憑借高能量密度和安全性等多維優(yōu)勢(shì)，全固態(tài)電池被視為未來(lái)電池的終極形態(tài)。中國(guó)科學(xué)院院士、清華大學(xué)教授歐陽(yáng)明高日前在中國(guó)全固態(tài)電池產(chǎn)學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新平臺(tái)成立大會(huì)上表示，全固態(tài)電池是下一代電池技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)鍵制高點(diǎn)，相較液態(tài)電池具備顛覆性的技術(shù)潛力。
現(xiàn)階段，全固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化仍然面臨一系列科學(xué)難題。有動(dòng)力電池廠商人士對(duì)第一財(cái)經(jīng)表示，電極材料和電解質(zhì)材料是全固態(tài)電池主要的技術(shù)難點(diǎn)。歐陽(yáng)明高預(yù)計(jì)，全固態(tài)電池2030年有望實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。
全固態(tài)電池技術(shù)具顛覆性
在固態(tài)電池技術(shù)路線的選擇上，國(guó)內(nèi)企業(yè)是以固液混合為主。歐陽(yáng)明高表示，半固態(tài)電池是提升安全性的技術(shù)之一，但不屬于顛覆性技術(shù)。
上述動(dòng)力電池廠商人士也表示，半固態(tài)和全固態(tài)電池其實(shí)不是一回事，要分開(kāi)看待。“半固態(tài)是將電解液含量從1逐漸減少趨于0，但全固態(tài)電池完全去除電解液，整個(gè)體系就變了，要完全解決固-固（固態(tài)電極與固態(tài)電解質(zhì)）界面等各種問(wèn)題。”
也有機(jī)構(gòu)研究人員對(duì)第一財(cái)經(jīng)表示，半固態(tài)電池是偷換概念。“目前半固態(tài)電池低成本、安全性能打不過(guò)鐵鋰，高能量密度方面現(xiàn)階段高鎳已經(jīng)夠了。”此前半固態(tài)電池被視為全固態(tài)電池的過(guò)渡產(chǎn)品，得以率先步入市場(chǎng)。
理論而言，全固態(tài)電池具備高安全性、高能量密度以及高功率。
安全性方面，硫化物固態(tài)電解質(zhì)的熱穩(wěn)定性可以保持到300℃，較液態(tài)電解質(zhì)增加了200℃的安全空間；全固態(tài)電池可以做成雙極板，不論是單體電池還是電池模組都有高能量密度潛力；高功率方面，鋰離子在固態(tài)電解質(zhì)中傳遞速率更高，充電速度可以大幅提升。
孚能科技（688567.SH）董事長(zhǎng)王瑀認(rèn)為，發(fā)展到最后，電池能量密度增加，安全方面一定要靠固態(tài)電解質(zhì)來(lái)解決，也只有固態(tài)（電解質(zhì)）才能讓更高能量密度的材料得到應(yīng)用。
全固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化穩(wěn)步推進(jìn)
作為下一代電池首選方案之一，全固態(tài)電池已被我國(guó)列入國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略。
2020年國(guó)務(wù)院發(fā)布的《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021-2035年）》指出，加快固態(tài)動(dòng)力電池技術(shù)研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化，這是首次將固態(tài)電池研發(fā)上升到國(guó)家層面。2024年1月9日，工業(yè)和信息化部副部長(zhǎng)辛國(guó)斌在國(guó)新辦新聞發(fā)布會(huì)上表示，支持企業(yè)開(kāi)展聯(lián)合創(chuàng)新，加大全固態(tài)電池等技術(shù)攻關(guān)，進(jìn)一步提升產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
在國(guó)家政策支持下，盡快學(xué)術(shù)研究領(lǐng)域暫時(shí)落后，但我國(guó)全固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)化仍在穩(wěn)步推進(jìn)。
從專利數(shù)量來(lái)看，我國(guó)和布局較早的日本還有一定差距——2022年7月《日經(jīng)中文網(wǎng)》的一項(xiàng)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，2000-2022年3月末，豐田擁有1300多項(xiàng)全固態(tài)電池專利技術(shù)；而根據(jù)智慧芽全球?qū)＠麛?shù)據(jù)庫(kù)，截至2023年10月，我國(guó)擁有全固態(tài)電池授權(quán)專利最多的企業(yè)專利數(shù)量也不足100項(xiàng)。
“從學(xué)術(shù)角度來(lái)看，日本確實(shí)在全固態(tài)電池的技術(shù)儲(chǔ)備比較好，但是我們現(xiàn)在也追的很快，從成果的角度沒(méi)有差多少。”上述機(jī)構(gòu)研究人員表示。
廣汽埃安在2023年年末表示，將于2026年實(shí)現(xiàn)全固態(tài)電池的量產(chǎn)裝車，首發(fā)高端品牌昊鉑；長(zhǎng)安汽車計(jì)劃于2027年之前推動(dòng)重量能量密度達(dá)到350-500Wh/kg、體積能量密度750—1000Wh/L的全固態(tài)電池，2030年實(shí)現(xiàn)全面普及。
而2008年就開(kāi)始從事全固態(tài)電池研究的豐田則將全固態(tài)電池預(yù)計(jì)量產(chǎn)時(shí)間從2027年推遲到了2030年以后。
中國(guó)電動(dòng)汽車百人會(huì)副理事長(zhǎng)董揚(yáng)認(rèn)為，日本在研發(fā)和專利方面的優(yōu)勢(shì)，不一定意味著日本在固態(tài)電池領(lǐng)域的勝勢(shì)，一方面，我國(guó)目前固態(tài)動(dòng)力電池研究并不落后，在世界科學(xué)期刊發(fā)表文章數(shù)已居世界第一；另一方面，日本雖然在研發(fā)方面處于強(qiáng)勢(shì)，但中國(guó)有全球最大的新能源汽車市場(chǎng)，未來(lái)在固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)化方面有望實(shí)現(xiàn)領(lǐng)先。
關(guān)鍵材料廠商加速技術(shù)、產(chǎn)品升級(jí)
中國(guó)電動(dòng)汽車百人會(huì)理事長(zhǎng)陳清泰在上述全固態(tài)電池大會(huì)上表示，我國(guó)是否能夠順利闖過(guò)固態(tài)電池技術(shù)和量產(chǎn)關(guān)口，是確保實(shí)現(xiàn)汽車強(qiáng)國(guó)、保持全球領(lǐng)先地位的關(guān)鍵一戰(zhàn)。
現(xiàn)階段，全固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)仍需持續(xù)提升關(guān)鍵材料等基礎(chǔ)支撐能力，不斷夯實(shí)全固態(tài)電池發(fā)展的基礎(chǔ)。
正極材料仍然是決定全固態(tài)鋰電池能量密度的關(guān)鍵因素，國(guó)信證券預(yù)計(jì)2030年全固態(tài)電池正極需求量為1.9萬(wàn)噸，市場(chǎng)空間約為56.5億元。
理論而言，全固態(tài)電池正極仍可沿用現(xiàn)在的磷酸鐵鋰、三元材料等體系，但現(xiàn)有材料電池能量密度難以進(jìn)一步提升。
“肯定是高電壓會(huì)合適一點(diǎn)。”上述機(jī)構(gòu)研究人員稱。其中，富鋰錳基作為新興正極材料具有更高能量密度上限和電壓平臺(tái)，有望成為全固態(tài)電池未來(lái)正極材料最優(yōu)選擇。富鋰錳基正極材料理論上約300mAh/g左右的克容量，較三元鋰電池最高可高出50%，4.5V的額定電壓也較三元電池的3.7V有明顯提升。
上市公司中，容百科技（688005.SH）低鈷富鋰錳基材料處于中試階段，適配于硫化物體系的全固態(tài)電池正極（改性高鎳三元）處于小試階段。2022-2025年衛(wèi)藍(lán)新能源將向容百采購(gòu)不少于3萬(wàn)噸固態(tài)電池正極材料。
當(dāng)升科技（300073.SZ）自主研發(fā)固態(tài)鋰電正極材料、新型富鋰錳基等多款先進(jìn)正極材料。2021年12月，公司與衛(wèi)藍(lán)新能源達(dá)成戰(zhàn)略合作，衛(wèi)藍(lán)擬在2022-2025年期間向當(dāng)升采購(gòu)2.5萬(wàn)噸以上固態(tài)鋰電材料；2022年7月，公司與清陶能源達(dá)成戰(zhàn)略合作，在2022-2025年期間采購(gòu)不少于3萬(wàn)噸固態(tài)電池正極材料。
負(fù)極材料中，由于硅理論比容量高達(dá)4200mAh/g，是目前石墨類負(fù)極材料的十倍以上，硅基負(fù)極或成為全固態(tài)電池負(fù)極材料主要解決方案之一。國(guó)信證券預(yù)計(jì)2030年全固態(tài)電池負(fù)極需求量為0.23萬(wàn)噸，市場(chǎng)空間約為25.4億元。
翔豐華（300890.SZ）開(kāi)發(fā)的硅碳負(fù)極材料產(chǎn)品處于中試階段，已具備產(chǎn)業(yè)化條件。公司與清陶能源簽訂戰(zhàn)略合作協(xié)議，雙方將在固態(tài)/半固態(tài)電池負(fù)極材料關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)、供應(yīng)等方面達(dá)成全面戰(zhàn)略合作。
固態(tài)電解質(zhì)主要包含三條技術(shù)路線，分別是聚合物、氧化物、硫化物。“這些技術(shù)路線各有利弊。”上述相關(guān)人員表示，目前還沒(méi)有大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的技術(shù)路線，只能說(shuō)硫化物的進(jìn)度要快一些。
從各國(guó)對(duì)技術(shù)路線的選擇來(lái)看，日韓企業(yè)多選擇硫化物電解質(zhì)路線，歐美則選擇氧化物技術(shù)路線居多，中國(guó)三種電解質(zhì)路線均有布局。
2021年1月，寧德時(shí)代（300750.SZ）曾公開(kāi)一項(xiàng)“一種硫化物固態(tài)電解質(zhì)片及其制備方法”相關(guān)專利；清陶能源第一代電池選擇了氧化物+聚合物的技術(shù)路徑，第二代固態(tài)電池選擇了氧化物+鹵化物+聚合物的路徑；蜂巢能源則對(duì)硫化物和氧化物固態(tài)電解質(zhì)均有涉及。
現(xiàn)階段，全固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化仍然面臨一系列科學(xué)難題。有動(dòng)力電池廠商人士對(duì)第一財(cái)經(jīng)表示，電極材料和電解質(zhì)材料是全固態(tài)電池主要的技術(shù)難點(diǎn)。歐陽(yáng)明高預(yù)計(jì)，全固態(tài)電池2030年有望實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。
全固態(tài)電池技術(shù)具顛覆性
在固態(tài)電池技術(shù)路線的選擇上，國(guó)內(nèi)企業(yè)是以固液混合為主。歐陽(yáng)明高表示，半固態(tài)電池是提升安全性的技術(shù)之一，但不屬于顛覆性技術(shù)。
上述動(dòng)力電池廠商人士也表示，半固態(tài)和全固態(tài)電池其實(shí)不是一回事，要分開(kāi)看待。“半固態(tài)是將電解液含量從1逐漸減少趨于0，但全固態(tài)電池完全去除電解液，整個(gè)體系就變了，要完全解決固-固（固態(tài)電極與固態(tài)電解質(zhì)）界面等各種問(wèn)題。”
也有機(jī)構(gòu)研究人員對(duì)第一財(cái)經(jīng)表示，半固態(tài)電池是偷換概念。“目前半固態(tài)電池低成本、安全性能打不過(guò)鐵鋰，高能量密度方面現(xiàn)階段高鎳已經(jīng)夠了。”此前半固態(tài)電池被視為全固態(tài)電池的過(guò)渡產(chǎn)品，得以率先步入市場(chǎng)。
理論而言，全固態(tài)電池具備高安全性、高能量密度以及高功率。
安全性方面，硫化物固態(tài)電解質(zhì)的熱穩(wěn)定性可以保持到300℃，較液態(tài)電解質(zhì)增加了200℃的安全空間；全固態(tài)電池可以做成雙極板，不論是單體電池還是電池模組都有高能量密度潛力；高功率方面，鋰離子在固態(tài)電解質(zhì)中傳遞速率更高，充電速度可以大幅提升。
孚能科技（688567.SH）董事長(zhǎng)王瑀認(rèn)為，發(fā)展到最后，電池能量密度增加，安全方面一定要靠固態(tài)電解質(zhì)來(lái)解決，也只有固態(tài)（電解質(zhì)）才能讓更高能量密度的材料得到應(yīng)用。
全固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化穩(wěn)步推進(jìn)
作為下一代電池首選方案之一，全固態(tài)電池已被我國(guó)列入國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略。
2020年國(guó)務(wù)院發(fā)布的《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021-2035年）》指出，加快固態(tài)動(dòng)力電池技術(shù)研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化，這是首次將固態(tài)電池研發(fā)上升到國(guó)家層面。2024年1月9日，工業(yè)和信息化部副部長(zhǎng)辛國(guó)斌在國(guó)新辦新聞發(fā)布會(huì)上表示，支持企業(yè)開(kāi)展聯(lián)合創(chuàng)新，加大全固態(tài)電池等技術(shù)攻關(guān)，進(jìn)一步提升產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
在國(guó)家政策支持下，盡快學(xué)術(shù)研究領(lǐng)域暫時(shí)落后，但我國(guó)全固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)化仍在穩(wěn)步推進(jìn)。
從專利數(shù)量來(lái)看，我國(guó)和布局較早的日本還有一定差距——2022年7月《日經(jīng)中文網(wǎng)》的一項(xiàng)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，2000-2022年3月末，豐田擁有1300多項(xiàng)全固態(tài)電池專利技術(shù)；而根據(jù)智慧芽全球?qū)＠麛?shù)據(jù)庫(kù)，截至2023年10月，我國(guó)擁有全固態(tài)電池授權(quán)專利最多的企業(yè)專利數(shù)量也不足100項(xiàng)。
“從學(xué)術(shù)角度來(lái)看，日本確實(shí)在全固態(tài)電池的技術(shù)儲(chǔ)備比較好，但是我們現(xiàn)在也追的很快，從成果的角度沒(méi)有差多少。”上述機(jī)構(gòu)研究人員表示。
廣汽埃安在2023年年末表示，將于2026年實(shí)現(xiàn)全固態(tài)電池的量產(chǎn)裝車，首發(fā)高端品牌昊鉑；長(zhǎng)安汽車計(jì)劃于2027年之前推動(dòng)重量能量密度達(dá)到350-500Wh/kg、體積能量密度750—1000Wh/L的全固態(tài)電池，2030年實(shí)現(xiàn)全面普及。
而2008年就開(kāi)始從事全固態(tài)電池研究的豐田則將全固態(tài)電池預(yù)計(jì)量產(chǎn)時(shí)間從2027年推遲到了2030年以后。
中國(guó)電動(dòng)汽車百人會(huì)副理事長(zhǎng)董揚(yáng)認(rèn)為，日本在研發(fā)和專利方面的優(yōu)勢(shì)，不一定意味著日本在固態(tài)電池領(lǐng)域的勝勢(shì)，一方面，我國(guó)目前固態(tài)動(dòng)力電池研究并不落后，在世界科學(xué)期刊發(fā)表文章數(shù)已居世界第一；另一方面，日本雖然在研發(fā)方面處于強(qiáng)勢(shì)，但中國(guó)有全球最大的新能源汽車市場(chǎng)，未來(lái)在固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)化方面有望實(shí)現(xiàn)領(lǐng)先。
關(guān)鍵材料廠商加速技術(shù)、產(chǎn)品升級(jí)
中國(guó)電動(dòng)汽車百人會(huì)理事長(zhǎng)陳清泰在上述全固態(tài)電池大會(huì)上表示，我國(guó)是否能夠順利闖過(guò)固態(tài)電池技術(shù)和量產(chǎn)關(guān)口，是確保實(shí)現(xiàn)汽車強(qiáng)國(guó)、保持全球領(lǐng)先地位的關(guān)鍵一戰(zhàn)。
現(xiàn)階段，全固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)仍需持續(xù)提升關(guān)鍵材料等基礎(chǔ)支撐能力，不斷夯實(shí)全固態(tài)電池發(fā)展的基礎(chǔ)。
正極材料仍然是決定全固態(tài)鋰電池能量密度的關(guān)鍵因素，國(guó)信證券預(yù)計(jì)2030年全固態(tài)電池正極需求量為1.9萬(wàn)噸，市場(chǎng)空間約為56.5億元。
理論而言，全固態(tài)電池正極仍可沿用現(xiàn)在的磷酸鐵鋰、三元材料等體系，但現(xiàn)有材料電池能量密度難以進(jìn)一步提升。
“肯定是高電壓會(huì)合適一點(diǎn)。”上述機(jī)構(gòu)研究人員稱。其中，富鋰錳基作為新興正極材料具有更高能量密度上限和電壓平臺(tái)，有望成為全固態(tài)電池未來(lái)正極材料最優(yōu)選擇。富鋰錳基正極材料理論上約300mAh/g左右的克容量，較三元鋰電池最高可高出50%，4.5V的額定電壓也較三元電池的3.7V有明顯提升。
上市公司中，容百科技（688005.SH）低鈷富鋰錳基材料處于中試階段，適配于硫化物體系的全固態(tài)電池正極（改性高鎳三元）處于小試階段。2022-2025年衛(wèi)藍(lán)新能源將向容百采購(gòu)不少于3萬(wàn)噸固態(tài)電池正極材料。
當(dāng)升科技（300073.SZ）自主研發(fā)固態(tài)鋰電正極材料、新型富鋰錳基等多款先進(jìn)正極材料。2021年12月，公司與衛(wèi)藍(lán)新能源達(dá)成戰(zhàn)略合作，衛(wèi)藍(lán)擬在2022-2025年期間向當(dāng)升采購(gòu)2.5萬(wàn)噸以上固態(tài)鋰電材料；2022年7月，公司與清陶能源達(dá)成戰(zhàn)略合作，在2022-2025年期間采購(gòu)不少于3萬(wàn)噸固態(tài)電池正極材料。
負(fù)極材料中，由于硅理論比容量高達(dá)4200mAh/g，是目前石墨類負(fù)極材料的十倍以上，硅基負(fù)極或成為全固態(tài)電池負(fù)極材料主要解決方案之一。國(guó)信證券預(yù)計(jì)2030年全固態(tài)電池負(fù)極需求量為0.23萬(wàn)噸，市場(chǎng)空間約為25.4億元。
翔豐華（300890.SZ）開(kāi)發(fā)的硅碳負(fù)極材料產(chǎn)品處于中試階段，已具備產(chǎn)業(yè)化條件。公司與清陶能源簽訂戰(zhàn)略合作協(xié)議，雙方將在固態(tài)/半固態(tài)電池負(fù)極材料關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)、供應(yīng)等方面達(dá)成全面戰(zhàn)略合作。
固態(tài)電解質(zhì)主要包含三條技術(shù)路線，分別是聚合物、氧化物、硫化物。“這些技術(shù)路線各有利弊。”上述相關(guān)人員表示，目前還沒(méi)有大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的技術(shù)路線，只能說(shuō)硫化物的進(jìn)度要快一些。
從各國(guó)對(duì)技術(shù)路線的選擇來(lái)看，日韓企業(yè)多選擇硫化物電解質(zhì)路線，歐美則選擇氧化物技術(shù)路線居多，中國(guó)三種電解質(zhì)路線均有布局。
2021年1月，寧德時(shí)代（300750.SZ）曾公開(kāi)一項(xiàng)“一種硫化物固態(tài)電解質(zhì)片及其制備方法”相關(guān)專利；清陶能源第一代電池選擇了氧化物+聚合物的技術(shù)路徑，第二代固態(tài)電池選擇了氧化物+鹵化物+聚合物的路徑；蜂巢能源則對(duì)硫化物和氧化物固態(tài)電解質(zhì)均有涉及。
