn)時(shí)間表仍存在一定的不確定性，但隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)鏈的逐步完善，固態(tài)電池的量產(chǎn)前景日益明朗。
中信證券認(rèn)為，隨著固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)鏈降本和產(chǎn)業(yè)化程度提升，固態(tài)電池各環(huán)節(jié)將充分受益，為新能源汽車市場(chǎng)的發(fā)展注入新的活力。中郵證券也表示，預(yù)計(jì)2030年中國(guó)固態(tài)電池出貨量將達(dá)251.1GWh，2030年市場(chǎng)空間有望達(dá)200億元。
