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"固"定未来?国内动力电池厂商争相布局

?编者按

固态电池热度飙升,成为全球下一代电池科技争夺的新焦点和制高点,被业内寄予厚望。汽车产业链企业正在固态电池赛道积极布局,以期抢占先发市场优势。固态电池风口是否将至?目前业内预计其量产应用窗口期为2026-2030年。但固态电池实现产业化还面临着诸多重要挑战。围绕固态电池的研发现状和发展前景,《汽车纵横》特作本期“封面故事”专题报道。本专题报道共6篇,今天发布第4篇,敬请关注。(注:第三篇此前已发布,可点击《上汽的一小步,固态电池行业的一大步》查看)

无论是半固态电池还是固态电池,车企及电池厂商的最终目标始终是实现全固态电池的量产上车。近期,多家动力电池厂商纷纷公布量产上车计划,《汽车纵横》记者对此进行了梳理。

今年年初,中国科学院院士、清华大学教授欧阳明高研判:“全固态电池是公认的下一代电池的首选方案之一,也将成为下一代电池技术竞争的关键制高点。”5月24日,“向新十年上汽集团新能源技术发布会”上,清陶能源总经理李峥表示:“全固态电池的量产,事关科技主导权之争。”

近年来,固态电池因其高安全性、高续航能力等优势,受到了全球各大电池巨头、初创企业以及资本市场的广泛关注。而随着产业化进程的不断推进,有关“全固态电池何时能够实现规模化应用”的问题也逐渐成为了行业内外共同关注的焦点。近期,《汽车纵横》记者注意到,国内已有多家动力电池相关企业对外公布了其固态电池量产计划和技术路线,这引发了行业内的进一步热议。

三条路线,最早2026年量产

何为全固态电池?根据电解液的不同,锂电池可分为液态、半固态、准固态和全固态四大类。其中半固态、准固态和全固态三种统称为固态电池。而全固态电池,顾名思义就是指不包含任何液体电解质的电池。从液态电池走向半固态、全固态电池,其本质上的变革在于电解质的更替,即采用固态电解质替代传统的液态电解质。

目前,液态锂电池能够实现的能量密度已近极限,而使用全固态锂电池能量密度具备突破500Wh/kg的潜力,因此固态电池既是未来锂电池的发展方向,也是各企业的必争高地。《汽车纵横》记者梳理发现,目前的国内动力电池厂商的固态电池技术路线大致可分为三种,分别是氧化物路线、聚合物路线和硫化物路线。但由于材料特性不同,这三种技术路线各有优缺点。

其中,硫化物路线是一些动力电池大厂的主流选择,代表企业包括宁德时代欣旺达国轩高科、蜂巢能源等。早在2022年,蜂巢能源全固态电池实验室便研发出国内首批20Ah级硫系全固态原型电芯,该系列电芯能量密度达350—400Wh/kg,已通过针刺、200℃热箱等实验,不过何时能够量产上车,该公司并未明确公布。上汽清陶能源、卫蓝新能源、弗迪电池等企业则更偏向聚合物路线,并已有企业推出了能量密度超过300Wh/kg的半固态电池产品在部分电动汽车上开始应用。其中,上汽清陶能源目前已开始着手建造首条全固态电池生产线,该生产线计划2025年底完工,一期产能规划0.5GWh,第一阶段产品能量密度可达400Wh/kg以上,二阶段产品能量密度更有望突破500Wh/kg。

赣锋锂业、太蓝新能源、辉能科技等,则是氧化物路线的代表性企业。其中,太蓝新能源在今年4月发布了全球首块720Wh/kg能量密度的全固态锂金属电池,刷新了锂电池最高能量密度的行业纪录,不过对于该款全固态锂金属电池的量产装车时间线,该公司尚未明确公布。赣锋锂业则是在2023年9月推出了半固态“先锋”电池,该电池采用柔性固体电解质隔膜和超级半固态电芯,能量密度可以达到400Wh/kg以上,其第二代(半)固态电池目前已经实现量产装车。

需求量巨大,量产难点在于产业化

“高安全性、高续航能力”是固态电池最大的亮点,然而,在追求技术突破和市场占有率的同时,固态电池的商业化进程仍然面临着诸多挑战。例如,生产工艺不成熟、产业链配套需降低成本等问题。“在突破这些科技问题后,还会遇到产业化的问题。”宁德时代董事长曾毓群曾对此进行过专门的评论:“前沿技术的落地要经历3个路线,即技术路线、产品路线、商品路线。首先看在技术上是否成立、能否打通;其次,变成产品之后,在生产制造过程中安全性、可靠性、一致性、质量是否能保证;第三,是否能卖出去,因为太贵了可能会卖不动。此外,固态电池前还有很多基本的科学问题待解决”。从目前的行业发展状况来看,我国固态电池产业尚处于商业化早期阶段。而根据中国化学与物理电源行业协会预测,2024年全球固态电池(含半固态电池)需求量为2.3GWh,2030年全球固态电池需求量有望达到220GWh,2024年—2030年年复合增长率将达到114%。

面对庞大的市场,我国电池相关企业正在发力。其中,国轩高科全固态电池项目总工程师潘瑞军称,该公司的全固态电池计划2027年小批量上车实验。如果测试顺利,随着产业链逐步建立,预计在2030年实现量产。宁德时代首席科学家吴凯也表示,到2027年,宁德时代有大概率可以实现全固态电池的小批量生产。此外,部分企业亦开始积极探索新的技术路径,提出了与固态电池在能量密度上相媲美的替代方案。以宁德时代为例,其正在积极推进凝聚态电池的市场化进程。

不久前,宁德时代在投资者互动平台上透露,该公司的凝聚态电池正在与民用电动载人飞机项目展开合作开发,按照航空级标准进行严格测试,确保满足航空级的安全与质量要求。同时,宁德时代还计划推出凝聚态电池的车规级应用版本,这一高性能电池产业的落地路径无疑值得业界深入观察与研究。目前,我国已经在政策和资金方面给予固态电池产业大力支持,集合政府、行业、企业多方力量,固态电池产业也有望进一步加快商业化落地进程。据悉,在《新能源汽车产业发展规划(2021-2035年)》中,国务院办公厅已将固态电池的研发纳入国家层面的战略规划并设定了明确目标:至2025年,液态体系电池单体能量密度应达到350Wh/kg;至2030年,固液混合体系电池单体能量密度应达到400Wh/kg;至2035年,准/全固态体系电池单体能量密度应实现500Wh/kg的突破。

而目前各大企业给出的时间点来看,电池单体能量密度应达到350Wh/kg的半固态电池量产时间大概在2024年左右,而达到400Wh/kg全固态电池量产时间大约在2026年之后。显而易见的是,固态电池技术的研发进展已超过了业界的预期。多家电池企业预计,2026年,或许正是固态电池市场迎来成熟期的开端。随着材料选择面的扩大和制造工艺的不断完善,固态电池的制造成本有望在未来几年内实现大幅下降,进一步推动其在市场上的普及和应用。届时,全固态电池的大批量生产将不再是困扰整个行业难题。注:本文首发于《汽车纵横》杂志2024年7月刊“封面故事”栏目,敬请关注。

相关报道:封面故事(一):固态电池赛道风口来临?

封面故事(二):固态电池已成整车企业“必争之地”

封面故事(三):上汽的一小步,固态电池行业的一大步

图片:来自网络

文章:汽车纵横

排版:汽车纵横

原文标题:“固”定未来?国内动力电池厂商争相布局|封面故事:固态电池抢位赛起跑

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