中國儲能網(wǎng)訊：固態(tài)電池作為下一代鋰電池的核心技術(shù)方向，相較于液態(tài)鋰電池，能夠提供更大的能量密度、大幅提升續(xù)航能力，顯著提升安全性、避免液態(tài)電解液泄漏以及降低熱失控風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)工作溫度范圍更寬、在極端環(huán)境的適應(yīng)性表現(xiàn)更為突出，在新能源汽車、低空經(jīng)濟(jì)及消費(fèi)電子等領(lǐng)域具備廣闊的應(yīng)用前景。
目前固態(tài)電池大規(guī)模應(yīng)用仍需破解若干難題，主要包括材料技術(shù)瓶頸、工程化量產(chǎn)瓶頸以及成本高昂。
固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化破局需要多維度協(xié)同，一是加強(qiáng)政策支持與引導(dǎo)，通過制定行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、財(cái)政補(bǔ)貼與研發(fā)支持等驅(qū)動固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化；二是電池與材料廠商加快材料與工藝革新，一方面，材料端需要通過材料體系創(chuàng)新和界面優(yōu)化以突破技術(shù)瓶頸，另一方面，制造工藝與設(shè)備端有待于革新升級，同時(shí)需要優(yōu)化制造流程提升良率和生產(chǎn)效率；三是應(yīng)用場景拓展推動降本與規(guī)?；涞?，加快機(jī)器人、eVTOL等應(yīng)用場景率先拓展，推動固態(tài)電池規(guī)模化降本，繼而在新能源汽車領(lǐng)域加快實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用。
半固態(tài)與全固態(tài)雙線并行
技術(shù)路線方面，主流固態(tài)電解質(zhì)材料包括硫化物、鹵化物、氧化物和聚合物電解質(zhì)四大類，不同固態(tài)電解質(zhì)各具優(yōu)劣勢，產(chǎn)業(yè)界仍在探索最適合固態(tài)電池量產(chǎn)的技術(shù)路線。
具體而言，聚合物浸潤性好、加工性能好，但耐氧化性差、電導(dǎo)率低、本征安全性差，可與鋰鹽絡(luò)合改善導(dǎo)電性或用作顆粒狀無機(jī)固態(tài)電解質(zhì)的骨架或固固界面過渡層；氧化物本征安全性好、化學(xué)穩(wěn)定性較好、制造成本相對較低，但加工性能差、電導(dǎo)率低、電化學(xué)窗口較窄，實(shí)際使用中可作為半固態(tài)電池的核心電解質(zhì)層；硫化物室溫電導(dǎo)率高、機(jī)械加工性能好，但化學(xué)穩(wěn)定性差、制造成本高，目前多作為核心電解質(zhì)層用于開發(fā)全固態(tài)電池方案；鹵化物離子電導(dǎo)率亦能滿足應(yīng)用要求，且成本相對較低、柔韌性較好、電化學(xué)窗口較寬，目前多用于作為固態(tài)電池的正極包覆材料。
從目前技術(shù)路線選擇來看，全固態(tài)電池主流布局路線為硫化物、鹵化物復(fù)合電解質(zhì)，離子電導(dǎo)率等性能較高，但化學(xué)穩(wěn)定性較差、成本高等問題導(dǎo)致其規(guī)模化應(yīng)用難度較大；半固態(tài)電池則多采用氧化物、聚合物復(fù)合電解質(zhì)，成本相對較低、易于產(chǎn)業(yè)化落地，但性能上限較低。
此外，電池形態(tài)方面，目前半固態(tài)電池與全固態(tài)電池雙線并行，部分觀點(diǎn)認(rèn)為半固態(tài)電池為過渡產(chǎn)品；部分觀點(diǎn)認(rèn)為半固態(tài)電池并非過渡路線，而是獨(dú)立路線，因其設(shè)計(jì)目標(biāo)并非服務(wù)于全固態(tài)電池，而是直接滿足下游動力和儲能客戶需求。
半固態(tài)與全固態(tài)電池的路線之爭，本質(zhì)是產(chǎn)業(yè)優(yōu)先級選擇：半固態(tài)以務(wù)實(shí)性降低變革風(fēng)險(xiǎn)，適合當(dāng)下中國市場；全固態(tài)以性能上限錨定未來，契合一些電池廠商技術(shù)突圍戰(zhàn)略。
對于產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)企業(yè)而言，需在短期半固態(tài)電池商業(yè)化與長期全固態(tài)電池終局目標(biāo)之間平衡資源投入，以半固態(tài)電池為先鋒，同時(shí)做好全固態(tài)電池戰(zhàn)略儲備，全面實(shí)現(xiàn)技術(shù)與量產(chǎn)突破。
產(chǎn)業(yè)化仍存難點(diǎn)
全固態(tài)電池大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化面臨的挑戰(zhàn)主要在于，材料性能與界面接觸問題、制造工藝復(fù)雜、產(chǎn)業(yè)鏈不完善等因素致成本高昂。
材料端來看，全固態(tài)電池在電解質(zhì)、正極、負(fù)極等材料技術(shù)層面以及固固界面接觸方面仍面臨諸多挑戰(zhàn)。
在電解質(zhì)方面，硫化物電解質(zhì)為全固態(tài)電池的主流電解質(zhì)技術(shù)路線，因其室溫離子電導(dǎo)率較高、接近液態(tài)電解質(zhì)，并且具備良好的機(jī)械加工性能；但其化學(xué)穩(wěn)定性較差、成本高等問題導(dǎo)致其規(guī)模化應(yīng)用難度較大。
以LiPSCl粗粉電解質(zhì)體系為例，其主要原料包括硫化鋰、五硫化二磷和氯化鋰，其中硫化鋰在原料中的質(zhì)量占比30%以上，在成本構(gòu)成中占比高達(dá)82%。硫化鋰當(dāng)前生產(chǎn)成本較高，市場價(jià)格在200萬～300萬元/噸，主要由于硫化鋰化學(xué)性質(zhì)較為不穩(wěn)定，易于與空氣中的水、氧發(fā)生反應(yīng)，Li2S發(fā)生水解反應(yīng)生成LiHS和LiOH，進(jìn)一步水解會生成有毒氣體H2S，具備較高的生產(chǎn)安全風(fēng)險(xiǎn)，對于生產(chǎn)環(huán)境和儲運(yùn)條件要求較高，推升其制造加工成本。
在正極材料方面，由于固態(tài)電解質(zhì)能夠承受更高電壓，因而能夠使用高電壓平臺的正極材料，提高工作電壓進(jìn)而提高能量密度，目前固態(tài)電池的正極材料也在往高電壓、高比能方向持續(xù)迭代，對于能量密度做到500Wh/kg的固態(tài)電池就需要匹配富鋰錳基等更高能量密度的正極，而富鋰錳基產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用面臨著初始庫侖效率低、電壓/容量衰減、倍率性能較差等挑戰(zhàn)，處于產(chǎn)業(yè)化早期階段。
在負(fù)極材料方面，鋰金屬理論比容量高達(dá)3860mAh/g，是目前已知的電勢最低的電極材料，并且密度低，有望成為下一代負(fù)極材料的迭代方向。然而，鋰金屬負(fù)極不可控的鋰枝晶生長和界面副反應(yīng)等問題，可能造成電池結(jié)構(gòu)破壞，仍是當(dāng)前鋰金屬負(fù)極應(yīng)用過程中面臨的重大挑戰(zhàn)。
固固界面接觸仍存堵點(diǎn)。液態(tài)電池由于電極材料浸潤在電解液中，二者可長期保持穩(wěn)定接觸；而固態(tài)電解質(zhì)與電極材料均為固體材料，一方面固固接觸面積不足導(dǎo)致界面電阻大幅增加，另一方面伴隨著電池充放電時(shí)電極膨脹，容易引發(fā)固固界面接觸變差，固固界面接觸的不穩(wěn)定性將嚴(yán)重影響電池的電化學(xué)性能和安全性。
制造端來看，全固態(tài)電池制造難度大幅提升。
在前端制造環(huán)節(jié)，極片制造/電解質(zhì)成膜環(huán)節(jié)需要匹配干法電極工藝。對于硫化物技術(shù)路線，硫化物電解質(zhì)對空氣、水和極性有機(jī)溶劑敏感，一方面，上料輸送環(huán)節(jié)需隔絕空氣、密閉輸送，且設(shè)備自動化率提升；另一方面，極片制造/電解質(zhì)成膜環(huán)節(jié)需要匹配干法電極工藝，這一工藝不使用有機(jī)或極性溶劑，與硫化物固態(tài)電池制造過程相匹配。其中干法成膜為核心環(huán)節(jié)，精度要求高、工藝難度較大，設(shè)備價(jià)值量較高。
在中段制造環(huán)節(jié)，采用疊片替代卷繞，新增膠框印刷+等靜壓處理環(huán)節(jié)等。由于固態(tài)電解質(zhì)具有脆性、不適用于卷繞工藝，通常需要采用疊片工藝且對疊片精度要求提升。新增膠框印刷環(huán)節(jié)，主要是將樹脂印刷到電極邊緣位置形成回形框，在壓力下起到支撐和絕緣作用。等靜壓處理主要是為了確保固態(tài)電解質(zhì)與電極界面緊密接觸，提升固固界面的離子傳導(dǎo)性能。中段環(huán)節(jié)由于對疊片機(jī)的精度要求更高，以及新增膠框印刷和等靜壓設(shè)備，尤其等靜壓環(huán)節(jié)壓力要求較高、技術(shù)難度較大。
在后段制造環(huán)節(jié)取消注液環(huán)節(jié)，高壓化成壓力要求提升。后段高壓化成設(shè)備升級，對壓力的要求提升，主要是改善固固界面接觸與激活離子通道。
產(chǎn)業(yè)鏈仍處于發(fā)展階段。
相較于成熟的液態(tài)鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈，固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)鏈仍處于發(fā)展階段，面臨多重制約因素。材料方面，受限于有限的生產(chǎn)規(guī)模與采購渠道，關(guān)鍵原材料如硫化鋰等尚未形成穩(wěn)定供應(yīng)體系。制造方面，受制于設(shè)備成熟度不足與工藝積累有限，生產(chǎn)良率偏低、制造成本較高。
整體而言，全固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)鏈仍需加強(qiáng)材料創(chuàng)新與界面問題優(yōu)化，提升生產(chǎn)制造工藝成熟度，以及促進(jìn)產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同，以推動固態(tài)電池生產(chǎn)成本下降，加快產(chǎn)業(yè)化落地。
我國積極推動固態(tài)電池的發(fā)展，在政策支持、技術(shù)與產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展方面具備一定優(yōu)勢。
政策層面，工業(yè)和信息化部2024年投入60億元資金支持6家電池廠和車企的固態(tài)電池研發(fā)項(xiàng)目，目標(biāo)2027年各個(gè)項(xiàng)目分別實(shí)現(xiàn)1000輛車示范性裝車。
技術(shù)與產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展層面，一方面，半固態(tài)產(chǎn)業(yè)化加速突破，技術(shù)平價(jià)加速到來。動力方面，2025年8月上汽發(fā)布全新MG4，其中半固態(tài)電池版價(jià)格9.98萬元，首次將半固態(tài)電池車型價(jià)格拉入10萬元以內(nèi)；儲能方面，2025年8月，南都電源斬獲總?cè)萘?.8GWh的獨(dú)立儲能項(xiàng)目訂單，為全球最大的半固態(tài)電池儲能項(xiàng)目，采用南都自主研發(fā)的314Ah儲能半固態(tài)電池。伴隨半固態(tài)實(shí)現(xiàn)技術(shù)平價(jià)，半固態(tài)電池滲透率有望加速提升。
另一方面，全固態(tài)電池逐步進(jìn)入中試階段，多家車企開啟樣車路試。多家電池廠全固態(tài)產(chǎn)品中試線逐步落地，例如，國軒高科5月宣布首條全固態(tài)中試線貫通；億緯鋰能已完成小軟包電池組裝工藝開發(fā)，百M(fèi)Wh的中試線將在2025年投入運(yùn)行；孚能科技的全固態(tài)電池能量密度可達(dá)400～500Wh/kg，公司預(yù)計(jì)60Ah硫化物全固態(tài)電池將于2025年末實(shí)現(xiàn)小批量交付。
此外，全固態(tài)樣車路試逐步開啟。5月奇瑞汽車搭載全固態(tài)電池的星紀(jì)元ET開啟路試；長安汽車預(yù)計(jì)金鐘罩全固態(tài)電池將在2025年底前實(shí)現(xiàn)功能樣車首發(fā)。
但我國固態(tài)電池的大規(guī)模商業(yè)化仍然面臨界面阻抗高等技術(shù)瓶頸以及成本高昂的難題，需以“技術(shù)攻堅(jiān)+產(chǎn)業(yè)生態(tài)力”雙輪驅(qū)動，將實(shí)驗(yàn)室優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為市場話語權(quán)，才能在全球新能源產(chǎn)業(yè)持續(xù)占據(jù)領(lǐng)先地位。
攻堅(jiān)關(guān)鍵材料與技術(shù)。一方面，通過配套建設(shè)全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、技術(shù)創(chuàng)新中心等，攻克固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化過程中的技術(shù)難題，推動技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)升級。另一方面，制定統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，明確固態(tài)電池的安全要求、性能指標(biāo)、測試方法等，為技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)品生產(chǎn)提供指導(dǎo)，減少技術(shù)路線的不確定性，推動固態(tài)相關(guān)布局企業(yè)按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行生產(chǎn)和研發(fā)。
構(gòu)建政策—資本—產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同生態(tài)。通過建立“中央資金+地方試點(diǎn)+企業(yè)聯(lián)盟”三位一體體系，以及專項(xiàng)債和稅收優(yōu)惠等加大對固態(tài)相關(guān)企業(yè)的支持力度，降低企業(yè)前期風(fēng)險(xiǎn)成本，激發(fā)固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)袌龌盍ΑＭ瑫r(shí)加強(qiáng)產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)溝通合作，上游原材料供應(yīng)商與中游電池制造商合作，共同研發(fā)和攻關(guān)關(guān)鍵材料，保障原材料穩(wěn)定供應(yīng)；中游電池制造商與下游客戶合作，開發(fā)適合不同應(yīng)用場景的電池產(chǎn)品，共同推動固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展壯大。
加強(qiáng)應(yīng)用場景的開發(fā)和拓展。錨定低空經(jīng)濟(jì)、人形機(jī)器人等增量場景建立商業(yè)閉環(huán)，反向推動技術(shù)創(chuàng)新迭代、并推動固態(tài)電池規(guī)模化降本，打開遠(yuǎn)期成長空間。
