固態(tài)電池已成整車企業(yè)“必爭之地”

作為新一代的顛覆性電池技術(shù)，固態(tài)電池的賽道上從來沒有這么擁擠過，除了電池企業(yè)加快研發(fā)布局和釋放相關(guān)信息外，上汽、廣汽和長安等整車企業(yè)也紛紛在不久前發(fā)布了自研的最新進展和量產(chǎn)裝車計劃，大有趕在豐田之前，完成固態(tài)電池上車之勢。然而，恰如中國科學院院士、清華大學教授歐陽明高前不久公開所說：“從全行業(yè)看，中國既要發(fā)展?jié)u進性的半固態(tài)技術(shù)路線，又要防范激進型全固態(tài)技術(shù)路線帶來的顛覆性風險?！睂τ跔幭瓤趾笞匝谢蚝献鞴リP(guān)固態(tài)電池的整車企業(yè)來說，固步自封不可取，但盲目冒進或炒作，同樣也不值得提倡。

比亞迪和東風早早入局

一直以來，由于具有超高能量密度、耐高溫抗穿刺的超高安全性以及寬溫域工作窗口等眾多優(yōu)點，固態(tài)電池都被稱為是最具潛力的“下一代動力電池”，被列入中國、美國、歐盟、日韓等主要國家和地區(qū)的發(fā)展戰(zhàn)略，也成為了下一代電池技術(shù)競爭的關(guān)鍵制高點。各國、各企業(yè)都在積極布局這一領(lǐng)域，整車企業(yè)自然也不例外，其實國內(nèi)整車企業(yè)的起步，要比大家想象的早得多。

作為一家“非典型性”整車企業(yè)，比亞迪在2016年就將固態(tài)電池確定為未來的發(fā)展方向，嘗試小規(guī)模使用，并在當時提出要在未來10年、最快5年內(nèi)推出固態(tài)電池。2018年，比亞迪推進固態(tài)電池項目商用，并把固態(tài)電池作為下一步研究重點。2021年，比亞迪公開了硫系添加劑全固態(tài)電池專利。2022年，有媒體報道，稱從比亞迪內(nèi)部獲悉，比亞迪全固態(tài)鋰電池在重慶生產(chǎn)即將裝車試驗，不過，這一消息隨后被辟謠。此后，刀片電池成為比亞迪動力電池的“主力產(chǎn)品”，比亞迪在固態(tài)電池的進展也陷入沉寂，近段時間業(yè)界甚至提出，比亞迪和寧德時代都處于固態(tài)電池熱潮的“邊緣”。直到今年6月6日，據(jù)公眾號“Voltaplus”消息，比亞迪旗下弗迪電池首次公開了全固態(tài)電池的進展：電芯容量可做到60Ah以上，質(zhì)量比能量密度達到400Wh/Kg，體積比能量密度達到800Wh/L，計劃2027年實現(xiàn)小批量產(chǎn)。

在公開信息中，東風汽車在固態(tài)電池領(lǐng)域起步也非常早，從2018年起就成立了固態(tài)電池項目組，開展固態(tài)電池、固態(tài)電池系統(tǒng)的技術(shù)研究。2019年7月，第一代固態(tài)電池系統(tǒng)開發(fā)完成。2020年，東風第一代固態(tài)電池搭載整車下線路試，順利通過單體穿刺、擠壓變形、高溫等167項嚴苛測試。2022年1月，由東風公司與贛鋒鋰業(yè)合作開發(fā)的高比能固態(tài)電池（實為半固態(tài)），成功在東風E70搭載，隨后50臺搭載該電池的東風風神E70在浙江、河北、江蘇、廣東、湖南、江西等6省10地開展示范運營，運營里程超50萬公里；2024年北京車展，東風汽車帶來了自主研發(fā)的新一代高比能固態(tài)電池，采用了高穩(wěn)定改性鋰金屬負極和新型原位固化復(fù)合物電解質(zhì)，電芯能量密度達到了405Wh/kg以上，并通過了針刺、形變擠壓和熱箱等安全測試。

固態(tài)電池突然成為車企研發(fā)熱點

有意思的是，除了比亞迪和東風汽車以外，隨著固態(tài)電池成為技術(shù)關(guān)注的焦點和熱點，這兩年爆出固態(tài)電池研發(fā)進展消息的整車企業(yè)突然增多。

去年廣州車展上，長安汽車宣布，計劃到2030年推出液態(tài)、半固態(tài)、固態(tài)等8款自研電芯，形成不低于150GWh的電池產(chǎn)能。按照在電池系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域的規(guī)劃，長安汽車將深耕半固態(tài)、固態(tài)電池，推進全新電解質(zhì)材料開發(fā)、關(guān)鍵工藝開發(fā)，計劃不晚于2027年推動重量能量密度達到350-500Wh/kg、體積能量密度750-1000Wh/L，并逐步量產(chǎn)應(yīng)用，2030年實現(xiàn)全面普及。

4月12日，廣汽集團在2024科技日上推出了高安全大容量全固態(tài)動力電池，宣布電池容量達到了30Ah，能量密度為400Wh/kg，整車續(xù)航里程可輕松超過1000km，而且在采用了超高鎳正極和超大容量硅負極的情況下，還能實現(xiàn)電池在200℃熱箱測試中不發(fā)生爆炸。

今年4月12日，廣汽集團在2024科技日上推出了高安全大容量全固態(tài)動力電池，宣布電池容量達到了30Ah，能量密度為400Wh/kg，整車續(xù)航里程可輕松超過1000km，而且在采用了超高鎳正極和超大容量硅負極的情況下，還能實現(xiàn)電池在200℃熱箱測試中不發(fā)生爆炸。

上汽集團則在5月24日舉行的“向新十年 上汽集團新能源技術(shù)發(fā)布會”上，官宣首條全固態(tài)電池生產(chǎn)線建成貫通倒計時500天正式啟動。據(jù)上汽集團副總裁、總工程師，創(chuàng)新研究開發(fā)總院院長祖似杰介紹，上汽技術(shù)中心是最早一批做固態(tài)電池研究的企業(yè)之一，剛開始和清陶研究合作，后來共同成立了聯(lián)合實驗室。成立上汽清陶的目的就是整合雙方最好的資源，從材料到設(shè)備，到電池管理、系統(tǒng)、PACK，形成創(chuàng)新聯(lián)合體，上汽作為“鏈主”加快推動產(chǎn)業(yè)的進步，推進固態(tài)電池的量產(chǎn)，解決“上半場”里面最大的不足。

一汽集團并沒有官方的固態(tài)電池研發(fā)信息，但前段時間其研發(fā)總院電池開發(fā)部部長孫煥麗在接受媒體采訪時透露了相關(guān)進展：“我們目前完成了核心材料20Ah級電芯的開發(fā)，希望2027年實現(xiàn)小批量示范運行。在關(guān)鍵材料這個層級，目前我們開發(fā)硫化物電解質(zhì)的電導(dǎo)率達到了10MS/cm，電芯能量密度375Wh/kg、容量22Ah，具有超低濕度全固態(tài)電池研制平臺及電池試驗評測平臺。”

另有一些車企的研發(fā)信息不太明朗，但也透露出了正在進行研發(fā)的信息。例如去年初有報道稱，據(jù)吉利汽車內(nèi)部人士透露，就固態(tài)電池領(lǐng)域，不僅與衛(wèi)藍新能源建立了投資合作關(guān)系，還專門成立了固態(tài)電池研發(fā)團隊，正在與多家動力電池廠商開展聯(lián)合試驗?！坝媱澩ㄟ^3-5年的技術(shù)攻關(guān)，實現(xiàn)固態(tài)電池核心材料的量產(chǎn)和固態(tài)電池電芯產(chǎn)品的示范應(yīng)用?！奔矫嬖硎?，固態(tài)電池聯(lián)合實驗室是浙江省創(chuàng)中心下屬的研發(fā)單元之一，將聚焦固態(tài)電池核心材料固體電解質(zhì)和關(guān)鍵電芯技術(shù)的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化。

硫化物電解質(zhì)為主流，參數(shù)基本接近

那么，各家車企當前的研發(fā)現(xiàn)狀具體如何呢？

首先，技術(shù)路線基本趨同。據(jù)悉，按照電解質(zhì)種類來區(qū)分，目前國內(nèi)外主流的固態(tài)電池技術(shù)路線可分為三類：聚合物、氧化物和硫化物。從目前各家車企公開的信息來看，除了上汽和東風以外，更多的還是走的硫化物電解質(zhì)路線。有專業(yè)人士分析稱，廣汽雖然沒有公布電解質(zhì)信息，但大概率也是采用的硫化物。根據(jù)在于，廣汽在發(fā)布會上提到正極片厚度增加40%，考慮到傳統(tǒng)的正極片厚度在50～70um左右，那么電池極片的厚度就達到70～100um左右。而如此厚的極片需要固態(tài)電解質(zhì)具備超高的離子電導(dǎo)率，這就只有硫化物電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率（最高32mS/cm）室溫下超過了當前的液態(tài)電解液能夠?qū)崿F(xiàn)。再結(jié)合此前美國Solid Power公司在上市路演的PPT中，提到了硫化物全固態(tài)電池能夠達到的一些性能水平，其中高鎳811正極跟高容量硅基負極的體系能量密度數(shù)據(jù)為390Wh/kg和930Wh/L，與廣汽宣布的比較接近，因此可以大膽猜測廣汽的固態(tài)電池采用的是硫化物電解質(zhì)。

誠然，業(yè)界普遍認為全固態(tài)電池路線中硫化物具有較大潛力，但想要量產(chǎn)上車仍存不小挑戰(zhàn)。硫化物電解質(zhì)的電化學窗口窄，與正負極的界面穩(wěn)定性較差，且對水分非常敏感，與空氣中的微量水即可發(fā)生反應(yīng)，釋放有毒的硫化氫氣體，生產(chǎn)、運輸、加工對環(huán)境要求很高。此外，硫化物固態(tài)電池需要施加幾百個大氣壓力才能夠?qū)崿F(xiàn)長循環(huán)，這在電池系統(tǒng)中很難實現(xiàn)，因此循環(huán)壽命也是急需著手解決的核心問題。

至于上汽清陶所采用的聚合物固態(tài)電解質(zhì)，當然也是有望率先實現(xiàn)應(yīng)用的技術(shù)路線之一，主要缺點是室溫離子電導(dǎo)率普遍很低，最常見的PEO基聚合物電解質(zhì)還存在氧化穩(wěn)定性差，只能用于LFP正極的問題。

其次，從目前各家車企釋放的固態(tài)電池產(chǎn)品信息來看，無論是質(zhì)量比能量密度，還是體積比能量密度，參數(shù)基本接近，裝車量產(chǎn)時間也基本集中在2026年～2027年。由此可見，國內(nèi)整車企業(yè)在固態(tài)電池的研發(fā)道路上，腳步應(yīng)該差不太多，其面臨的難題也應(yīng)當基本類似，包括良品率、充電倍率、循環(huán)壽命、生產(chǎn)工藝以及電池成本等。

成本依舊是大問題

在固態(tài)電池實現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用和推廣的道路上，成本問題是繞不開的重要挑戰(zhàn)之一。深藍汽車科技有限公司高級項目總監(jiān)周安健曾表示：“技術(shù)的突破、產(chǎn)品的實現(xiàn)是我們上車搭載的起點，而成本的下降則是規(guī)模量產(chǎn)的起點?！?/p>

蔚來汽車聯(lián)合創(chuàng)始人、總裁秦力洪也曾在ET7半固態(tài)電池測試時坦言，150kWh的固態(tài)電池包的成本接近一輛蔚來ET5（注：一輛2024款75kWh電池版的蔚來ET5價格為29.8萬元，租賃版售價為22.8萬元）。中郵證券測算稱，目前固態(tài)電池較液態(tài)電池成本高出30%以上，預(yù)計半固態(tài)電池規(guī)模化量產(chǎn)后，成本比液態(tài)鋰電池高10%-20%。對此，中國電子科技集團第十八研究所研究員肖成偉在今年舉行的2024電動汽車百人會上指出：“沿用現(xiàn)在的濕法工藝來進行全固態(tài)電池的生產(chǎn)，跟現(xiàn)在產(chǎn)線的兼容度基本可以接近70%。干法的兼容度更低一些，要做一些設(shè)備的定制開發(fā)，正負極和電解質(zhì)膜生產(chǎn)設(shè)備等。但成本目前來說還是比較高，材料成本1.5-2.5元/Wh，未來的目標看看是不是可以降到0.8元/Wh以下。”

值得一提的是，隨著市場規(guī)模的擴大，固態(tài)電池的成本也有望進一步下降。以氧化物體系固態(tài)電池為例，有報道對產(chǎn)能分別為1 MWh和10 GWh的不同情況進行了生產(chǎn)成本測算。產(chǎn)能規(guī)模較小時，電解質(zhì)成本為2000美元/kg，此時單塊固態(tài)電池成本約為18美元（約合750-2500美元/kWh），其中人力成本占8美元，制造與電力成本約為7美元，原材料成本為3美元。但電池的產(chǎn)能擴大至1億塊/年時，固態(tài)電解質(zhì)的原材料成本就能降至50美元/kg，單塊電池的原材料總成本驟降至約0.13美元，人力與制造和電力成本則降至0.14美元，單塊電池成本約0.27美元，相比于未量產(chǎn)時降低了65倍。

從嚴格意義上來說，智己L6所搭載的第一代光年固態(tài)電池，由于含有少量液體電解質(zhì)，因此仍可被定義為“固液混合電解質(zhì)電池”，即所謂的半固態(tài)電池。

對此，清陶能源聯(lián)合創(chuàng)始人、總經(jīng)理李崢還提出了拓寬正極材料范圍的思路。據(jù)悉，目前電池系統(tǒng)的成本占一輛電動汽車的40%，而正極材料則占到整塊電池成本的40%。他認為，目前國內(nèi)正極材料一般采用磷酸鐵鋰和三元鋰，固態(tài)電池可以拓寬正極材料的選擇，這便提供了清晰的降本邏輯，未來全固態(tài)電池的成本有望實現(xiàn)40%的降幅。

半固態(tài)電池已在路上，但仍任重道遠

4月8日，智己L6正式發(fā)布，稱其搭載的133kWh固態(tài)電池，CTLC（中國輕型汽車行駛工況）續(xù)駛里程超1000km，峰值充電功率400kW。從嚴格意義上來說，智己L6所搭載的第一代光年固態(tài)電池，由于含有少量液體電解質(zhì)，因此仍可被定義為“固液混合電解質(zhì)電池”，即所謂的半固態(tài)電池。近兩年，國內(nèi)半固態(tài)電池已經(jīng)陸續(xù)實現(xiàn)了裝車運營，包括2022年東風-贛鋒高比能固態(tài)電池（實為半固態(tài)）E70示范運營車首發(fā)，2022年，新上市的嵐圖追光稱搭載的電池包采用了行業(yè)首個量產(chǎn)裝車的半固態(tài)電池，2023年亮相比利時布魯塞爾車展的賽力斯SERES 5，純電版車型將分別搭載90kWh半固態(tài)電池和80kWh磷酸鐵鋰電池，以及2023年年底，蔚來汽車在直播中進行了150kWh超長續(xù)航電池包續(xù)航里程的實測，這輛參與直播的蔚來純電動轎車ET7搭載的，就是出自衛(wèi)藍的半固態(tài)電池，最終行駛了1044公里，行駛總時間為12.4小時。此外，還有賽力斯、高合、哪吒等多家車企都官宣了自己的半固態(tài)電池量產(chǎn)計劃。

但這并不意味著在固態(tài)電池領(lǐng)域，我國已經(jīng)走在世界前列。TrendForce集邦咨詢發(fā)文稱，中國固態(tài)電池技術(shù)路線多元，重點以半固態(tài)和固液混合為主，且半固態(tài)電池已實現(xiàn)小規(guī)模量產(chǎn)并裝車，但在全固態(tài)電池方面的投入仍顯不足，力量分散，與國際領(lǐng)先企業(yè)相比存在較大差距。“因此，未來全固態(tài)電池的競爭，日韓、歐美等國家和地區(qū)的企業(yè)有機會超越中國，重塑未來EV電池的競爭格局?！痹摍C構(gòu)這樣認為。

基于此，有分析認為，國內(nèi)整車企業(yè)紛紛急于披露其在固態(tài)電池方面的進展，一方面是急于對前沿和未來技術(shù)的搶先布局，以防錯失良機，但另一方面則是出于市場競爭的需要，通過“蹭熱點”來進行產(chǎn)品營銷，吸引輿論的關(guān)注。如果是后者的話，這種行為應(yīng)當引起注意。歐陽明高也指出，（固態(tài)電池）就算是2030年產(chǎn)業(yè)化，要想替代液態(tài)鋰離子電池50%市場份額，至少也需要二十到三十年。“目前國內(nèi)發(fā)展全固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)面臨的挑戰(zhàn)是巨大的，具有跨學科的特性，技術(shù)門檻極高，包括材料界面、工藝、產(chǎn)業(yè)鏈和設(shè)備等。”歐陽明高強調(diào)，從半固態(tài)電池到固態(tài)電池，存在巨大的技術(shù)差距，中國全行業(yè)既要發(fā)展?jié)u進性的半固態(tài)技術(shù)路線，又要防范激進型全固態(tài)技術(shù)路線帶來的顛覆性風險，急需統(tǒng)一、聚集力量、協(xié)調(diào)產(chǎn)學研，聯(lián)合起來建立協(xié)同創(chuàng)新平臺，共同突破全固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵技術(shù)。