固态电池,正在准备迎接新的“风口”。
近日,东风汽车表示,其正在研发第二代、第三代固态电池,以及自主陶核电芯,布局固态电池全价值链技术生态。其中,第二代固态电池有望在2024年上半年量产,届时整车续航里程可达1000公里以上。
几乎与此同时,多家相关企业也纷纷亮出自己的固态电池量产时间表。长城汽车旗下的蜂巢能源计划2025年量产固态电池,卫蓝新能源称最快将于2026年量产全固态电池,日产的固态电池量产则要到2028年,而蔚来汽车宣布2023年将向市场推出搭载固态电池的ET7轿车……谁将最先量产固态电池,备受瞩目。
01
谁在布局固态电池
眼下,越来越多的汽车企业、电池企业、材料企业布局固态电池。
“东风汽车是国内最早研发固态电池的车企之一。”东风技术中心前瞻研究中心高级研发经理刘敏向记者表示,自2018年组建东风技术中心前瞻研究中心固态电池团队至今,该团队设计开发的固态电池技术,实现了从关键材料到电芯再到系统“卡脖子”技术的突破,有望进一步缓解新能源车主“里程焦虑”问题。今年1月,由东风技术中心与赣锋锂业合作开发的东风-赣锋高比能固态电池E70示范运营车正式交付,而且该车已在工信部获批《免征车辆购置税的新能源汽车车型》(第五十一批)。目前,有50辆搭载固态电池的东风风神E70在全国4省8地开展示范运营,示范运营里程至今已达35万公里。
尽管开发固态电池的相关企业都在默默走自己的路,但这一领域事实上已经形成了新的竞争态势。2021年,蔚来汽车就发布了一款单体能量密度达360Wh/kg的半固态电池包产品,并称将搭载于蔚来首款轿车ET7上,但其当初计划的于2022年第四季度上市看来已经难以实现,于是推迟到2023年。
今年5月,国轩高科在公司第十一届科技大会上发布了一款半固态电池,其电芯能量密度同样达到360Wh/kg,有望在明年初量产上车。“锂离子电池的电芯包括正负极、电解质、隔膜等,半固态电池提高能量密度走的是电解质提升技术路线。”国轩高科工程研究总院副院长徐兴无在接受记者采访时谈到,电解质材料的演进正从电解液向半固态电解质、准固态电解质、全固态电解质发展,因此也相应地出现了半固态电池、全固态电池的称呼。国轩高科400Wh/kg的半固态电池已有原型样品,未来还将通过技术创新落地硅基负极迭代,锂金属负极等技术,争取最终实现全固态。
截至目前,国内的辉能科技、清陶能源、卫蓝新能源等企业均已公开表示,已经具备量产半固态电池的能力。而在国外,奔驰、宝马、福特、通用、现代、丰田、本田等车企及LG新能源等动力电池企业均对此作出布局。
耐人寻味的是,近日,针对此前市场上“比亚迪全固态锂电池在重庆生产,即将装车试验”等传闻,比亚迪官方进行“辟谣”,称其为不实信息。
02
谁将率先实现量产
事实上,由于技术和生产工艺等原因,目前国内多数企业宣称可以量产的固态电池都是半固态电池。中国科学院院士欧阳明高曾在中国电动汽车百人会年会上表示,“固态电池真正投入大规模商业应用大概时间在2025年~2030年之间。”
与卫蓝新能源同年成立的清陶能源,已经建成了国内半固态锂电池生产线。目前公司第一代半固态电池,液体含量在5%~15%,能量密度最大到420Wh/kg,成本可以与如今大量使用的液态锂电池相当。第二代产品正在小试阶段,液体含量降至5%以下,能量密度达到400 Wh/kg~500Wh/kg,成本相比液态锂电池减少20%,并预计在2024年量产。
中创新航方面透露,公司一直在做固态电池的研发,首先是贫液化,然后是半固态,最后到固态。在能量密度上,贫液化将达到400Wh/kg,半固态将达到450Wh/kg,准固态将将达到500Wh/kg。但其并未透露这些新产品的量产时间。
在全球范围内,诸多相关企业也在固态电池量产赛道上加速奔跑。今年4月,日产发布了其横滨工厂固态电池生产设备原型,并计划在2024年建立一条全固态电池试生产线,在2028年将全固态电池推向市场。同月,本田发布了面向2030年的电动汽车事业计划。其中提到:开展全固态电池示范生产线,投资约430亿日元(约合人民币22亿元),计划于2024年春季启动。而丰田计划2025年前全固态电池将实现小规模量产,并首先搭载在混动车型上,2030年前全固态电池要实现持续的、稳定量产。
现代汽车公布的时间表中,计划在2025年试生产配备固态电池的电动车,在2030年左右实现全面批量生产。LG新能源预计2026年实现全固态电池量产。宝马计划2025年前推出搭载固态电池的原型车,在2030年前实现量产。
在美国,电动汽车固态电池开发商Solid Power于今年6月就已宣布完成其自动化固态电池生产线并启动试生产。据悉,该条生产线将投产新型硫化物固态电池。随后,Solid Power将对新型固态电池进行测试,未来将向福特和宝马等车企进行交付。
03
还有哪些技术瓶颈
业界普遍认为,全固态电池至少还需要数年时间才有望实现规模量产,这是因为全固态电池的技术和工艺难题仍未完全解决,且成本较高。
“当前的固态电池行业,主流的技术路线有三种,分别是聚合物、硫化物和氧化物。”北京大学新能源材料与技术实验室主任其鲁教授告诉记者,目前国内主要以氧化物路线为主,日韩致力于硫化物技术路线,欧洲走的是聚合物路线,美国则是同时推进多条路线,但各条路线都有长处和技术瓶颈。
在国内大多数企业采用的氧化物技术路线,具有较好的导电性和稳定性,并且离子电导率比聚合物更高,热稳定性接近1000度,同时机械稳定性和电化学稳定性也都非常好。但氧化物全固态电池存在孔隙率高的问题,由此导致氧化物体系不大可能是全固态电池。目前国内在研发的其实是固液混合的半固态方向,会有较好的能量密度,成本也较低。
硫化物固态电池是上述三种材料体系中电导率最高的,但热动力稳定性较差,所以如何保持高稳定性是一大难题。其中一种解决方法是进行外层涂覆,但又增加了电池的电阻。另外,硫化物至今仍然无法避免锂枝晶的产生,而且制备工艺比较复杂,因为硫化物容易与空气中的水、氧气反应产生硫化氢有毒气体。这需要时间来解决工艺难题,也会增加成本。但硫化物全固态电池的潜力最大,丰田在这方面投入了大量的时间、资金作研究,其拥有全世界最多的硫化物固态电池专利。
聚合物固态电池是最早实现装车测试的,优点是易加工,与现有的液态电解液的生产设备、工艺较为兼容,机械性能好。但其缺点是电导率太低,需要加热到60度高温才能正常工作;而且与锂金属的稳定性较差,无法适配于高电压的正极材料,所以限定了其能量密度。而聚合物在高温下的安全问题并未得到太大改善。因此,聚合物虽然是三条技术路线中最早开始推进的,但一直并未实现大面积应用。
“一方面,目前很多企业对固态电池研究比较务实,且正快速推进;另一方面,未来谁掌握了固态电池的成套技术,谁就能掌握新能源动力的核心,进而率先抢占全球市场,这或许是众多企业大力加速固态电池早日量产的真正原因。”徐兴无如是说。
原标题: 固态电池开启量产夺位赛