從實驗室“走向”生產線 固態電池研發量產提速
本報記者 尹麗梅 張碩 北京報道
固態電池的消息每一次迎來“更新”都會在行業內掀起波瀾，這一次也不例外。
近日，豐田汽車固態電池生產計劃已獲得日本政府正式批准，並將於2026年正式啓動固態電池的生產，其規劃是在2030年後實現年產量9GWh的目標。幾乎在同一時間，梅賽德斯-奔馳宣佈，與美國電池初創公司Factorial Energy合作開發的新型全固態電池技術取得突破，有望將電動汽車的續航里程提高80%，預計將在2030年前實現量產。
固態電池被行業視爲最具潛力的“下一代動力電池”。行業內普遍認爲，現有液態鋰電池能量密度已接近技術極限，難以在不增加體積和重量的前提下大幅提高能量密度。與目前行業廣泛應用的鋰電子電池相比，最大的不同在於用固態電解質代替電解液，在安全性、能量密度、循環壽命、充電速度等方面優勢明顯。並且，固態電池在低溫環境下表現更爲出色，不易出現電池性能大幅下降的問題。
“在構成鋰離子電池的所有材料中，只有電解液是易燃易爆的。很多鋰離子電池的燃油、爆炸事故，也都是由於電解液出現了問題。固態電池不再使用電解液，使其提高了安全係數。”真鋰研究創始人、總裁墨柯在接受《中國經營報》記者採訪時表示，作爲動力電池的一場顛覆性革命，固態電池是行業內十分確定的技術發展方向。
從產業化進度來看，目前國內主流電池企業發佈的全固態電池產品披露的量產時間基本都在2026—2030年。業內已經“迫不及待”，2024年以來，國內外多家企業“更新”其固態電池批量量產的時間表。
值得關注的是，記者在採訪中瞭解到，固態電池製造成本高、技術難度大，短期內難以完全取代液態鋰電池，目前許多公司的固態電池仍然處在研發和試驗階段。
量產“上車”時間表不斷刷新
在動力電池領域，固態電池總是能撥動企業的“敏感神經”。這是因爲目前各個企業在固態電池方面基本上還處在同一起跑線上，而若某家企業一旦掌握先機，將顛覆市場格局。
豐田汽車是最早開始研究固態電池的汽車製造商之一，也是全球擁有固態電池專利最多的企業。近期，豐田汽車給出了將於2026年啓動生產固態電池的消息。據悉，豐田汽車將在2027—2028年推出搭載全固態電池的純電動汽車，隨後實現每年數萬輛規模的量產。
同爲日系車企，日產汽車則計劃在2028年度向市場投放全固態電池EV。本田計劃將全固態電池搭載到2025年下半年上市的純電動汽車上。
豐田以及其他日本企業一度全力押注固態電池，希望藉助技術路線轉換趕超中國和韓國企業在液態電池領域的優勢。
梅賽德斯-奔馳與美國初創電池公司Factorial Energy共同開發的新型固態電池被命名爲“Solstice”。相比液體鋰電池，Solstice可以使電池重量減少約40%，並且在同等體積下能讓電動汽車的續航里程提升80%，使其續航里程突破1000公里。目前這款電池正處於測試階段。
國內相關企業也正在爭分奪秒，試圖加快固態電池的研發量產速度。
今年4月，廣汽集團總經理馮興亞宣佈，廣汽集團全固態電池計劃於2026年上車，將首次搭載於昊鉑車型。7月，上汽集團新任總裁賈健旭透露，上汽集團全固態電池已經開啓了500天投產計劃，進入投產倒計時。據悉，今年上汽集團的聚合物固態電池已在上汽集團旗下智己汽車上率先使用，明年將考慮將其搭載到MG相關車型上。寧德時代、中國一汽、長安汽車、比亞迪等多家企業則將固態電池小批量上車時間表設定爲2027年。
固態電池，特別是全固態電池的量產，事關科技主導權之爭。
值得關注的是，與國外企業發力全固電池不同，國內企業聚焦的主要是被稱爲過渡技術的半固態電池。半固態電池在短期內能夠實現市場化，全固態電池則面臨更大的技術挑戰，從研發到商業化普及還有較長時間，但全固態電池被視作動力電池的“終極形態”。我國要防範全國固態電池帶來的顛覆性風險。
“固態電池急不得，要一步一步來。”在近期舉行的2024世界動力電池大會上，中國科學院院士、中國全固態電池產學研協同創新平臺理事長歐陽明高表示，“大家覺得國外佈局的進度很快，我們追不上，其實也沒有那麼着急。電池技術不是一天就可以被顛覆的，發展固態電池更是欲速則不達，解決問題需要循序漸進。我們首先應重點解決固態電解質的問題，然後解決負極的問題，再解決正極的問題。最開始固態電池的能量密度可能沒有想象中高，但是可以聚焦在提高電池安全性、簡化熱管理上，我們的最終目標是要在2030年實現固態電池的大規模產業化。”
中信證券在最新發布的研報中指出，自2024年以來，我國固態電池行業出現半固態量產車型上市、半固態電池裝車滲透率達1%等邊際變化，產業化信號已至。縱觀全球，當前日本全固態電池研發較爲領先，但我國具備技術路線低風險、“小步快跑”節奏好、產業化條件充沛等優勢，有望在半固態及全固態電池產業化下半場勝出。
尚需跨越技術、成本門檻
固態電池目前尚未走至量產上車的關鍵節點。
“如果用數字1到9表示固態電池的技術和製造成熟度的話，1是指剛開始涉及這一領域，9是指技術成熟可以投入大規模生產。當前行業最高水平只到了4左右，只是做出了一些器件樣品，進行一些實驗驗證。”近期，在近期舉行的2024世界動力電池大會上，寧德時代董事長曾毓羣表示，寧德時代在全固態電池上，已經投入了7—8年的時間進行研究。研發全固態電池的關鍵，在於材料和化學體系的研究，而其中最爲棘手的問題便是“固-固界面”問題，涉及材料科學、化學工程、物理學等多個學科交叉融合。
記者在採訪中瞭解到，所謂“固-固界面”問題即固體電解質與電極材料之間的界面接觸和化學穩定性問題。
具體來看，“固-固界面”問題目前主要包括以下幾個方面。其一，在固態電池中，固體電解質與電極之間難以實現完全的緊密接觸，導致界面電阻升高，限制了離子在界面之間的有效傳輸。這導致電池性能下降，特別是在充放電過程中，電池的功率密度和能量密度會受到影響。其二，固體電解質與電極材料之間在電池工作過程中會發生化學反應，導致界面處形成副產物。這些副產物可能阻礙鋰離子的流動，增加界面阻抗，並降低電池的循環壽命。
與此同時，在充放電過程中，電極材料（尤其是鋰金屬負極）會發生顯著的體積膨脹和收縮。這種體積變化會破壞固體電解質與電極之間的接觸，導致電池性能下降甚至出現短路風險。
生產成本高是固態電池落地面臨的另一大難題。目前，全固態電池的製造成本是鋰離子電池的4—25倍。
墨柯在接受記者採訪時表示，目前考慮固態電池的成本問題還爲時尚早，對於任何一個新技術而言，成本並不是在發展早期就應該考慮的問題，首先需要把產品先做出來，在這之後再考慮降成本的問題。在早期，液態鋰電池的成本也非常高。對於固態電池的發展而言，技術的沉澱和積累非常關鍵。
雖然在多個維度面臨較大挑戰，但從長期來看，行業內普遍認爲固態電池市場廣闊。研究機構EVTank在一份白皮書中指出，基於對固態電池技術路線和降本路徑的研判，預計到2030年，全球固態電池的出貨量將達到614.1GWh，在整體鋰電池中的滲透率預計在10%左右，其市場規模將超過2500億元，主要爲半固態電池。