圖片來源：太藍新能源
近日，由重慶太藍新能源有限公司、長安汽車（000625）、中關(guān)村新型電池技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟、真鋰研究聯(lián)合編著的《固態(tài)鋰電池技術(shù)發(fā)展白皮書》（下文簡稱：《白皮書》）發(fā)布。
《白皮書》指出，作為全固態(tài)電池技術(shù)成熟前的可產(chǎn)業(yè)化方案，半固態(tài)電池技術(shù)具有高安全性、與現(xiàn)有液態(tài)電池產(chǎn)線兼容性高、工藝簡單、成本較低等優(yōu)勢。隨著技術(shù)的不斷進步和市場需求的增長，半固態(tài)電池有望在新能源汽車等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。
全固態(tài)電池技術(shù)的發(fā)展背景是追求更高的能量密度、更高的安全性以及更寬的工作溫度范圍。隨著電動汽車、大規(guī)模儲能和微型器件等領(lǐng)域的發(fā)展，對電池性能提出了更高的要求。全固態(tài)電池通過使用固態(tài)電解質(zhì)代替?zhèn)鹘y(tǒng)鋰離子電池中的液態(tài)電解質(zhì)，有望極大提高安全性能，并提供更高的能量密度和功率密度。
但是，當前半/全固態(tài)電池技術(shù)的發(fā)展仍面臨多種技術(shù)路線并行，不同鋰電廠商的電池性能優(yōu)勢各有側(cè)重，主要歸于技術(shù)成熟度不高，仍未摸索出電池重要性能指標全面提升且成本可控的技術(shù)路線。
國內(nèi)外半固態(tài)電池領(lǐng)域典型企業(yè)進展
目前，半固態(tài)電池電解質(zhì)路線主要包含氧化物、聚合物以及復(fù)合型電解質(zhì)技術(shù)路線。
國內(nèi)方面，從電池制造商來看，《白皮書》顯示，中國半固態(tài)電池制造商包括寧德時代、億緯鋰能、贛鋒鋰業(yè)、國軒高科、蜂巢能源等鋰電巨頭，同時還包括太藍新能源、清陶能源、衛(wèi)藍新能源、輝能科技等固態(tài)電池企業(yè)，側(cè)重方向主要為氧化物路線，據(jù)各公司官網(wǎng)或官微等披露，國內(nèi)固態(tài)電池已有/在建/規(guī)劃產(chǎn)能達數(shù)百GWh，國內(nèi)總體產(chǎn)業(yè)化進展趨勢較快，各典型企業(yè)技術(shù)及進展如下：
從車企來看，國內(nèi)車企以自主研發(fā)或合作方式推進半固態(tài)電池陸續(xù)裝車，布局半固態(tài)電池技術(shù)的車企包括傳統(tǒng)燃油車及新能源汽車巨頭，蔚來、賽力斯、上汽等車企紛紛與固態(tài)電池廠商展開合作致力于半固態(tài)電池的量產(chǎn)裝車，如蔚來與衛(wèi)藍新能源，賽力斯與贛鋒鋰業(yè)，上汽與清陶能源，長安汽車與太藍新能源等。
國際方面，日韓集中于硫化物全固態(tài)電池方向，除LG外，其他企業(yè)在半固態(tài)電池領(lǐng)域暫無明確布局計劃。歐美各企業(yè)固態(tài)電池路線各異，主要以新興固態(tài)電池公司為主，代表性公司有Quantum Scape和Solid Power。而在半固態(tài)電池領(lǐng)域，目前只有美國的Quantum Scape，F(xiàn)actorial Energy以及24M Technologies企業(yè)有明確布局，其他企業(yè)均以全固態(tài)電池技術(shù)路線為主。
半固態(tài)電池發(fā)展趨勢以及市場預(yù)測
針對半固態(tài)電池發(fā)展趨勢，《白皮書》分析稱，技術(shù)趨勢方面，半固態(tài)電池技術(shù)的發(fā)展趨勢主要集中在提高能量密度、降低成本、提高生產(chǎn)效率、增強安全性和改善循環(huán)壽命。
生產(chǎn)工藝發(fā)展趨勢方面，為提升半固態(tài)電池生產(chǎn)效率、降低成本并增強市場競爭力，半固態(tài)鋰電池的生產(chǎn)工藝需從多個維度進行深度優(yōu)化。首先，通過技術(shù)改造和設(shè)備升級提升生產(chǎn)線的兼容性，利用現(xiàn)有成熟的生產(chǎn)基礎(chǔ)設(shè)施，實現(xiàn)半固態(tài)鋰電池的靈活生產(chǎn)。另外需要深入研究半固態(tài)電池電解質(zhì)和常規(guī)液態(tài)電解液在材料特性與過程工藝方面的差異，開發(fā)并選擇適配性強的生產(chǎn)設(shè)備與工藝流程標準。加強生產(chǎn)過程的自動化和智能化，提升生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，引入先進的自動化設(shè)備和智能控制系統(tǒng)，對生產(chǎn)過程進行精準控制來保證高效運行。
此外，自動化生產(chǎn)的環(huán)保與可持續(xù)發(fā)展理念同樣需要進一步加強，采用環(huán)保材料和綠色生產(chǎn)工藝進行半固態(tài)電池的生產(chǎn)，減少生產(chǎn)過程中的污染和廢棄物排放，同時完善廢舊電池回收體系，推動電池材料的循環(huán)利用和可再生資源化。
性能發(fā)展趨勢方面，半固態(tài)電池下一步的性能研究提升方向主要集中在提升電池能量密度、增強安全性以及改善循環(huán)壽命。通過對固態(tài)電解質(zhì)的優(yōu)化改善，提高離子電導(dǎo)率，進一步優(yōu)化半固態(tài)電池的性能，確保在高能量密度的同時提高安全性。通過生產(chǎn)設(shè)備和檢測手段的提升，提高產(chǎn)品的一致性和良率，確保半固態(tài)電池的安全性能。持續(xù)優(yōu)化半固態(tài)電池的循環(huán)壽命，通過材料體系和電池結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新，提升電池的循環(huán)使用壽命，提高經(jīng)濟性。
現(xiàn)有的量產(chǎn)半固態(tài)電池經(jīng)過測試，能量密度達到300Wh/kg的電池壽命可達到900次以上，溫度適應(yīng)范圍為-30°C~60°C，長壽命、超寬溫度適應(yīng)范圍的半固態(tài)電池在未來也將成為主流電池技術(shù)。
針對半固態(tài)電池市場前景與需求預(yù)測，《白皮書》指出，半固態(tài)電池，作為液態(tài)電池與全固態(tài)電池之間的一種技術(shù)方案，已經(jīng)引起了業(yè)界的廣泛關(guān)注。其基于高安全性、與現(xiàn)有產(chǎn)線的高兼容性、工藝簡單、成本較低等優(yōu)點，先于全固態(tài)電池實現(xiàn)量產(chǎn)。半固態(tài)電池的商業(yè)化進程正在加速，多家企業(yè)和研究機構(gòu)都在加速布局，搶占先機。
2024年被視為半固態(tài)電池裝車元年，目前來看，蔚來、上汽、廣汽等車企均已發(fā)布半固態(tài)電池方案并部分實現(xiàn)裝車。通過中國汽車動力電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟統(tǒng)計的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，2024年初以來，我國半固態(tài)電池的裝車量公布的數(shù)據(jù)顯示，半固態(tài)電池6月份的裝車量為532.9MWh，環(huán)比增長10.4%；1-6月累計裝車量為2154.7MWh。
半固態(tài)裝車產(chǎn)業(yè)化進程正在加速進行，各整車企業(yè)與電池廠均已開始積極布局相關(guān)技術(shù)以促進半固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)化，2021年1月，蔚來在NIO Day上發(fā)布150kWh半固態(tài)電池包，2023年，衛(wèi)藍新能源、贛鋒鋰電等企業(yè)的固液混合態(tài)電池實現(xiàn)批量裝車，裝車量約0.8GWh，標志著半固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)化進程大幅提速。
隨著新能源汽車產(chǎn)銷量的持續(xù)上升，我國半固態(tài)電池行業(yè)需求規(guī)模也在穩(wěn)定地增長。依據(jù)相關(guān)機構(gòu)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，2022年中國半固態(tài)電池在新能源汽車領(lǐng)域需求量為0.2GWh，滲透率為0.1%，隨著半固態(tài)電池技術(shù)不斷發(fā)展以及新能源汽車需求的不斷增加，預(yù)計到2026年半固態(tài)電池需求量將增長到23.75GWh，滲透率將接近5%，增長勢頭迅猛。
半固態(tài)電池的前景預(yù)測較為樂觀，預(yù)計將在未來幾年內(nèi)實現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用，半固態(tài)電池的能量密度高于傳統(tǒng)的液態(tài)電池，提供了更長的續(xù)航里程，采用不可燃的固態(tài)電解質(zhì)，具有更高的安全性能，大幅提升了電池的安全性，同時半固態(tài)電池在高低溫環(huán)境下能發(fā)揮更好的性能優(yōu)勢，相較于傳統(tǒng)液態(tài)電池具有顯著的綜合性能優(yōu)勢。半固態(tài)電池以其獨特的優(yōu)勢和未來技術(shù)的不斷進步，其在未來的動力電池市場中將占據(jù)重要地位，有望成為新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵推動力量。
國內(nèi)外全固態(tài)電池領(lǐng)域典型企業(yè)進展
全固態(tài)電池基于電解質(zhì)體系的不同進行分類，可以分為氧化物全固態(tài)電池、硫化物全固態(tài)電池、聚合物全固態(tài)電池；鹵化物固態(tài)電解質(zhì)近幾年也受到了廣泛關(guān)注，基于鹵化物固態(tài)電解質(zhì)的電池已經(jīng)成為全固態(tài)電池的第四個研發(fā)方向。
全固態(tài)電池是下一代電池技術(shù)發(fā)展的重要領(lǐng)域，被世界各主要國家和地區(qū)列為重要的戰(zhàn)略研發(fā)方向，如中國、美國、歐盟、日本、韓國等均對固態(tài)電池的發(fā)展進行了戰(zhàn)略規(guī)劃。
氧化物全固態(tài)電池方面，當前氧化物固態(tài)電解質(zhì)商業(yè)化技術(shù)路線尚未明確，各大公司正不斷增加研發(fā)投入，氧化物固態(tài)電解質(zhì)規(guī)模化的企業(yè)主要有天目先導(dǎo)、藍固新能源、贛鋒鋰業(yè)、上海洗霸等。
硫化物全固態(tài)電池方面，全球企業(yè)正積極投身于硫化物基全固態(tài)電池的開發(fā)與推進中，視全固態(tài)電池技術(shù)為下一代電池技術(shù)競爭的核心焦點與戰(zhàn)略高地，競相搶占這一領(lǐng)域的先機。從全球固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)的布局視角審視，中國展現(xiàn)出最為活躍的參與態(tài)勢，匯聚了眾多傳統(tǒng)電池巨頭、新興初創(chuàng)企業(yè)以及整車制造商等多元化力量。緊隨其后的是日本，以其深厚的技術(shù)底蘊在固態(tài)電池領(lǐng)域占據(jù)技術(shù)領(lǐng)先地位。美國方面，則以一系列富有創(chuàng)新精神的初創(chuàng)企業(yè)為主導(dǎo)力量。歐洲則呈現(xiàn)出車企與美國初創(chuàng)企業(yè)緊密合作的特色模式。至于韓國，盡管參與企業(yè)數(shù)量相對較少，但每一家都展現(xiàn)出強大的競爭力與實力。
聚合物全固態(tài)電池方面，法國Bolloré子公司Blue Solutions最早將聚合物基全固態(tài)電池量產(chǎn)，應(yīng)用于其母公司Bolloré的共享電動汽車Blue Car，隨后在2019年與法國戴姆勒公司簽訂固態(tài)電池PACK開發(fā)協(xié)議。但由于其全固態(tài)電池需要加熱至50-60℃時才能夠使用，因此難以在乘用車上使用。
太藍新能源開發(fā)了氧化物-聚合物復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)獨有制備工藝，通過工藝優(yōu)化迭代，實現(xiàn)了聚合物固態(tài)電解質(zhì)與氧化物固態(tài)電解質(zhì)的協(xié)同作用，制備出超薄復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)膜，并成功應(yīng)用于全固態(tài)電池的開發(fā)，改善了電池的循環(huán)性能。
國內(nèi)衛(wèi)藍新能源布局固液混合電池，如無人機電池、儲能電池、汽車動力電池等，且以打造核心技術(shù)平臺為基礎(chǔ)，主要集中于原位固態(tài)化技術(shù)、復(fù)合金屬鋰技術(shù)、固態(tài)電解質(zhì)技術(shù)等領(lǐng)域的研究。根據(jù)對其專利分析推測，衛(wèi)藍新能源全固態(tài)電池技術(shù)以有機/無機復(fù)合路線為主，通過聚合物固態(tài)電解質(zhì)原位聚合的方法增強正極內(nèi)部界面接觸。
清陶能源以有機/無機復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)為技術(shù)路線，其中無機部分采用氧化物或者鹵化物材料，與聚合物材料復(fù)合，制備具有較高室溫鋰離子電導(dǎo)率的復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)膜材料，根據(jù)其專利分析正極采用的是氧化物包覆活性材料方案，其采用的生產(chǎn)工藝為轉(zhuǎn)印法。
鹵化物全固態(tài)電池方面，有研廣東院固態(tài)電池研發(fā)中心致力于創(chuàng)新與突破，專注于鹵化物固態(tài)電解質(zhì)體系和干法成膜技術(shù)的研究。該中心成功開發(fā)了一系列成本效益高、電壓平臺高、離子導(dǎo)電性能優(yōu)異的鹵化物電解質(zhì)材料。通過建設(shè)鹵化物固態(tài)電解質(zhì)生產(chǎn)線和干法電極中試線，實現(xiàn)了高活性物質(zhì)含量、高負載干法正極極卷以及超薄鹵化物電解質(zhì)膜的量產(chǎn)。此外，該中心正致力于開發(fā)基于鹵化物的高能量密度全固態(tài)軟包電池，具備從5至60 Ah全固態(tài)電池軟包的制備能力。
億緯鋰能公司則采取了硫化物和鹵化物復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)的策略，預(yù)計到2026年將實現(xiàn)生產(chǎn)工藝的重大突破，并推出新一代全固態(tài)電池。該公司的目標是在2028年推出能量密度達到400 Wh/kg的全固態(tài)電池。
弗迪電池公司則從終端用戶的實際需求出發(fā)，研發(fā)了結(jié)合硅基負極與硫化物全固態(tài)電池的技術(shù)方案，旨在實現(xiàn)高能量密度與高安全性能的結(jié)合。對于目前存在的技術(shù)短板，弗迪電池已經(jīng)制定了明確的解決方案，顯示出一定的商業(yè)化潛力。在技術(shù)路線的選擇上，弗迪電池考慮將鹵化物復(fù)合電解質(zhì)作為其技術(shù)儲備之一。
全固態(tài)電池發(fā)展趨勢以及市場預(yù)測
針對全固態(tài)電池發(fā)展趨勢，《白皮書》顯示，現(xiàn)階段全固態(tài)電池技術(shù)仍未實現(xiàn)量產(chǎn)，不同路線的技術(shù)均有公司進行布局開發(fā)，不同的技術(shù)均有各自的發(fā)展前景。
近年來，在新能源汽車市場的推動下，全球固態(tài)電池出貨量正持續(xù)增長。2023年全球固態(tài)電池出貨量約為1GWh，主要以半固態(tài)電池為主。在全固態(tài)電池實現(xiàn)規(guī)模化量產(chǎn)之前，半固態(tài)電池的漸進式路線將率先走向商業(yè)化。由于短期內(nèi)材料與成本依然較高，我們預(yù)計車規(guī)領(lǐng)域一些高端或特定需求的電動車型會接受一定溢價，搭載（半）固態(tài)電池，到2030年動力電池中固態(tài)電池滲透率達到10%，其中主要為半固態(tài)電池；而在消費電子、航空航天等領(lǐng)域，下游市場對價格的敏感度較低，能夠包容較高的新技術(shù)溢價，因此預(yù)計固態(tài)電池的滲透率提升將快于車用市場，2030年固態(tài)電池滲透率達到20%，其中全固態(tài)電池滲透率為10%。
固態(tài)電池何時量產(chǎn)上車？這不僅代表了當前新能源汽車行業(yè)的發(fā)展趨勢和核心追求，同時也引起了消費者的廣泛關(guān)注和濃厚興趣。近兩個月以來，包括寧德時代、比亞迪在內(nèi)的國內(nèi)龍頭企業(yè)紛紛透露其在全固態(tài)電池領(lǐng)域的進展和規(guī)劃，日韓方面也有相關(guān)進展披露，整體而言，整個產(chǎn)業(yè)正朝著“2027年左右上車、2030年實現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化”的目標規(guī)劃全固態(tài)電池的商業(yè)化進程。
綜合各國政策及相關(guān)企業(yè)的公開信息，全固態(tài)電池在2027年前后開始進行示范性裝車應(yīng)用，2030年后全固態(tài)電池開始進入商業(yè)化應(yīng)用階段。
2026-2028年為國內(nèi)車企固態(tài)電池集中量產(chǎn)期，根據(jù)相關(guān)車企規(guī)劃，2026年期間廣汽昊鉑、東風(fēng)汽車將實現(xiàn)全固態(tài)電池量產(chǎn)裝車，2027年長安新能源汽車將實現(xiàn)全固態(tài)電池逐步起量，2028年東風(fēng)汽車規(guī)劃實現(xiàn)全固態(tài)車型量產(chǎn)上市。2026-2028年有望成為國產(chǎn)新能源汽車全固態(tài)電池搭載集中上市窗口。
注：本文摘編自重慶太藍新能源有限公司、長安汽車（000625）、中關(guān)村新型電池技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟、真鋰研究聯(lián)合編著的《固態(tài)鋰電池技術(shù)發(fā)展白皮書》，電池網(wǎng)經(jīng)授權(quán)發(fā)布，轉(zhuǎn)載須注明來源。
電池網(wǎng)微信
