固态电池研发“百花齐放”2030年或为商业化关键节点｜直击2024动力电池大会

  “研究全固态电池的重点是材料，还有就是化学体系，最难搞的是颗粒与颗粒间的离子传输问题。目前宁德时代的全固态电池还在试验阶段，做出了一些小器件在验证，还没法做全面评估。”9月1日-2日，2024世界动力电池大会在四川宜宾召开，从展会到论坛，包括宁德时代及其董事长曾毓群在内，固态电池被聚焦、被讨论，占据绝对C位。

  随着现有液态锂离子电池密度已接近理论极限，产业链上均加速布局新一代电池技术，这其中，固态电池因高安全性和高能量密度而被重点押注。

  然而，就钛媒体APP在现场走访观察，目前固态电池的技术路线“百花齐放”，但依然都处于实验室阶段，各技术路线目前都存在固体电解质和电池材料更新等共性难点，降本依然是产业化要解决的核心问题。

  业内一致认为，在各方研发攻关下，固态电池可能在3C或eVOTL领域率先应用，但首先得解决低压力运行的问题；到2027年或更久一点，有望实现在整车上的小规模验证；到2030-2035年，快充性能和电池成本达到一定的竞争力，特别在高性能车上有一定竞争力，应用规模才会逐渐扩大。

  在展会现场，多家企业均展示了其固态/半固态产品。欧阳明高院士工作站展示的是高安全固态电池，实际也是半固态电池，成品容量110Ah，单位体积内的包含的能量363Wh/kg，循环次数为1200，预计明年将实现4GWh的量产。

  东驰新能源展示的是半固态磷酸铁锂电池，目前公司已投产一条中试线MWh。车企方面，广汽埃安展出了此前发布的处于小试阶段的昊铂全固态电池样品，东风集团则推出一款电芯单位体积内的包含的能量高达405Wh/kg的半固态电池。

  此外，沃飞长空展区也十分火爆，其展出的AE200是一型5-6座级倾转旋翼纯电动垂直起降有人驾驶载人eVTOL，据展台工作人员介绍，该飞行器在实验过程中已开始使用半固态电池。

  钛媒体APP注意到，当前推出的固态电池产品实际都是半固态电池，但半固态电池既没有统一的名字，也没有统一的标准，固液混合、半固态、准固态的概念层出不穷，还处于比较粗放的阶段。展区内一生产半/固态电池关键材料企业的负责人告诉钛媒体APP，“是因为目前处于过渡阶段，各家采取的技术路线不同，全固态电池则仍在研发攻关阶段，很难有统一的标准。”

  中南大学冶金学院副院长刘芳洋介绍，目前固态电池基于电解质的划分，主要有硫化物、聚合物、氧化物，并还有卤化物和其他的，学术上还有很多新的电解质体系。“目前来讲，固态电池技术是百花齐放，各个路线都在往前走。”

  但各技术路线均存在技术和材料上难题，刘芳洋就坦言，每一类都有自己的优点，也有自己的不足，最终就是看综合性能：聚合物加工性能比较好，跟原来产线相对兼容，搞了多年、学术文章发了很多，但离子电导率确实很难大幅度提升；氧化物离子电导率高一两个性能，但是硬碰硬怎么样接触的问题始终未解，如果能找到冷压情况下能够变形、能与正极很好接触的材料也很好；硫化物存在稳定性窗口的问题，我们课题组跟恩捷股份合作做出硫化物固态电池样品，可以在一定程度上完成一定性能的展示，但除了高温性能和安全性能好，其他性能确实比不上液态，好在这只是一个开始，后续还需要过程；还有卤化物这个材料也非常有特点，跟高电压正极比较兼容，将来有可能跟硫化物配合在一起放在正极侧，负极侧用硫化物。

  天原集团常务副总经理、宜宾锂宝董事长兼总经理王政强也提到，全球都在开展固态电池研发技术，日本在研发液态电池的时候同步开展固态电池的研发，可能日本走在最前，但现在全球的技术还是存在很大缺陷：第一是界面稳定性，核心物质和固态电解质接触界面稳定性不够；第二是物理接触不好，因为固态电解质和固态活性材料界面接触不好；第三是固态电解质大多数离子电导率还是比液态电解质低很多，这也是固态电池研发技术和改进的重要方向。

  如是所言，技术路线“百花齐放”，各大企业均加速布局具备高安全、高导特征的固态电解质以及相适应的正负极材料，但要实现商业化应用，除了技术攻关和材料性能提升外，关键还在降本。

  “原材料其实都不贵，但要做成固态电池就贵了，毕竟现在固态电池的产业链还未形成规模，没有批量生产的设备。比如，生产材料的湿度要控制在一个极低的水平，或电解质需要在一种惰性气体氛围下才能制备，这就要求比较高的成本。”欧阳明高院士工作站董事长兼总经理华剑锋告诉钛媒体APP，目前其团队很大一部分精力就是在降成本。一方面，通过核心工艺降低关键材料的成本；另一方面，在宜宾落地固态电池产业基地，与当地产业、企业协同以实现降本。

  北京卫蓝新能源科技股份有限公司董事长俞会根也向钛媒体APP表示，“原材料金属的价格不贵，主要是工艺成本比较高。当下整个产业链量没有起来的时候，它的成本相对会比较高。”

  基于当前的成本偏高，业内一致认为，固态电池的应用或先在3C或eVOTL领域。广汽埃安新能源汽车股份有限公司电池研发部负责人李进谈到：“3C对价格成本不那么敏感，而且都是小容量小尺寸的，对于做前期固态电池产品研究开发来说相对容易一些。”

  长安汽车先进电池研究院副总经理、深蓝汽车动力开发副总经理杜长虹也说，国内这一轮调研下来之后，面向商品化的全固态电池还不能够实现从材料到电芯到工艺的全流程，而且受制于这样一些方面，可能全固态优先会在深空、深海、无人机等领域实现。

  但李进强调，3C也要解决固态电池低压力下运行的问题，且3C这种应用场景可能没空间去做结构的优化，需要电芯本身的性能要达到这个水平。只有解决了低压力下运行的问题，才能更广泛的去应用。

  “宁德时代的全固态电池研究已经花了7、8年时间，一直在寻求突破。”曾毓群坦言，如果用技术和制造成熟度1到9作为评价体系，宁德时代的全固态电池研发目前处于‘4’的水平。其进一步表示，依据公司自身研发进展及全世界全固态电池发展状况来看，宁德时代应该是领先一大步。

  “头羊”尚处于研发阶段，全固态电池的产业化、商业化时间表非常关注。目前，2027年和2030年基本是行业公认的关键节点，但这个时点是一个时间段，而不是一个绝对的时间点。

  “最早是从丰田、三星提出了2027年，我们国内有这种大项目是2027年，到目前公司节点是2027年，所以2027年变成了我们一定要完成的一个节点。”四川新能源汽车创新中心固态电池与新材料中心主任朱高龙解释了2027年作为全固态电池重要节点的由来。

  在其看来，全固态电池是有可能是在2027年实现局部地区小范围产品化应用的。但其同时强调，2027年只是一个初级阶段，在此阶段，整个电池首先规模小、成本肯定下不来，硫化物体系本来是高锂盐体系，肯定成本更高，成本下不来的话，只会有小量的市场。

  李进指出，2027年实现全固态电池的装车是比较有挑战的。整体来说，固态电池在关键材料、能够完全满足车规级要求的大容量大尺寸的这种全固态电池的设计，包括工艺还有装备的开发，以及怎么去解决界面的问题、适用于全固态电池的整包的电池系统的设计等等诸多课题，至少还需要2年时间去做，至少要达到我们现在对整车电池需求——最基本达到1000周的循环，同时做电池集成的时候不能在很大的面下去运行，至少要做到3兆帕以下的压力甚至更低，才能适应整体电池包的设计和整车的需求。“大概2年的时间去走通这个技术路径后，实际上车还需大概有1年时间去跑整车验证，还有夏季标定、耐久验证等。”

  刘芳洋持雷同的观点，可能从2027年起，整个示范可以先把电池先装到车上，然后电池性能提升一致性保障，到了2030年以后，最开始单辆车的验证、然后到小规模的、再到大批量应用。

  俞会根则相对乐观，其表示：“我们公司的硫化物固态电池今年是有销售额的，复合全固态今年会完成A样，到明年这样一个时间段，应该在市场上能买到我们的产品。到2027年，大几百辆上千辆的车装全固态电池在路上跑我觉得完全可能。”

  但其也表示，现在的全固态电池还是比较初期的，现在做的都是10安时这个级别的，还没做到50安时或者100安时，汽车上更大的200安时这个级别难度确实非常大。

  “固态电池急不得，要一步一步来，一次性做出来的就只能是一个样品，只能供参观用，供做广告用，供领导视察用，这是毫无意义的。”中国科学院院士、清华大学教授欧阳明高认为，电池不是一天就可以被颠覆的，企业做固态电池欲速则不达，循序渐进是最快的速度，先解决电解质问题，然后解决负极问题，再解决正极问题。最开始固态电池单位体积内的包含的能量可能没有想象中高，但是能提高电池安全性、简化热管理，我们的最终目标还是要在2030年实现固态电池的大规模产业化。（作者｜苏启桃）