53028 固態(tài)電池,邁上落地快車道?

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固態(tài)電池,邁上落地快車道?
9小時(shí)前
無(wú)論是行業(yè)人士,還是消費(fèi)者,都翹首以待固態(tài)電池的落地和普及。
本文來(lái)自于微信公眾號(hào)“鈦財(cái)經(jīng)”(ID:taicaijing),作者:閃電,編輯:Duke,投融界經(jīng)授權(quán)發(fā)布。

當(dāng)理想i6的磷酸鐵鋰電池實(shí)現(xiàn)充電十分鐘補(bǔ)能500公里,當(dāng)寧德時(shí)代的三元鋰電能量密度逼近350Wh/kg,新能源汽車的技術(shù)競(jìng)賽似乎已觸碰到液態(tài)電池的天花板。但消費(fèi)者對(duì)續(xù)航焦慮的抱怨、車企對(duì)自燃風(fēng)險(xiǎn)的忌憚,仍在拷問(wèn)行業(yè):下一個(gè)突破點(diǎn)在哪?答案幾乎指向同一方向——固態(tài)電池。

即使是看似強(qiáng)大的半固態(tài)電池,也被視為是“過(guò)渡產(chǎn)品”。無(wú)論是行業(yè)人士,還是消費(fèi)者,都翹首以待固態(tài)電池的落地和普及。但固態(tài)電池的技術(shù),始終是一道坎兒。而就在今年國(guó)慶期間,此前一直被熱炒,但實(shí)際行動(dòng)很少的固態(tài)電池好像在迎來(lái)新的拐點(diǎn)。

如,多家主流媒體報(bào)道,中國(guó)科學(xué)院金屬研究所研發(fā)了一種新材料,解決固態(tài)電池界面阻抗大、離子傳輸效率低的關(guān)鍵難題,推動(dòng)固態(tài)電池商業(yè)化再進(jìn)一步。種種跡象似乎在證明,固態(tài)電池即將邁上落地快車道。

“ 01 ”

技術(shù)破局:多維突破點(diǎn)亮產(chǎn)業(yè)化曙光

固態(tài)電池,從未迎來(lái)如此密集的技術(shù)突破。

除了上面提到的中國(guó)科學(xué)院金屬研究所研發(fā)的新材料,還有其他技術(shù)也如雨后春筍般出現(xiàn)。近日,中國(guó)科學(xué)院物理研究所黃學(xué)杰團(tuán)隊(duì)在《自然-可持續(xù)發(fā)展》上發(fā)表了全固態(tài)電池研究的最新論文。連新華社也做了報(bào)道,眾多媒體轉(zhuǎn)載。而這項(xiàng)研究的核心在于,突破全固態(tài)電池的“固-固界面”難題。

據(jù)論文顯示,這項(xiàng)研究可以使固態(tài)電池在充放電的時(shí)候形成一層DAI,最終在低壓甚至零外壓下維持穩(wěn)定循環(huán)。在電池脫離實(shí)驗(yàn)室環(huán)境的情況下,軟包電池實(shí)現(xiàn)300次循環(huán)后容量仍高于70%,并支持5C級(jí)充放倍率。此外,清華大學(xué)張強(qiáng)教授團(tuán)隊(duì)也有一項(xiàng)固態(tài)電池電解質(zhì)相關(guān)的研究被《自然》(Nature)收錄。

這些技術(shù)突破,集中在不同層面。如,固態(tài)電池的核心痛點(diǎn)在于“固-固界面接觸不良”——電極與電解質(zhì)的物理間隙導(dǎo)致離子傳輸受阻,就像高速公路上的收費(fèi)站。而中國(guó)科學(xué)院金屬研究所的創(chuàng)新在于重構(gòu)材料基因:通過(guò)共價(jià)鍵將離子傳輸通道與儲(chǔ)能單元集成在同一聚合物分子中,使界面阻抗大幅降低。

另一項(xiàng)關(guān)鍵突破,則來(lái)自硫化物體系。日本企業(yè)曾因率先布局硫化物專利占據(jù)優(yōu)勢(shì),但中國(guó)科學(xué)院物理研究所黃學(xué)杰團(tuán)隊(duì)的“陰離子調(diào)控技術(shù)”實(shí)現(xiàn)了反超:在硫化物電解質(zhì)中引入碘離子,使其在電場(chǎng)作用下主動(dòng)填充電極與電解質(zhì)間的微孔隙,形成緊密接觸的富碘修復(fù)層。

這一技術(shù)直接解決了硫化物電池的兩大死穴:一是擺脫對(duì)外部加壓設(shè)備的依賴,使電池厚度大幅;二是提升高溫穩(wěn)定性。更重要的是,該工藝可兼容現(xiàn)有鋰電生產(chǎn)線,改造費(fèi)用并不是很高。

清華大學(xué)張強(qiáng)教授團(tuán)隊(duì)則從電解質(zhì)材料入手,在鋰電池聚合物電解質(zhì)研究領(lǐng)域取得重要進(jìn)展。張強(qiáng)團(tuán)隊(duì)提出“富陰離子溶劑化結(jié)構(gòu)”設(shè)計(jì)新策略,成功開(kāi)發(fā)出一種新型含氟聚醚電解質(zhì)。該電解質(zhì)通過(guò)熱引發(fā)原位聚合技術(shù),有效增強(qiáng)了固態(tài)界面的物理接觸與離子傳導(dǎo)能力,顯著提升了鋰電池的耐高壓性能和界面穩(wěn)定性。

固態(tài)電池,邁上落地快車道?

據(jù)悉,采用該電解質(zhì)組裝的富鋰錳基聚合物電池,表現(xiàn)出一系列優(yōu)異的電化學(xué)性能——能量密度實(shí)現(xiàn)跨越式提升,達(dá)到604Wh/kg,遠(yuǎn)超當(dāng)下商業(yè)化電池。該電池在滿充狀態(tài)下順利通過(guò)針刺與120攝氏度熱箱(靜置6小時(shí))安全測(cè)試,未出現(xiàn)燃燒或爆炸現(xiàn)象,展現(xiàn)出優(yōu)異的安全性能。

種種技術(shù)突破無(wú)疑縮短了商業(yè)化進(jìn)程——界面技術(shù)解決了“能不能用”的問(wèn)題,自修復(fù)工藝攻克了壽命短的難關(guān)……它們成為固態(tài)電池落地的“加速器”與“減速帶”。

“ 02 ”

商業(yè)化闖關(guān),還得邁過(guò)這些坎

新能源汽車的下一個(gè)出路,就落在固態(tài)電池上。

這是因?yàn)?,鋰電池和磷酸鐵鋰電池都有著各自的缺點(diǎn)。如,自燃一直是鋰電池的痛點(diǎn),新能源車企通過(guò)各種嚴(yán)苛測(cè)試來(lái)提高安全性,卻無(wú)法從根本上解決電解液易燃易爆的問(wèn)題。

而據(jù)前瞻技術(shù)研究院發(fā)布的《2024年中國(guó)固態(tài)電池報(bào)告》顯示,液態(tài)鋰電池仍有能量密度存在上線、鋰枝晶引起的安全風(fēng)險(xiǎn)、SEI膜增厚影響循環(huán)壽命、低溫性能不足限制場(chǎng)景應(yīng)用等缺點(diǎn)。相比之下,固態(tài)電池由于較高理論能量密度和安全性,是最有技術(shù)顛覆潛力、最具產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景的下一代電池技術(shù)。

此外,華金*券發(fā)布的《AI動(dòng)力打造固態(tài)電池發(fā)展新引擎》也指出,固態(tài)電池憑借突破性的能量密度、本質(zhì)安全特性和出色的低溫性能,正加速取代傳統(tǒng)鋰電成為下一代主流技術(shù)路線。而隨著政策引導(dǎo)與資本加持雙重驅(qū)動(dòng),產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程顯著提速。目前,國(guó)內(nèi)固態(tài)電池已有/在建/規(guī)劃產(chǎn)能達(dá)數(shù)百GWh。

但必須要看到的是,固態(tài)電池的全面商業(yè)化除了技術(shù)層面的突破外,還得邁過(guò)不少坎。首當(dāng)其沖的,自然是成本問(wèn)題。硫化鋰是固態(tài)電池的關(guān)鍵材料,也是推高成本的關(guān)鍵所在,其降本速度決定固態(tài)電池的商業(yè)化量產(chǎn)進(jìn)度。但現(xiàn)在硫化鋰的市場(chǎng)價(jià)高達(dá)300萬(wàn)元/噸至400萬(wàn)元/噸,而碳酸鋰的市場(chǎng)價(jià)不足8萬(wàn)元/噸,兩者差距巨大。

按一輛車搭載80kWh電池計(jì)算,僅硫化鋰成本就達(dá)6萬(wàn)元,遠(yuǎn)超當(dāng)前液態(tài)電池1.5萬(wàn)元的總成本。降本的關(guān)鍵在于規(guī)?;?dāng)硫化鋰產(chǎn)能突破千噸級(jí),成本有望降至50萬(wàn)元/噸,但這需要至少3年時(shí)間。而《AI動(dòng)力打造固態(tài)電池發(fā)展新引擎》也指出,負(fù)極材料成本偏差最大,尤其是硅碳負(fù)極所需涂覆的額外電解質(zhì)導(dǎo)致成本高昂??梢哉f(shuō),固態(tài)電池在降本方面,仍面臨不小挑戰(zhàn)。

其次,是固態(tài)電池量產(chǎn)難度大。固態(tài)電池的技術(shù)雖然有所突破,但在商業(yè)化量產(chǎn)方面還存在不容忽視的挑戰(zhàn)。比如被寄予厚望的硫化鋰路線遇水有毒,因而對(duì)安全生產(chǎn)提出了更高的標(biāo)準(zhǔn),需要在惰性氣體環(huán)境下生產(chǎn),不利于大規(guī)模生產(chǎn)。

具體來(lái)看,固態(tài)電池遇到的量產(chǎn)挑戰(zhàn),在于兩方面——技術(shù)上,當(dāng)前固態(tài)電池工藝尚未成熟,其發(fā)展亟需解決三個(gè)核心科學(xué)問(wèn)題,即固態(tài)電解質(zhì)的離子輸運(yùn)機(jī)制、鋰枝晶生長(zhǎng)機(jī)制和多場(chǎng)耦合下的失效失控機(jī)制;成本上,部分材料售價(jià)昂貴,阻礙固態(tài)電池的量產(chǎn)。

最后,應(yīng)用場(chǎng)景的錯(cuò)位困境。當(dāng)前,固態(tài)電池的主要訂單來(lái)自低空飛行器、人形機(jī)器人等低成本敏感度領(lǐng)域,它們對(duì)能量密度的需求遠(yuǎn)高于成本考量。但新能源汽車用戶對(duì)價(jià)格,極為敏感。這也就意味著,固態(tài)電池雖然應(yīng)用前景廣闊,但要從細(xì)分場(chǎng)景走入主流場(chǎng)景,還有相當(dāng)長(zhǎng)一段路要走。

想要邁過(guò)這些坎,需要多管齊下。比如在材料端,通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新開(kāi)發(fā)硫化物替代材料;在制造端,推動(dòng)設(shè)備商與電池企業(yè)聯(lián)合開(kāi)發(fā)專用產(chǎn)線;在政策端,需設(shè)立專項(xiàng)基金支持產(chǎn)能建設(shè),對(duì)固態(tài)電池產(chǎn)線給予一定的投資補(bǔ)貼。

“ 03 ”

寫(xiě)在最后

固態(tài)電池的競(jìng)爭(zhēng),本質(zhì)是一場(chǎng)技術(shù)、資本與產(chǎn)業(yè)鏈話語(yǔ)權(quán)的終極較量。未來(lái)數(shù)年,行業(yè)將經(jīng)歷“技術(shù)驗(yàn)證—成本下探—場(chǎng)景破局”的三重躍遷。

技術(shù)突破,就像給固態(tài)電池的商業(yè)化引擎點(diǎn)燃了火花。但要讓這團(tuán)火燎原,還需跨越材料、工藝、市場(chǎng)等多重溝壑。接下來(lái)數(shù)年的發(fā)展,或?qū)⒊蔀楣虘B(tài)電池落地的關(guān)鍵時(shí)間節(jié)點(diǎn)。當(dāng)量產(chǎn)車駛下生產(chǎn)線,當(dāng)硫化鋰成本變得更低等,固態(tài)電池將真正從實(shí)驗(yàn)室珍品變?yōu)槭袌?chǎng)主流。

值得欣慰的是,這場(chǎng)關(guān)乎能源革命走向的競(jìng)賽,中國(guó)已在技術(shù)路線上搶占先機(jī),接下來(lái)的產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同與成本控制,將決定最終的勝負(fù)歸屬。同時(shí),固態(tài)電池的未來(lái)圖景已然清晰。在國(guó)家政策的強(qiáng)力支持下,產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)企業(yè)相繼發(fā)布全固態(tài)電池技術(shù)解決方案。再加上出行應(yīng)用場(chǎng)景的需求催化持續(xù)釋放等,多重利好疊加下,固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程有望提前加速。

技術(shù)突破不是終點(diǎn),而是新的起點(diǎn)。當(dāng)實(shí)驗(yàn)室的創(chuàng)新真正走進(jìn)尋常百姓家,固態(tài)電池才能被視為真正的成功。

固態(tài)電池 硫化物電池
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