$固态电池(BK0968)$  

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美日韩等国家在抢跑固态电池

全固态电池是我们面对的威胁和挑战,中国的电池产业优势可能因美日韩等国家率先量产全固态电池而被颠覆的风险预警后,固态电池的量产时间表成为新能源领域最受关注的信息,整个中国电池企业也呈现出争分夺秒将固态电池率先投产的趋势。

受中国企业“抢跑”新能源汽车的刺激,日本企业在不断推迟固态电池量产时间后,近期由丰田率先给出了2026年量产的最新节奏。欧美科研团队和电池材料供应商也不断传出针对固态电池研发的最新进展。海外企业都在期待抓住机会,将固态电池作为反转全球新能源汽车竞争格局的分水岭。一切信息都在显示,固态电池从实验室到生产线的距离正不断缩短。

中国电池仍未摆脱从全固态技术上被颠覆的风险。中国强就强在产业化的速度上。避开基础材料研究的短板,利用庞大的市场和产业链尽早实现产业化,并在产业化中实现技术迭代升级——这是中国在固态电池上的抢跑策略。

固态电池对中国庞大电池产业链所带来的重构,以及液态电池何去何从等产业层面的内部颠覆问题,也都需要快速找到应对方案。

固态电池,顾名思义,就是使用固态电解质的电池。传统液态锂电池主要由正极、负极、电解液和隔膜四大关键要素组成。固态电池用固态电解质替换传统液态锂电池中的液态电解液和隔膜,并使用全新的正负极材料。新材料和新技术的应用,将使固态电池能够以更小的体积拥有高安全性、高能量密度、更快充放电速度,以及对温度的高适应性。其中,仅大幅降低电池泄漏和燃爆风险这一项优势,就足以改写新能源汽车的价值。

因此,固态电池成为公认的下一代电池首选方案,日韩欧美都将开发固态电池放在了国家产业战略的高度。其中,以丰田和松下等企业为代表,日本早在三十年前就开始研发固态电池,韩国电池也与欧美企业合作,也早早投入固态电池研发。中国在十年前启动了固态电池的研发,虽然过去五年来中国在固态电池专利申请数量上增幅很快,但在专利总数上,仍落后于日韩。

“固态电池,特别是全固态电池的量产,事关科技主导权之争”。清陶能源联合创始人、总经理李峥李峥表示,谁先量产决定着谁将掌握新能源汽车下一阶段竞争的技术主导权。换句话说,坐拥全球动力电池60%出货量的中国,能否继续保持在新能源汽车领域的竞争优势,与固态电池的商业化速度、技术实力、产业链成熟速度息息相关。

从电池技术上来讲,全球企业之间的差距并不大,处在同一技术阶段。中国动力电池的优势主要体现在使用规模和市占率上。

十年前,日美欧韩就已开始推动固态电池的量产化,但难度极大。由于核心材料发生变化,从传统电池到固态电池的演进,面临的是一次科技和产业变革的挑战。

中国工程院外籍院士孙学良也表示,固态电池技术还存在很多挑战,其中电解质有硫化物、氧化物、聚合物等多种技术路线,用复合材料更好,还是发展新的电解质更好,这些问题都需要解决。

将电解质从“液态”转向“固态”,这一环节是最大的挑战。从实验室成功研制出一块样品,到生产线上批量产出性能达标的固态电池,且能够装车使用,这之间的挑战同样巨大。

根据电解质的不同,固态电池技术路线主要分为三大类,分别是聚合物固态电池、氧化物固态电池和硫化物固态电池。在哪种技术路线更适合作为固态电池主流技术的问题上,目前全球并没有形成统一认识。

具体而言,丰田、本田、日产等日系车企和LG、三星、SKI等韩国电池企业都采用了硫化物的技术路线。这一路线量产难度大,导致丰田一度将原定的量产时间推迟至2030年。美国新创科技企业是德系整车企业的主要合作伙伴,其在硫化物、氧化物和聚合物方面都有布局。韩国同样在氧化物和硫化物技术上并行发展。中国企业同样在多种路线探索中。

在正极材料上,固态电池的选择同样多样化,从产业化角度看,目前正极主要有高电压高镍三元、富锂锰基、超高镍三元、镍锰酸锂等材料,负极材料则以硅基和锂金属为主。多元化的材料在拓宽了固态电池选择性的同时,也带来了研发成本和周期的不确定性。

除了材料,固态电池在生产工艺上也面临全新的挑战。其中,制备氧化物电解质需要900℃以上的高温,制备硫化物电解质则要求装组环境必须保证温度在零下60℃以下。


“全固态电池产业化难度极大,不但需要突破材料科学难题,还需要进行工艺装备创新,培育全新的产业链条”,固态电池需要建立全新的产业链,包括实现固态电解质材料的应用、全新正负极材料产业的重构,以及电池生产工艺和设备的全新开发和投入。

成本是固态电池量产的另一道瓶颈,固态电池使用的负极材料是金属锂,锂的价格远高于石墨。目前,全固态电池的制造成本是锂离子电池的4—25倍。

全固态电池的产业化瓶颈是量产前必须解决的问题。

实验室的样品和真正大规模量产的产品会有很大差距,良品率以及稳定性将是固态电池量产后的一大挑战。

值得一提的是,站在电池行业的角度,如果液态动力电池退出技术主流,电池产业链上的投资格局也将发生改变。

技术革命永远是促成新产业革命和全新商业模式的最大推动力。但每一项颠覆性的技术革命背后,一条成熟的产业链也将面临被颠覆,新能源汽车对内燃机产业链的颠覆就是典型代表。可以预见,在接下来的5—10年中,随着固态电池的量产,现有动力电池产业链的重构也将逐步显现。

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