日前，固態(tài)電池再傳“重磅消息”，上汽集團(tuán)在新能源技術(shù)發(fā)布會(huì)上宣布，預(yù)計(jì)到2025年，上汽集團(tuán)的全固態(tài)電池將在上汽自主品牌實(shí)現(xiàn)規(guī)模搭載，預(yù)計(jì)到2026年將實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。幾乎與此同時(shí)，寧德時(shí)代、廣汽集團(tuán)也都公布了固態(tài)電池量產(chǎn)時(shí)間表。
真的有這么快嗎？中國新能源汽車即將邁入固態(tài)電池階段？產(chǎn)業(yè)即將面臨顛覆式變革嗎？本期真鋰新媒為您進(jìn)行細(xì)致分析。
真有這么快嗎？上汽固態(tài)電池到底是什么？
第一步，我們需要了解，所謂即將量產(chǎn)的固態(tài)電池到底是什么？
按照上汽的固態(tài)電池規(guī)劃時(shí)間表，其第一代固態(tài)電池將在今年搭載在智己L6上，其液含量降低到10%；第二代固態(tài)電池預(yù)計(jì)2025年裝車量產(chǎn)，液含量降低到5%；之后第三步才是“0”電解液的全固態(tài)電池。
根據(jù)這個(gè)時(shí)間表不難看出，目前上汽的所謂固態(tài)電池其實(shí)還是走的“半固態(tài)”的技術(shù)路線。
對(duì)此，真鋰研究創(chuàng)始人墨柯表示，在目前的技術(shù)水平下目前國內(nèi)凡是聲稱已經(jīng)裝車或量產(chǎn)的所謂的固態(tài)電池，可以確定地說都是半固態(tài)電池。
目前，人們對(duì)于半固態(tài)電池的定義也在逐步形成，簡單來說就是電解液使用量是現(xiàn)有液態(tài)電池的10%左右，而下一步發(fā)展的目標(biāo)就是電解液使用量要降到5%左右。舉例來說，目前液態(tài)三元電池使用的電解液大概是每度電0.9kg，那么半固態(tài)三元電池使用的電解液每度電就應(yīng)該不到0.1kg，目標(biāo)是不到0.05kg。
而真正的全固態(tài)電池還處于技術(shù)爬坡階段。在此之前，三星在2023年開發(fā)出20Ah固態(tài)電池，而到2025年才能實(shí)現(xiàn)該電池的量產(chǎn)，2027年才能實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)60Ah的固態(tài)電池產(chǎn)品，并應(yīng)用到電動(dòng)汽車上?？梢姡虘B(tài)電池從技術(shù)開發(fā)到試產(chǎn)，再到量產(chǎn)準(zhǔn)備工作其實(shí)是一個(gè)很艱難的過程。
在國內(nèi)，從廣汽埃安實(shí)驗(yàn)室去年11月宣布消息可以看到，完成固態(tài)電池的界面改性技術(shù)依然在做試驗(yàn)驗(yàn)證。目前循環(huán)次數(shù)只有150次左右。如果能夠達(dá)到300次，他們的固態(tài)電池技術(shù)就可以在手機(jī)等消費(fèi)類電子產(chǎn)品市場(chǎng)實(shí)現(xiàn)應(yīng)用。
然而，現(xiàn)在的情況是，手機(jī)等消費(fèi)電子產(chǎn)品還沒有開始應(yīng)用固態(tài)電池，廠家們卻已經(jīng)宣稱開始在電動(dòng)汽車上量產(chǎn)固態(tài)電池了，這顯然不符合事物發(fā)展的邏輯。
說白了，除了“吹牛”之外，全固態(tài)電池的發(fā)展真的沒有這么快。現(xiàn)在所謂的“今年搭載、明年裝車、后年量產(chǎn)”其實(shí)都是“半固態(tài)電池”在偷換概念。
技術(shù)延伸還是顛覆？
第二步，我們需要了解從“半固態(tài)電池”到“全固態(tài)電池”的本質(zhì)區(qū)別。
所謂的固態(tài)、半固態(tài)指的都是電解質(zhì)的形態(tài)。作為鋰離子電池四大關(guān)鍵材料之一的電解質(zhì)，總體上有液態(tài)、固態(tài)和凝聚態(tài)這三種形態(tài)，現(xiàn)在市面上的鋰離子電池基本上使用的都是液態(tài)電解質(zhì)，也叫電解液，這種使用電解液的電池我們可以叫做液態(tài)電池。
與之相對(duì)應(yīng)，使用固態(tài)電解質(zhì)的電池就叫固態(tài)電池。而上汽集團(tuán)的固態(tài)電池使用的依然是固液相間的電解質(zhì)的電池技術(shù)，還要用到隔膜，本質(zhì)上還是現(xiàn)有這一代液態(tài)電池技術(shù)的延伸。
“盡管，有觀點(diǎn)認(rèn)為，只要使用了固態(tài)電解質(zhì)就是固態(tài)電池。那么，按照這個(gè)邏輯，你也使用了電解液，怎么不說自己是液態(tài)電池呢？”墨柯認(rèn)為，嚴(yán)格來說，半固態(tài)電池不是一個(gè)正式的專有名詞，而只是一個(gè)不約而同的稱呼。
然而，從本質(zhì)上來講，半固態(tài)和固態(tài)電池之間并不是天然的過渡關(guān)系。
固態(tài)電池不需要用到隔膜，是對(duì)電池結(jié)構(gòu)的一種“減法”，其與液態(tài)電池有顯著不同。目前人們發(fā)現(xiàn)的固態(tài)電解質(zhì)的材料大致可分為硫化物、氧化物和聚合物三類。
其中，在充放電的循環(huán)過程中，負(fù)極極片與固態(tài)電解質(zhì)之間的界面存在不斷地脹縮，導(dǎo)致縫隙的出現(xiàn)，從而阻礙鋰離子的遷移，導(dǎo)致電池失去工作能力。這是現(xiàn)階段主要的技術(shù)開發(fā)難點(diǎn)之一。
怎么解決這個(gè)問題？目前歐美、日本的主流固態(tài)電池研發(fā)還是通過不斷延長循環(huán)壽命來解決問題。當(dāng)然，有的技術(shù)路線還是在使用電解液，希望以現(xiàn)有液態(tài)鋰電池的技術(shù)路線，通過逐步減少液態(tài)電解質(zhì)的用量，來最終進(jìn)化到全固態(tài)電池。
但是無論采用哪種方式，都意味著將對(duì)現(xiàn)有鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈、材料體系進(jìn)行一場(chǎng)顛覆式的變革；即使采用“半固態(tài)”的無限逼近路線，也可能有20%-25%左右的環(huán)節(jié)需要進(jìn)行改造。并且，產(chǎn)線改造完成后，還需要調(diào)試和試運(yùn)行，以及生產(chǎn)效率和產(chǎn)品良率的爬坡的過程。這也是目前主要電池廠商都不愿意跟進(jìn)的主要原因。
真正的變革何時(shí)會(huì)來？固態(tài)電池要分三步走
盡管我們離真正的全固態(tài)電池還有一段路要走，但是我們也不能忽視中國企業(yè)在“半固態(tài)電池”上取得的技術(shù)進(jìn)步。
首先，半固態(tài)電池減少了90%的電解液用量，顯而易見提升了電池的安全系數(shù)。其次，半固態(tài)電池技術(shù)使得更高鎳含量的三元正極材料，以及硅碳復(fù)合負(fù)極材料等擁有更高能量密度的正負(fù)極材料的應(yīng)用成為了可能。
目前，上汽集團(tuán)方面透露其固態(tài)電池能量密度已達(dá)400WH/kg，是傳統(tǒng)動(dòng)力電池的一倍以上，這不能不說是中國電池技術(shù)的一大進(jìn)步。上汽清陶總經(jīng)理李崢在發(fā)布會(huì)上也表示，全固態(tài)電池領(lǐng)域已形成一個(gè)新的競(jìng)爭局面，“誰能夠真正率先量產(chǎn)，誰就會(huì)占據(jù)新的主導(dǎo)權(quán)”。
但是，對(duì)于真正的全固態(tài)電池來講，目前我們的技術(shù)其實(shí)只是處于一個(gè)初級(jí)階段，過早地追求所謂“量產(chǎn)”其實(shí)意義不大。
一方面取決于價(jià)格因素。現(xiàn)階段半固態(tài)電池的成本較高，比同類型的液態(tài)電池至少高出50%，這就注定了它只能做高能量密度產(chǎn)品，也只能在一些對(duì)電池價(jià)格不敏感的高端小眾市場(chǎng)應(yīng)用。
另一方面，固態(tài)電池的技術(shù)迭代依然在快速發(fā)展。從能量密度角度來看，未來的技術(shù)發(fā)展大致可以分為三個(gè)階段：
第一階段，正負(fù)極材料體系不變，只把電解質(zhì)從液態(tài)換成固態(tài)，拿掉隔膜。由于固態(tài)電解質(zhì)提供了安全保障，高鎳三元或超高鎳三元可以較為放心地使用，硅含量不高的硅碳復(fù)合負(fù)極材料也可以使用，電池的能量密度會(huì)有一定提升。
第二階段，正極材料體系不變，把負(fù)極材料換成更高能量密度的鋰金屬或硅系材料。電池能量密度會(huì)進(jìn)一步提升到500Wh/kg甚至更高。
第三階段，正極材料體系改變。由于負(fù)極的鋰金屬含有鋰離子，那么正極材料就可以換成不含鋰離子的、能量密度更高的其他類型的材料，比如說含硫的有機(jī)物等等。屆時(shí)，電池能量密度有望提升到700Wh/kg甚至更高。
走完這三個(gè)階段，才能說全固態(tài)鋰電池真正成熟。但是，我們也會(huì)發(fā)現(xiàn)，這與現(xiàn)有的液態(tài)鋰電池相比，幾乎所有的關(guān)鍵材料體系都已經(jīng)發(fā)生了變化。也就是說，真正固態(tài)電池技術(shù)的應(yīng)用，將從根本上改變鋰電池的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。不管你是電池廠，還是材料廠，不管你的規(guī)模做得多大，都有可能面臨技術(shù)的顛覆。而且規(guī)模越大，投入越多，固態(tài)電池時(shí)代就越難掉頭。
因此，面對(duì)技術(shù)的迭代和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的規(guī)律，“吹牛”是沒有用的。相反，如果技術(shù)基礎(chǔ)不牢，牛吹得越大，反而會(huì)給產(chǎn)業(yè)的發(fā)展埋下越大的隱患。