專題
[摘要]有媒體報道稱，中國政府或投入約60億元，鼓勵有條件的企業(yè)對全固態(tài)電池相關(guān)技術(shù)開展研發(fā)。如果該政策能夠最終落地，這或?qū)⒊蔀橹袊状螌θ虘B(tài)電池研發(fā)進(jìn)行大規(guī)模的資金支持。在該政策的推波助瀾下，有望加快國內(nèi)全固態(tài)電池的技術(shù)研發(fā)和量產(chǎn)進(jìn)程。
作為業(yè)界矚目的顛覆性電池產(chǎn)品，全固態(tài)電池日前正受到全球各方的關(guān)注。由于其潛在的高能量密度、安全性和低成本等多維優(yōu)勢，全固態(tài)電池更被普遍認(rèn)為是下代新能源動力電池的完美產(chǎn)品，目前包括中國、日本、歐美在內(nèi)等國均加大投入攻關(guān)該顛覆性技術(shù)。總體來說國內(nèi)希望利用固態(tài)電池鞏固當(dāng)前既有優(yōu)勢，而國外則希望利用固態(tài)電池來實現(xiàn)彎道超車。
中國科學(xué)院院士歐陽明高近日表示，我們必須要布局全固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)。我們做全固態(tài)電池的目標(biāo)不是去顛覆別人，而是怕別人顛覆我們。當(dāng)然我們在搞全固態(tài)電池的同時也必須要兼顧液態(tài)電池，這是我們已經(jīng)形成的優(yōu)勢。但只要全固態(tài)電池在市場上有1%的市場份額，對我們的沖擊都會很大。所以積極發(fā)展固態(tài)電池保優(yōu)勢、防顛覆，這是我們的定位和目標(biāo)。
單從國內(nèi)來看，與以往大家的關(guān)注點半固態(tài)電池不同，今年以來全固態(tài)電池領(lǐng)域不時傳出最新的進(jìn)展。先是智己L6上市憑借超快充固態(tài)電池首次量產(chǎn)上車賺足了行業(yè)眼球，之后廣汽集團(tuán)也在自己的科技日上公布在全固態(tài)電池領(lǐng)域取得了突破性進(jìn)展，瞬時之間固態(tài)電池的熱度不斷攀升，全固態(tài)電池產(chǎn)品即將呼之欲出，就連此前低調(diào)的寧王也公布了量產(chǎn)時間。
今年4月，寧德時代首次公布了全固態(tài)電池研發(fā)和量產(chǎn)進(jìn)度，計劃在2027年小批量生產(chǎn)全固態(tài)電池，但并未披露其批量裝車的時間表。寧德時代首席科學(xué)家吳凱表示，如果用技術(shù)和制造成熟度作為評價體系（以1至9分打分），目前寧德時代全固態(tài)電池研發(fā)目前處于4分的水平，到2027年公司期望達(dá)到7至8分水平，屆時公司固態(tài)電池可進(jìn)行小批量生產(chǎn)。
各方勢力牽頭 量產(chǎn)競速賽開啟
今年5月底有媒體報道稱，中國政府或投入約60億元，鼓勵有條件的企業(yè)對全固態(tài)電池相關(guān)技術(shù)開展研發(fā)。如果該消息能夠最終落地，這將成為中國政府首次對全固態(tài)電池研發(fā)進(jìn)行規(guī)模資金支持。有知情人士表示，確有上述對于全固態(tài)電池的研發(fā)支持項目，牽頭部門包括工信部和財政部，但具體金額并未最終確定，但是此舉肯定會加快固態(tài)電池研發(fā)進(jìn)程。
消息顯示，包括寧德時代、比亞迪、一汽、上汽、衛(wèi)藍(lán)新能源和吉利共六家企業(yè)或獲得政府基礎(chǔ)研發(fā)支持。而據(jù)知情人士獲悉，確有上述對于全固態(tài)電池的研發(fā)支持項目，牽頭部門包括工信部和財政部，但具體金額并未最終確定。該項政策的出臺，表明國家對全固態(tài)電池支持力度變大，加上企業(yè)配套資金和外部資本投入，全固態(tài)電池的商業(yè)化進(jìn)程有望提速。
而在企業(yè)方面，多家動力電池企業(yè)也在近期宣布了固態(tài)電池最新進(jìn)展或計劃。今年4月寧德時代對全固態(tài)電池的商業(yè)化布局突然高調(diào)起來。這家全球動力電池龍頭首次公布了全固態(tài)電池的研發(fā)進(jìn)展，并計劃在2027年實現(xiàn)小批量量產(chǎn)。有業(yè)內(nèi)人士表示，寧德時代在固態(tài)電池研發(fā)方面已有超過十年的積累，在全固態(tài)電池方面或不落后于任何國內(nèi)外的電池企業(yè)。
值得注意的是，此前寧德時代在全固態(tài)電池的態(tài)度都比較低調(diào)。今年3月寧德時代董事長曾毓群在接受媒體采訪時表示，全固態(tài)電池距離商業(yè)化還有數(shù)年時間。截至目前，這項技術(shù)還不夠完善，缺乏耐用性，還存在安全問題。寧德時代首席科學(xué)家吳凱也表示，以寧德時代目前的技術(shù)水平而言，到2027年實現(xiàn)全固態(tài)電池量產(chǎn)很有難度，量產(chǎn)時間或?qū)⑼箜樠印?/span>
隨后5月中旬，國軒高科在公司第十三屆科技大會上發(fā)布了全固態(tài)電池，即金石電池。相關(guān)消息透露，金石電池采用微納化固體電解質(zhì)、超薄膜包覆單晶正極和三維介孔硅負(fù)極，能量密度比主流三元鋰電池提升40%以上，金石電池打造的電池包，擁有80%的質(zhì)量成組率，單次充電續(xù)航可達(dá)1000公里。且金石電池已通過200度熱箱測試，安全性遠(yuǎn)超國標(biāo)需求。
欣旺達(dá)也表示，自2015年起公司便已開始固態(tài)電池的研發(fā)和戰(zhàn)略布局，規(guī)劃了首代和第二代全固態(tài)電池產(chǎn)品，目標(biāo)能量密度分別為400Wh/kg和500Wh/kg。目前欣旺達(dá)首代全固態(tài)電池的安時級樣品已能夠?qū)崿F(xiàn)超過1000周的穩(wěn)定循環(huán)，而第二代全固態(tài)電池實驗室樣品已達(dá)到500Wh/kg能量密度。按照欣旺達(dá)的規(guī)劃，預(yù)計將于2026年實現(xiàn)全固態(tài)電池量產(chǎn)。
相較傳統(tǒng)電池企業(yè)，新晉電池企業(yè)對于全固態(tài)電池的布局表現(xiàn)得更為積極，并且多選擇與新能源汽車廠商結(jié)盟，以期搶占市場先機(jī)。例如清陶能源和上汽集團(tuán)的組合，衛(wèi)藍(lán)新能源和蔚來汽車的聯(lián)手。5月24日，上汽集團(tuán)宣布擬在2027年推出全固態(tài)電池車型。該電池的供應(yīng)商正是清陶能源，而上汽集團(tuán)也是該公司的主要投資者，雙方在固態(tài)電池方面合作已久。
雙方已在去年成立了合資公司上汽清陶，作為全固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化項目主體。今年三季度上汽清陶全固態(tài)電池量產(chǎn)線將開工建設(shè)，并計劃于2026年量產(chǎn)，首階段電池產(chǎn)品的能量密度將超過400Wh/kg。清陶能源全固態(tài)電池采用聚合物加無機(jī)物復(fù)合電解質(zhì)，預(yù)計能量密度將超過400Wh/kg，體積能量密度超過820Wh/L。預(yù)計二代全固態(tài)電池能量密度超500Wh/kg。
而與清陶能源并稱固態(tài)電池領(lǐng)域兩大獨角獸的衛(wèi)藍(lán)新能源。早在2022年衛(wèi)藍(lán)新能源官宣與蔚來汽車合作，計劃當(dāng)年底量產(chǎn)混合固液電池。并于2023年6月正式向蔚來交付360Wh/kg鋰電池半固態(tài)電芯，組成150kWh半固態(tài)電池包，該電池包能量密度為260Wh/kg，行駛距離達(dá)1044公里。按照衛(wèi)藍(lán)新能源最新的規(guī)劃，是在2027年實現(xiàn)全固態(tài)電池小批量上車。
此外在車企方面，今年4月廣汽在科技日發(fā)布了全固態(tài)電池，它采用了第三代海綿硅負(fù)極和高面容量固態(tài)正極技術(shù)。據(jù)了解，該款全固態(tài)電池能量密度能達(dá)到400Wh/kg以上，較當(dāng)前量產(chǎn)液態(tài)鋰離子電池體積能量密度提升52%以上，質(zhì)量能量密度提升50%以上，可輕松實現(xiàn)1000公里續(xù)航。廣汽希望在2026年完成全固態(tài)電池開發(fā)，首先搭載于旗下昊鉑車型。
業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，隨著全球范圍內(nèi)對減少碳排放的共識加深，以及各國政府對于電動車的政策扶持，電動車的市場需求正在迅速膨脹。而電動車的性能與續(xù)航里程又在很大程度上取決于電池技術(shù)。而全固態(tài)鋰電池高安全、高能量密度、快速充放電能力及長壽命等特性都將極大地促進(jìn)電動車發(fā)展。除電動車外，低空經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域同樣成為全固態(tài)鋰電池重要應(yīng)用領(lǐng)域。
市場蛋糕巨大 固態(tài)電池投資升溫
根據(jù)業(yè)內(nèi)專家分析預(yù)測，未來全固態(tài)鋰電池的市場規(guī)模將達(dá)到上萬億規(guī)模。尤其到2030年前后隨著全固態(tài)鋰電池技術(shù)的不斷成熟和生產(chǎn)成本的降低，其在電動汽車領(lǐng)域的滲透率將明顯增加，屆時全固態(tài)電池市場規(guī)模有望迎來爆發(fā)式增長。而在更遠(yuǎn)的未來，包括便攜式電子設(shè)備、低空經(jīng)濟(jì)、儲能系統(tǒng)等領(lǐng)域也將逐漸被全固態(tài)電池所滲透，市場規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大。
因此近兩年來，有關(guān)固態(tài)電池的投資項目快速升溫。據(jù)不完全統(tǒng)計，自2023年以來國內(nèi)半固態(tài)和全固態(tài)電池項目累計超過11個，總投資額達(dá)到664.3億元。這還不包括中國臺灣企業(yè)輝能科技計劃在法國新建的固態(tài)電池工廠，該項目投資額預(yù)計超過400億元。不過在這些規(guī)劃項目中，多以新興企業(yè)如清陶能源、衛(wèi)藍(lán)新能源等為主，未見鋰電龍頭企業(yè)身影。
上述項目集中于2023年，其中就包括清陶能源投資100億元在成都建設(shè)15GWh固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)基地、領(lǐng)新新能源投資106億元在重慶建設(shè)20GWh固態(tài)電池項目、衛(wèi)藍(lán)新能源投資109億元在湖州建設(shè)20GWh固態(tài)鋰電池項目、山東金啟航投資116億元在樂陵建設(shè)20GWh固態(tài)電池生產(chǎn)基地項目、中科固能投資60億元在常州投資建設(shè)全固態(tài)電解質(zhì)生產(chǎn)基地項目等。
今年以來，固態(tài)電池投資熱度依舊不減，但規(guī)模以及項目數(shù)量有所縮水。其中包括5月30日深圳欣界能源與金壇市政府簽約總投資約5GWh/30億元的鋰金屬固態(tài)電池項目；5月19日中國電力、鄭州英諾貝森能源及湖北方鼎科技與新疆喀什政府簽訂新能源固態(tài)電池制造項目；4月18日新疆哈密與河南重聯(lián)簽訂年產(chǎn)3GWh固態(tài)電池項目戰(zhàn)略合作框架協(xié)議等。
雖然在上述投資項目中，關(guān)于全固態(tài)電池投資的產(chǎn)能規(guī)模及具體金額無從知曉。但是作為可能顛覆電池行業(yè)格局的突破性技術(shù)，包括日本、歐美等都將全固態(tài)電池視為下代電池技術(shù)競爭的關(guān)鍵。中科院院士歐陽明高今年曾提醒稱，目前日本和歐美都在全固態(tài)電池方面加大研發(fā)力度，意圖改變在液態(tài)鋰電池方面落后于中國的局面，國內(nèi)電池企業(yè)需要時刻警醒。
因此發(fā)展全固態(tài)電池不僅是應(yīng)對同行業(yè)的競爭，還有來自國外同行的競爭壓力。日本在四年前發(fā)布的路線圖中明確提到，2030年全固態(tài)電池計劃實現(xiàn)1000瓦時/升的能量密度，這是決定電動汽車?yán)m(xù)航里程的關(guān)鍵指標(biāo)。而在日本固態(tài)電池研發(fā)企業(yè)中，豐田汽車無疑是其中的領(lǐng)頭羊，根據(jù)豐田發(fā)布的規(guī)劃，最早到2027年將向市場投放搭載全固態(tài)電池的車型。
去年10月豐田汽車表示，該公司即將能夠以與現(xiàn)有電動汽車電池相同的速度生產(chǎn)下代固態(tài)電池產(chǎn)品，這標(biāo)志著該技術(shù)在全球商業(yè)化競賽中的重要里程碑。據(jù)行業(yè)媒體報道，豐田當(dāng)前研發(fā)的固態(tài)電池的充電速度將會是特斯拉充電速度的1.5倍，充電10分鐘即可行駛1200公里，已經(jīng)接近了燃油車加油所需要的時間。而最重要的是，成本和尺寸可做到減半。
除日本外，歐洲對于固態(tài)電池的投資也盡顯大手筆。近日Blue Solutions公司宣布，將在法國阿爾薩斯地區(qū)建設(shè)1座專門生產(chǎn)下代電動汽車電池的固態(tài)電池工廠。根據(jù)報道，該計劃預(yù)計會吸引超過22億歐元（約合人民幣173億元）的投資。根據(jù)規(guī)劃，新工廠預(yù)計年產(chǎn)能或?qū)⑦_(dá)到25GWh，主要生產(chǎn)固態(tài)電池型號GEN4，能夠為約25萬輛電動汽車提供動力。
而在之前，輝能科技官方宣布，將投資52億歐元（約合人民幣412億元）在法國敦刻爾克市新建固態(tài)電池超級工廠。當(dāng)天法國總統(tǒng)馬克龍與經(jīng)濟(jì)部、內(nèi)政部等五位部長親自出席發(fā)布會并發(fā)表演講，足見法國政府對固態(tài)電池的重視。該工廠產(chǎn)能規(guī)劃48GWh，將于2024年開始建設(shè)，預(yù)計2026年底開始量產(chǎn)，同時該工廠也將成為目前全球最大固態(tài)電池工廠。
業(yè)內(nèi)人士表示，中國雖然是目前全球最大的鋰離子電池制造國，但在全固態(tài)電池專利布局方面中國廠商仍與國際企業(yè)存在較大差距。其次雖然國內(nèi)固態(tài)電池技術(shù)路線多元，但重點以半固態(tài)/固液混合為主，在全固態(tài)電池方面投入仍顯不足，且資源分散，存在被國外競爭對手超越的風(fēng)險。國內(nèi)各方力量顯然已注意到這些，開始重視和加強(qiáng)全固態(tài)電池研發(fā)進(jìn)程。
諸多問題待解 全固態(tài)電池量產(chǎn)難
與傳統(tǒng)液態(tài)鋰電池相比，全固態(tài)電池由于采用固態(tài)電解質(zhì)材料，能量密度、快充性能、安全性能等大幅提升，也被稱為鋰電終極技術(shù)。然而全固態(tài)電池概念已誕生30余年，但其規(guī)模化量產(chǎn)裝車始終沒有取得實質(zhì)性突破。就連擁有固態(tài)電池專利超過1300余項的豐田汽車也多次跳票，將裝車時間從2020年推遲至2025年，如今更將裝車時間推遲至2027年。
就連行業(yè)龍頭豐田都這么難產(chǎn)，全固態(tài)電池到底存在哪些難點？研究機(jī)構(gòu)業(yè)內(nèi)分析，對于雄心勃勃攻克全固態(tài)電池技術(shù)的企業(yè)而言，所面臨的首要挑戰(zhàn)是固態(tài)電解質(zhì)的選擇問題。由于全固態(tài)電池的電極和電解質(zhì)均為固體，將嚴(yán)重影響鋰離子在兩者間傳輸?shù)男剩瑫a(chǎn)生所謂的固固界面問題。而固固界面問題存在會降低電池的電化學(xué)性能,甚至導(dǎo)致電池失效。
因此對于全固態(tài)電池電解質(zhì)的選擇，在業(yè)內(nèi)還沒有達(dá)成共識。從目前來看，氧化物、聚合物與硫化物是目前的主要研發(fā)方向，它們有著各自的優(yōu)缺點，各家電池和整車企業(yè)也有著不同的偏好。聚合物電解質(zhì)成熟度較高，加工性好且成本低，受到歐洲企業(yè)青睞，但電導(dǎo)率較差是其最顯著缺點。氧化物電解質(zhì)電導(dǎo)率較高，受國內(nèi)企業(yè)所重視，但規(guī)模化制造困難。
多家日韓企業(yè)選擇的是硫化物路線，這種材料電解質(zhì)電導(dǎo)率高，加工性好，但也存在著遇水會產(chǎn)生有毒氣體，生產(chǎn)制備工藝復(fù)雜且成本高等缺點。寧德時代近期也表態(tài)稱，更看好硫化物路線的全固態(tài)電池。不過根據(jù)欣旺達(dá)動力提供的數(shù)據(jù)，硫化物全固態(tài)電池成本預(yù)計為當(dāng)前液態(tài)鋰電池的數(shù)倍，且未來3至5年內(nèi)有多少降本空間還很不明朗，影響商業(yè)化進(jìn)程。
上汽清陶選擇的是聚合物與無機(jī)物復(fù)合的固態(tài)電解質(zhì)材料。相比硫化物、氧化物體系，復(fù)合電解質(zhì)材料降低了制造工藝的難度，率先量產(chǎn)可能性更大，其缺點在于快充性能方面不及硫化物技術(shù)路線，但與現(xiàn)有液態(tài)鋰電池的水平類似。近期還有企業(yè)將鋰金屬作為全固態(tài)電池的負(fù)極材料，并在江蘇常州投建首條鋰金屬固態(tài)電池產(chǎn)線，但其規(guī)模化量產(chǎn)依然不明確。
其次在全固態(tài)電池量產(chǎn)過程中，需要解決的難題還體現(xiàn)在量產(chǎn)工藝和制造設(shè)備層面，由于全固態(tài)電池的工藝將發(fā)生巨大變化，電池前段的生產(chǎn)設(shè)備可能需要重新研究和開發(fā)。國軒高科固態(tài)電池項目總工程師潘瑞軍提到，與液體電池不同，純固態(tài)電池的處理工藝也不同，會涉及新設(shè)備的開發(fā)，以及工藝的摸索。與此同時，生產(chǎn)制造這方面要攻克的難題還很多。
上汽清陶總經(jīng)理李崢也表示，全固態(tài)電池量產(chǎn)的最大風(fēng)險點在于設(shè)備和工藝的穩(wěn)定性，它直接影響到電池產(chǎn)品合格率和生產(chǎn)效率。傳統(tǒng)液態(tài)電池的生產(chǎn)線肯定不可能直接用來制造全固態(tài)電池，其工藝和裝備的成熟需要長期的過程，所以我們剛開始設(shè)計的全固態(tài)電池產(chǎn)能并不會很大，先把全固態(tài)電池產(chǎn)線的裝備和工藝的穩(wěn)定驗證工作做好，這是個重要的難點。
而拋開技術(shù)層面的突破，成本也是阻礙固態(tài)電池大規(guī)模落地的重要原因。深藍(lán)汽車科技有限公司高級項目總監(jiān)周安健表示，技術(shù)的突破、產(chǎn)品的實現(xiàn)是我們上車搭載的起點，而成本下降則是規(guī)模量產(chǎn)的起點。不過在潘瑞軍看來，全固態(tài)電池的成本肯定會下降，因為其關(guān)鍵材料并不涉及很多貴金屬，待供應(yīng)鏈走向成熟以后，規(guī)模效應(yīng)將會帶來成本的有效降低。
盡管全固態(tài)電池技術(shù)路線和降本空間尚不明確，但上汽清陶、衛(wèi)藍(lán)新能源等新貴們，已率先選擇從半固態(tài)電池入手。與全固態(tài)電池相比，半固態(tài)電池仍保留了部分液態(tài)電解質(zhì)。不過半固態(tài)電池也被飽受質(zhì)疑，由于仍有液態(tài)電解液成分，半固態(tài)電池不僅未能完全解決電池安全問題，也沒有根本性地提高能量密度。這或許也是主流電池企業(yè)不愿參與其間的原因。
盡管當(dāng)前全球?qū)θ虘B(tài)電池寄予厚望，但全固態(tài)電池何時能夠?qū)崿F(xiàn)規(guī)模上車，依然存在太多的不確定性。有觀點認(rèn)為，在全產(chǎn)業(yè)的努力下，預(yù)計到2027年全固態(tài)電池有望實現(xiàn)小批量示范裝車。欣旺達(dá)副總裁梁銳表示，全固態(tài)電池經(jīng)過這么多年的發(fā)展，產(chǎn)業(yè)化落地的條件已經(jīng)越來越成熟，我們覺得用未來的3至5年時間去實現(xiàn)量產(chǎn)突破，是非常有可能性的。
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