電動(dòng)車的核心技術(shù)是“三電”，而“三電”又以電池技術(shù)領(lǐng)銜。眾多車企都在主攻克電動(dòng)車的“心臟”難題，固態(tài)電池被認(rèn)為代表未來，但也是最難攻克的技術(shù)之一。在這座技術(shù)“珠穆朗瑪峰”上，誰將率先到達(dá)，讓全固態(tài)電池走出實(shí)驗(yàn)室而量產(chǎn)上車，誰將有機(jī)會(huì)在電動(dòng)車下半場拿到難得的入場卷。
本文出品|禾顏閱車工作室
撰文|李溯婉
編輯|禾 子
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從液態(tài)鋰離子電池到全固態(tài)電池，這座技術(shù)高峰要攀登多久？
國內(nèi)外眾多選手正在鍥而不舍地闖關(guān)中。最近，自主品牌頻頻傳來有關(guān)“固態(tài)電池”的重磅信息。其中，上汽集團(tuán)旗下的智己于4月8日發(fā)布消息稱，智己L6將搭載超長續(xù)航公里固態(tài)電池，續(xù)航里程將突破1000公里。緊接著在4月12日，廣汽集團(tuán)宣布在全固態(tài)動(dòng)力電池上實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)突破。不過，這些并非在當(dāng)下已攀越“珠峰”。前者所聲稱的“固態(tài)電池”實(shí)乃半固態(tài)電池，而后者則在2026年才實(shí)現(xiàn)裝車搭載。
相較液態(tài)鋰離子電池，全固態(tài)電池能解決電動(dòng)車自然起火和低溫掉電等核心痛點(diǎn)，但目前尚有諸多難題待解，無法一蹴而就。
△廣汽全固態(tài)電池預(yù)計(jì)于2026年裝車搭載于昊鉑車型
開發(fā)難度堪比“珠峰”
動(dòng)力電池技術(shù)的發(fā)展是全球汽車產(chǎn)業(yè)電動(dòng)化轉(zhuǎn)型的技術(shù)高地，而全固態(tài)電池是公認(rèn)的下一代電池，成為下一代電池技術(shù)競爭的關(guān)鍵制高點(diǎn)。
在中科院院士歐陽明高看來，全固態(tài)電池具有技術(shù)顛覆的潛力。首先是高安全性，硫化物固態(tài)電解質(zhì)的熱穩(wěn)定性可以保持到300°C，液態(tài)電解質(zhì)是100°C就要蒸發(fā)；其次是高能量密度，全固態(tài)電池能夠從單體和模組兩個(gè)方面都可以提升能量密度；再次是高功率特性，現(xiàn)在液態(tài)鋰離子電池的離子傳導(dǎo)是運(yùn)載模式，通俗地講即是離子在液態(tài)電解質(zhì)中移動(dòng)需要“坐船”，但是鋰離子在固態(tài)電解質(zhì)中是跳躍模式，導(dǎo)致充電速度可以大幅度提高；其后是溫度適應(yīng)性，現(xiàn)有的液態(tài)鋰離子電池在低溫環(huán)境下續(xù)航里程不理想，而全固態(tài)電池的電解質(zhì)在-30°C和100°C的范圍內(nèi)都不會(huì)凝固，不會(huì)氣化，所以不需要很復(fù)雜的熱管理，也不會(huì)在冬天容量大幅下降；最后是材料的選擇范圍更廣，因?yàn)楣虘B(tài)電池的電化學(xué)窗口寬。
△歐陽明高認(rèn)為全固態(tài)電池具有技術(shù)顛覆的潛力
全球關(guān)于固態(tài)電解質(zhì)的基礎(chǔ)研究始于上世紀(jì)70年代。近十年來，以硫化物固態(tài)電解質(zhì)為代表的新型固態(tài)電解質(zhì)發(fā)展迅猛，其離子電導(dǎo)率趕上甚至超過液態(tài)電解質(zhì)。標(biāo)志性事件是2011年東京工業(yè)大學(xué)的Kanno教授發(fā)明硫化物固態(tài)電解質(zhì)。2016年，Kanno將離子電導(dǎo)率提升至25mS/cm，2023年最高達(dá)到32mS/cm。而在2012年，日本豐田試制了全固態(tài)電池，隨后不斷有企業(yè)加入并引發(fā)了這一輪全固態(tài)電池的全球競爭。
不過，縱然全固態(tài)電池有萬般好，全球至今尚未有車企能實(shí)現(xiàn)全固態(tài)電池量產(chǎn)上車，被業(yè)內(nèi)人士開玩笑地將其稱為“期貨”而并非“現(xiàn)貨”。全固態(tài)電池技術(shù)開發(fā)難點(diǎn)究竟在哪里？歐陽明高坦言，目前全固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)面臨的挑戰(zhàn)是巨大的，具有跨學(xué)科的特性、技術(shù)門檻極高，包括材料界面、工藝、產(chǎn)業(yè)鏈、設(shè)備等。例如在材料層面，硫化物電解質(zhì)化學(xué)穩(wěn)定性、空氣穩(wěn)定性很差，批量生產(chǎn)很難，基礎(chǔ)硫化鋰很貴，需要壓低價(jià)格。此外，硅碳負(fù)極體積膨脹大，而鋰金屬負(fù)極現(xiàn)在還不成熟。
△廣汽埃安電池研發(fā)部負(fù)責(zé)人李進(jìn)講解全固態(tài)動(dòng)力電池技術(shù)
廣汽埃安電池研發(fā)部負(fù)責(zé)人李進(jìn)稱，全固態(tài)電池的開發(fā)難度堪比攀登“珠峰”，需要在材料、設(shè)計(jì)、制造、集成等方面進(jìn)行突破。
目前，廣汽集團(tuán)初步打通了全固態(tài)電池全流程制造工藝，已取得車規(guī)級(jí)高安全大容量全固態(tài)動(dòng)力電池量產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)突破。廣汽全固態(tài)動(dòng)力電池采用了第三代海綿硅負(fù)極片技術(shù)（新型納米硅復(fù)合負(fù)極）與高面容量固態(tài)正極技術(shù)，通過三大創(chuàng)新設(shè)計(jì)有效抑制硅碳負(fù)極體積膨脹，并通過正極材料、極片設(shè)計(jì)以及制造工藝三種技術(shù)協(xié)同，讓全固態(tài)正極可達(dá)到5mAh/cm2以上的高面容量，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了400Wh/kg以上的能量密度。相較于目前最先進(jìn)的液態(tài)鋰離子電池，廣汽全固態(tài)電池的亮點(diǎn)之一就是其體積能量密度和質(zhì)量能量密度提升50%以上，使整車?yán)m(xù)航里程可超過1000km。
為了提升安全性，廣汽全固態(tài)動(dòng)力電池采用了高強(qiáng)致密復(fù)合電解質(zhì)膜技術(shù)，使電池在200°C熱箱測試中不發(fā)生爆炸。此外，該電池在針刺、熱水浸泡等極端條件下測試均保持性能穩(wěn)定，在穿釘、裁切等機(jī)械濫用條件下不發(fā)生熱失控。在電芯容量方面，廣汽全固態(tài)動(dòng)力電池通過嘗試百余種材料方案和工藝方案，確立了全固態(tài)動(dòng)力電池的全流程制造工藝，實(shí)現(xiàn)了大尺寸多層堆疊全固態(tài)電芯的制造，其容量高達(dá)30Ah，遠(yuǎn)超當(dāng)前行業(yè)最高水平（10Ah-15Ah），為車規(guī)級(jí)全固態(tài)動(dòng)力電池的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。按計(jì)劃，廣汽全固態(tài)動(dòng)力電池在今年年底開始裝車測試，2026年?duì)幦×慨a(chǎn)裝車搭載于廣汽埃安旗下的昊鉑車型。
△廣汽全固態(tài)動(dòng)力電池的技術(shù)進(jìn)展
無獨(dú)有偶，中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所近日也宣布在硫化物電解質(zhì)研究取得新進(jìn)展，解決了硫化物全固態(tài)電池疊層工藝的行業(yè)痛點(diǎn)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(guān)，在硫化物軟包電池疊片技術(shù)上取得關(guān)鍵性突破，正在進(jìn)行20Ah硫化物全固態(tài)電池成型生產(chǎn)線落地籌備工作，并與上下游產(chǎn)業(yè)方合作，加速技術(shù)的研發(fā)和驗(yàn)證過程，力爭2026年率先實(shí)現(xiàn)硫化物全固態(tài)電池批量化生產(chǎn)。
誰將率先攀登峰頂？
固態(tài)電池正逐漸站上風(fēng)口，未來可期，已被中國、美國、歐盟以及日韓等汽車大國列入發(fā)展戰(zhàn)略中。全球眾多高手皆在發(fā)力全固態(tài)動(dòng)力電池，搶占下一代動(dòng)力電池技術(shù)競爭的關(guān)鍵制高點(diǎn)。
近年來，全球全固態(tài)電池技術(shù)的競爭日趨激烈，2024年甚至被稱為“固態(tài)電池的元年”，雖然這一提法存在爭議，目前全球尚未有任何一家車企或研究機(jī)構(gòu)敢宣稱在今年實(shí)現(xiàn)全固態(tài)電池量產(chǎn)上車，但這項(xiàng)難度極高的技術(shù)無疑正進(jìn)入突破的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，即將迎來決戰(zhàn)時(shí)刻。
△全固態(tài)電池是公認(rèn)的下一代電池
誰將第一個(gè)登頂？從全球固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)布局來看，中國的企業(yè)數(shù)量最多，廣汽、上汽、比亞迪、長安等主流車企皆在固態(tài)電池領(lǐng)域緊鑼密鼓地攻堅(jiān)克難。有消息稱，作為全球新能源汽車銷冠的比亞迪，計(jì)劃在2025年試裝全固態(tài)鋰電池，2026年將發(fā)布搭載全固態(tài)鋰電池的新純電平臺(tái)和車型。此外，動(dòng)力電池制造商寧德時(shí)代與多家新能源材料企業(yè)也都在推進(jìn)固態(tài)電池的研發(fā)。而日本闖入固態(tài)電池領(lǐng)域的企業(yè)數(shù)量不及中國，但是其布局更早，而且實(shí)力很強(qiáng)。例如，在全固態(tài)電池專利技術(shù)方面，目前國內(nèi)外專利的布局差距較大，豐田汽車有全固態(tài)電池專利1300多項(xiàng)，在全球處于領(lǐng)先的位置。而根據(jù) “智慧芽全球?qū)＠麛?shù)據(jù)庫”數(shù)據(jù)，截至2023年10月，中國國內(nèi)公司有關(guān)全固態(tài)電池的專利，不足一百項(xiàng)。
△全球眾多企業(yè)正在全固態(tài)電池上加強(qiáng)研發(fā)投入
為了扳回在純電動(dòng)車市場相對被動(dòng)的局面，日系三巨頭皆在加大力度攻克固態(tài)電池的難題，尤其是坐在全球汽車銷冠寶座上的豐田，之前往往對前沿技術(shù)掖著藏著，不到最后瓜熟蒂落時(shí)就不會(huì)輕易顯露，但當(dāng)下形勢有變。豐田汽車與出光興產(chǎn)在去年10月宣布，兩家公司共同研發(fā)的全固態(tài)電池的量產(chǎn)技術(shù)獲得標(biāo)志性的突破。豐田汽車社長佐藤恒治當(dāng)時(shí)在記者招待會(huì)上振奮地說，接下來就是制造階段了，現(xiàn)在重要的是實(shí)現(xiàn)能力，兩家公司攜手合作，一定能夠讓實(shí)現(xiàn)能力的效果翻上幾倍。豐田早在2013年已與出光興產(chǎn)聯(lián)手，經(jīng)過10年的反復(fù)試驗(yàn)、技術(shù)相融合，最終研發(fā)出柔軟、密合性高、不易破裂的固態(tài)電解質(zhì)材料。
被認(rèn)為在固態(tài)電池領(lǐng)域起步最早、研發(fā)最深的豐田，計(jì)劃在2025年前，其全固態(tài)電池將實(shí)現(xiàn)小規(guī)模量產(chǎn)，首先搭載在混動(dòng)車型上；到2030年前，豐田的全固態(tài)電池要實(shí)現(xiàn)持續(xù)、穩(wěn)定生產(chǎn)，到2030年將全面進(jìn)入量產(chǎn)階段。
日系三巨頭中的本田和日產(chǎn)，也在固態(tài)電池技術(shù)領(lǐng)域快馬加鞭。本田目前正在開發(fā)全固態(tài)電池建設(shè)示范生產(chǎn)線，其計(jì)劃投資約430億日元，將于2024年啟動(dòng)，并應(yīng)用于2025年以后推出的車型中，在本世紀(jì)20年代后半期，將加快新一代電池的自主研發(fā)。日產(chǎn)也計(jì)劃在2024年于橫濱建設(shè)固態(tài)電池試點(diǎn)工廠，并將于2028年推出搭載全固態(tài)電池的電動(dòng)車型。
△車企計(jì)劃的固態(tài)電池上車時(shí)間集中在2025-2030年
在全球動(dòng)力電池領(lǐng)域占有一席之地的韓國，也在爭奪全固態(tài)電池技術(shù)的話語權(quán)。LG新能源、SK On、三星SDI這三家電池商在全固態(tài)電池技術(shù)方面也取得了實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展，而韓國車企巨頭現(xiàn)代也不敢在固態(tài)電池領(lǐng)域怠慢，計(jì)劃2025年開始試生產(chǎn)配備固態(tài)電池的電動(dòng)車，并在2030年實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)。此外，歐美的車企也普遍選擇投資或與固態(tài)電池技術(shù)初創(chuàng)公司合作，例如寶馬與Solid Power合作，大眾與Quantum Scape合作，基本產(chǎn)業(yè)化時(shí)間都是在2025-2030年。
根據(jù)全球資訊機(jī)構(gòu)SNE research去年發(fā)布的報(bào)告，到2030年，全球液態(tài)鋰離子電池供應(yīng)量將從2023年的687GWh增加到2943GWh，增加4.3倍，占電池市場的95%以上，全固態(tài)電池的供應(yīng)量則會(huì)從2025年開始的0.2GWh，增加到131GWh，市場滲透率將達(dá)到4%左右。
歐陽明高認(rèn)為，作為新技術(shù)的全固態(tài)電池的市占率達(dá)到1%就已經(jīng)具有突破性意義，而全固態(tài)電池要想替代液態(tài)鋰離子電池50%市場份額，至少需要二十到三十年。在他看來，人工智能正在改變材料的研發(fā)范式，將大幅度加速全固態(tài)電池的研發(fā)速度，會(huì)對2030左右實(shí)現(xiàn)全固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化突破增加了確定性。
點(diǎn)評
動(dòng)力電池的技術(shù)比拼是真槍實(shí)彈，并非是一場文字游戲或一個(gè)商業(yè)噱頭。比起新能源汽車的價(jià)格戰(zhàn)，技術(shù)戰(zhàn)的威力無疑更大。萬眾期待的全固態(tài)電池將何時(shí)產(chǎn)業(yè)化？未來幾年將是群雄逐鹿的關(guān)鍵時(shí)間段，誰最先攻克種種難題而攀越全固態(tài)電池技術(shù)的“珠峰”，則將大幅提升自己在電動(dòng)車時(shí)代的核心競爭力，正是深諳這一玄機(jī)，眾多企業(yè)不畏難而上，爭奪全固態(tài)電池量產(chǎn)上車的先機(jī)。
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