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近年来,固态电池颇受行业追捧,各大电池厂商和车企陆续公布了固态电池研发进展和量产规划。
固态电池受欢迎的原因
固态电池量产的关键在于固态电解质。目前主要有聚合物体系、氧化物体系、硫化物体系和卤化物体系四条技术路线,各有优劣。硫化物技术路线被认为是最有可能率先量产的路线。
固态电池受欢迎首先表现在性能优势。
更高的安全性:传统锂电池的液态电解质易燃、易挥发,在高温、过充、挤压等情况下可能会引发燃烧甚至爆炸。而固态电池采用固态电解质,不含有易燃的有机溶剂,热稳定性更高,能有效降低电池热失控的风险,大大提高了使用过程中的安全性。
更高的能量密度:固态电池可以采用锂金属等高能量密度的负极材料,且固态电解质能够更好地抑制锂枝晶的生长,使得电池内部结构更加紧凑,从而可以实现更高的能量密度。如比亚迪的固态电池能量密度预计能达到400Wh/kg,相比其二代刀片电池提升显著。
更好的循环性能:固态电池的固态电解质和电极材料之间的界面稳定性较好,在充放电过程中,电极材料的结构变化相对较小,能够承受更多的充放电循环,电池的循环寿命得以延长,降低了使用成本。
更宽的工作温度范围:固态电解质的物理和化学性质相对稳定,受温度的影响较小,使得固态电池在高温和低温环境下都能保持较好的性能,拓宽了电池的应用场景,例如在极端寒冷或炎热的地区也能正常使用。
其次,固态电池产业具备强大的发展潜力。
随着电动交通、智能电网、便携式电子设备等领域的快速发展,对电池的性能提出了更高的要求。固态电池的高性能特点使其在电动汽车、电动飞机、飞行汽车、电动机器人、储能系统等领域具有广阔的应用前景,能够满足这些领域对高能量密度、高安全性和长寿命电池的需求。
Evtank预测,到2030年全球固态电池的出货量将达到614.1GWh,市场规模有望超过2500亿元。
同时,各国政府都将固态电池作为未来能源发展的重要方向,出台了一系列政策支持固态电池的研发和产业化。比如中国在《新能源汽车产业发展规划》中就明确提出要加速固态动力电池的技术研发与产业化进程。
分析各大企业公布的固态电池量产时间表来看,集中于2026至2030年间,但固态电池技术仍面临诸多挑战需克服。
固态电池发展面临的挑战
技术层面:固态电解质的体相与表界面锂离子迁移效率是核心挑战。相较于液态电解液,固态电解质的离子电导率普遍较低,且界面接触不良导致阻抗增大,硫化物电解质易与空气/水分反应,氧化物电解质脆性大,聚合物电解质耐高温性差。需开发兼具高离子电导率、化学稳定性和机械强度的新型电解质材料,并解决与高容量正极(如富锂锰基、硫正极)的兼容性问题。
同时,固态电解质与电极材料形成的固 - 固界面接触性和稳定性较差,离子传输存在障碍,增加了锂离子传输的难度,影响电池的整体性能。
在充放电过程中,锂金属负极表面容易生长出锂枝晶,锂枝晶可能会穿透固态电解质,造成电池内部短路,导致电池失效甚至引发安全事故,这是阻碍全固态电池实际应用的重要因素。
固态电池的正负极材料在与固态电解质结合时,可能会发生化学或电化学副反应,降低界面稳定性,增大界面阻抗,影响电池的充放电效率和循环寿命。此外,不同材料在不同温度等条件下的膨胀系数等物理性质差异,也可能导致电池结构的稳定性问题。
成本方面:固态电池部分原材料未实现量产,如部分固态电池电解质使用了硫化锂、氯化锂等高纯度化合物,或锆、锗等稀有金属,导致原材料成本高昂。
固态电池生产工艺复杂,涉及高温烧结、界面优化等步骤,需要高精度的制造设备和严格的生产控制,对生产环境要求也较为苛刻,如硫化物路线对水分非常敏感,这些都增加了制造成本。
最为重要的是,目前固态电池整体产业链尚不完善,市场需求有限,生产规模较小,尚未形成规模效应,无法通过大规模生产来降低单位成本。
宁德时代
宁德时代首席科学家吴凯表示,如果用技术和制造成熟度作为评价体系(以1-9打分),宁德时代的全固态电池研发目前处于4分的水平,目标是到2027年达到7-8分的水平,届时可以小批量生产全固态电池。
宁德时代董事长曾毓群也曾在不同场合提到固态电池相关内容,如2024年3月曾表示全固态电池距离商品化还很远,但公司加大了投入。整体来看,宁德时代计划在 2027年开启全固态电池小批量量产的进程,但大批量生产实现的时间还不确定。
国轩高科
2024年5月,国轩高科推出了第一代全固态电池——金石电池,这款30Ah全固态电芯,质量能量密度可以达到350Wh/kg,体积能量密度可以达到800Wh/L,且电芯循环寿命可达3000次。
近日,投资者在互动平台向国轩高科提问其“金石电池” 中试产线建设时间,公司回答表示,已成功研发出车规级全固态成品电芯 “金石电池”,预计2027年实现小批量生产及装车测试。如果测试顺利,随着产业链逐步建立,预计2030年可能实现量产。
亿纬锂能
亿纬锂能选择了硫化物和卤化物复合固态电解质技术路线,全固态电池将分两步走:预计2026年实现生产工艺的突破,推出高功率、高环境耐受性、绝对安全的全固态电池,主要应用于混合动力领域。公司将于2028年进一步推出400Wh/kg高比能量的全固态电池。
欣旺达
欣旺达固态电池有不同技术代际及对应的时间规划,具体如下:
第三代聚合物复合全固态电池:已完成实验室验证,预计2025年完成产品开发。
第四代全固态电池:还在开发中,预计 2027年完成实验室样品制作。
整体规划:欣旺达计划2026年具备全固态电池量产能力,产能可达1GWh。
蜂巢能源
公司已经具备制备20Ah全固态电池的能力,能量密度达到380Wh/kg。在量产时间表方面,公司全固态定位在400Wh/kg以上,主要覆盖800公里和1,000公里以上的高端车型,预计2030年以后装机。
太蓝新能源
2024年,太蓝新能源联合长安汽车发布无隔膜固态锂电池技术,通过在极片表面导入高致密复合固态电解质层,实现隔膜功能替代。无隔膜半固态电池计划于2026年开始进行装车测试,无隔膜全固态电池则预计于2027年实现批量生产,在特殊领域开展示范性应用。
鹏辉能源
2024年鹏辉能源发布第一代固态电池技术及未来研发路线。鹏辉能源称,公司将氧化物复合固态电解质用于构筑全固态电池,实现了电池的本质安全,同时大幅降低了固态电池成本。
其第一代固态电池在确保本质安全基础上,循环寿600次,能量密度280Wh/kg。2025年,在材料端搭配使用更高比例硅基负极,能量密度将达300Wh/kg以上。公司预计2025年启动中试研发并小规模生产,2026年将正式建立产线并批量生产。
比亚迪
在刚刚结束的第二届中国全固态电池创新发展高峰论坛上,深圳比亚迪锂电池有限公司CTO孙华军表示,比亚迪已于2024年从中试生产线下线60Ah全固态电池。公司计划2027年左右启动批量示范装车应用,预计在2030年前后实现大规模量产。
广汽集团
广汽集团计划在2026年实现固态电池量产。据了解,广汽集团已初步打通全固态电池全流程制造工艺,取得车规级高安全大容量全固态动力电池量产的关键技术突破,将率先搭载于广汽自主新能源品牌昊铂的新车型,未来逐步普及至埃安车型。
上汽集团
上汽集团在投资者互动平台介绍,全新一代固态电池计划于2026年实现量产,具有能量密度超过400wh/kg、体积能量密度超过820wh/L、电池容量超过75Ah、安全性能好、适用范围广等特点。
此前,上汽集团曾介绍将实施三步走战略,加速推进全固态电池装车量产:
第一阶段:2024 年批量装车半固态产品,液含量10%wt,在高安全的前提下实现了 1000公里以上的单次纯电续航。
第二阶段:2025年批量交付准固态产品,液含量5%wt,通过新的干法电极技术量产和高电压新型正极材料引入,实现新的电池结构,在上汽集团自主品牌实现规模搭载。
第三阶段:2026年批量交付全固态产品,通过新的负极材料和更加压实的新型电池成型工艺,最终形成整体致密度超98%,液体含量为0的全固态电池。
长安汽车
2月9日,长安汽车发布"北斗天枢2.0"智能化战略时,同步推出能量密度达400Wh/kg的全固态电池"长安金钟罩",宣称可实现1500公里纯电续航。董事长朱华荣明确量产时间表:2025年底完成功能样件开发,2026年启动装车验证,2027年实现规模化量产。
奇瑞汽车
奇瑞宣布正在研发鲲鹏固态电池,计划在2026年实现固态电池的定向运营、2027年批量上市。按照奇瑞的说法,其全固态电池在2025年可将能量密度提升到600Wh/kg。
东风日产
2024年在日本横滨启动试点工厂,建设全固态电池生产线,2025年生产全固态电池,2028年装车。
丰田
丰田坚持研究硫化物路线,目前拥有1,300多项固态电池专利。丰田宣布最早将于2027年在市场上推出搭载全固态电池的纯电动汽车,并在此后实现全面量产。
梅赛德斯-奔驰
2024年,梅赛德斯-奔驰宣布与美国初创电池公司Factorial Energy宣布,双方将共同开发一款新型固态电池。这款电池被命名为“Solstice”,预计将在2030年前实现量产。据奔驰方面介绍,该电池技术在减轻40%电池重量的同时,能够增加电动汽车的80%的续航能力,预计续航里程可达1000公里。
三星 SDI
三星 SDI在全固态电池领域有专利布局,通过复合物组成优化、电池其他组件的协同设计等提升固态电池的稳定性,其全固态电池能量密度可达 350wh/kg 至 600wh/kg。2022年3月其宣布在韩国京畿道水原市永同区的研发中心启动固态电池试点生产线,2023年开始试生产,2027年实现大规模生产。
Solid Power
早在2023年,宝马集团便与Solid Power启动下一阶段全固态电池的联合研发。宝马集团获得了Solid Power公司的技术许可,能够在其位于慕尼黑附近Parsdorf的电池制造中心复制 Solid Power 的中试线。
根据时间表,Solid Power第一辆采用全固态电池的宝马原型车计划在2025年之前推出,2030年之前将实现全固态电池的量产。
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