最近，來自清華大學(xué)的一則科研新聞再次引發(fā)了鋰電池行業(yè)的不小震動。

清華大學(xué)化工系張強教授團隊的一項研究成果近期在線發(fā)表于頂級期刊《自然》，該研究為開發(fā)實用化的高安全性、高能量密度固態(tài)鋰電池提供了新思路與技術(shù)支撐。

面對固—固材料之間因剛性接觸導(dǎo)致的界面阻抗大，以及電解質(zhì)在寬電壓窗口下難以同時兼容高電壓正極與強還原性負極的極端化學(xué)環(huán)境等難題，該研究團隊成功開發(fā)出一種新型含氟聚醚電解質(zhì)，構(gòu)筑出能量密度達604 Wh kg?1的高安全聚合物電池，解開了鋰電池續(xù)航與安全不可兼得的難題。

當前的鋰電行業(yè)的科研發(fā)展方向預(yù)期比較一致，就是高能量密度的固態(tài)電池。從上述最新科研新聞也不難看出，涉及材料和化工領(lǐng)域的很多問題并沒有在產(chǎn)業(yè)界得到充分的解決，很多最前沿的相關(guān)研發(fā)進展都還停留在高校科研單位的實驗室中，不過大的方向確實已經(jīng)比較確定。

也可以說，在鋰電和汽車行業(yè)，得固態(tài)電池者，將會“得天下”。

從半固態(tài)到全固態(tài)的發(fā)展鏈

固態(tài)電池最關(guān)鍵的是要解決鋰電池的能量密度問題，能將電動車的續(xù)航能力大幅提升。同時，固態(tài)電池在本質(zhì)安全性、低溫電量衰減、電池循環(huán)壽命等全方位的性能上，都能取得優(yōu)勢。

可以說，全市場都在等固態(tài)電池對傳統(tǒng)鋰電池的大面積替代。

然而，正如前文所述，當前固態(tài)電池的技術(shù)路線其實還沒有被確定。

比如在電解質(zhì)方面，行業(yè)內(nèi)的頭部企業(yè)對聚合物、硫化物、氧化物以及鹵化物固態(tài)電解質(zhì)路線還存在分歧。

在正極材料端，日本的豐田和日產(chǎn)等都傾向采用高鎳三元正極，而我國的一些企業(yè)則將研發(fā)重點投入到鈷酸鋰、富鋰錳基、氧化物、硫化物正極材料。

而在負極材料方面，石墨產(chǎn)品、硅碳產(chǎn)品、鋰碳復(fù)合負極材料等也都是當前正在測試和研發(fā)的主流材料，并不統(tǒng)一。

但無論上述材料方面技術(shù)路線如何，比較確定的是固態(tài)電池發(fā)展路徑——就是行業(yè)將從量產(chǎn)半固態(tài)電池開始，最終走向全固態(tài)電池的普及。

這里面最重要的當然是技術(shù)成熟度問題和量產(chǎn)難度問題。半固態(tài)電池和當前的主流鋰電池技術(shù)標準更加接近，更容易研發(fā)和量產(chǎn)。

而全固態(tài)電池則依然面臨短期難量產(chǎn)、高成本、產(chǎn)業(yè)鏈不完整、高界面阻抗等多重挑戰(zhàn)。

相較之下，半固態(tài)電池的商業(yè)化進程相較于全固態(tài)的發(fā)展明顯更快，已經(jīng)到了可商業(yè)化量產(chǎn)的階段。

其中一個比較有影響力的商業(yè)化落地項目就是上汽集團官宣的“全球首個批量上車的”半固態(tài)電池。據(jù)其官網(wǎng)在今年8月份披露，半固態(tài)電池將最先在全新MG4批量上車，該車型版本將于今年內(nèi)批量交付。

據(jù)官網(wǎng)描述，這款半固態(tài)電池由上汽清陶研制，在低溫放電功率、低溫能量保持率等指標上全面領(lǐng)先，在安全性上也借助半固態(tài)電解質(zhì)等底層材料的技術(shù)突破，通過了非常苛刻的測試。

據(jù)東吳證券研報，上汽清陶的這款電池中的電解液含量已降至5%。電池系統(tǒng)能量密度可達400Wh/kg，支持12分鐘快速充電400公里，循環(huán)壽命較傳統(tǒng)電池提升超過30%。在-7℃的環(huán)境下，搭載該電池的車型續(xù)航達成率較傳統(tǒng)磷酸鐵鋰電池高出約13%，極寒放電功率提升超過20%。

令我比較意外的是，這款新MG4的預(yù)售價格為7.38萬元-10.58萬元，假設(shè)搭載半固態(tài)電池的版本為最高配，那么價格依然不算高階，看起來在成本控制方面，上汽也比較有底氣。

這背后是清陶在干法工藝上取得了重要的進展。相較于濕法，干法通過摒棄溶劑，能夠大幅縮減工序、降低能耗和生產(chǎn)成本，是電池制造降本的理想路徑。比如，利用干法工藝能夠解決錳基正極在液態(tài)體系中的根本問題，釋放其低成本、高電壓的優(yōu)勢。

決戰(zhàn)2027年

除了上汽集團以外，以寧德時代、比亞迪為首的中國動力電池行業(yè)巨頭都在積極布局固態(tài)電池領(lǐng)域。

隨著市場需求的持續(xù)增加和固態(tài)電池技術(shù)不斷進步與突破，預(yù)計全球固態(tài)電池出貨量在2025年和2030年將分別達到10GWh和614.1GWh，市場空間繼續(xù)擴大。

全固態(tài)電池作為終極目標，是無法回避的一項挑戰(zhàn)。國信證券預(yù)計2030年全球全固態(tài)電池的市場空間為1138億元。

對于全固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)化落地來說，2027年將會是一個比較關(guān)鍵的年份。寧德時代此前已經(jīng)明確將在2027年實現(xiàn)全固態(tài)電池小批量生產(chǎn)。比亞迪計劃于2027年前后啟動全固態(tài)電池的批量示范裝車應(yīng)用。一汽全固態(tài)電池項目計劃在2027年實現(xiàn)小批量應(yīng)用。

此外，長安汽車、上汽集團和奇瑞汽車此前也表示，計劃在2027年左右實現(xiàn)全固態(tài)電池的量產(chǎn)或裝車驗證。

動力電池行業(yè)內(nèi)的重要“參賽者”億緯鋰能、國軒高科、欣旺達、孚能科技等也都在今年披露過各自的全固態(tài)電池的最新進展，各方都在“你追我趕”的進程中，只不過在技術(shù)路線不確定性、成本問題、產(chǎn)業(yè)化問題、諸多技術(shù)瓶頸等問題依然存在的當下，各家企業(yè)要想推出真正獲得市場認可的全固態(tài)鋰電池產(chǎn)品，依然任重道遠。

另一方面，日本、韓國相關(guān)的企業(yè)也在固態(tài)電池領(lǐng)域大舉投入，取得了不少進展。中國企業(yè)的國際競爭壓力也不容小視。

比如，日本出光興產(chǎn)與豐田聯(lián)合開發(fā)的全固態(tài)電池距離實用化已近在咫尺。

據(jù)日媒報道，出光于1994年確立了作為固體電解質(zhì)原料的硫化鋰的制造技術(shù)。經(jīng)過持續(xù)不斷的研發(fā)，于2013年開始與豐田聯(lián)合開發(fā)全固態(tài)電池。豐田已決定在預(yù)定2027～2028年發(fā)布的新款電動車上采用出光的固體電解質(zhì)。

其最新的研發(fā)進展表明，日本企業(yè)在固體電解質(zhì)這一關(guān)鍵材料的研發(fā)上，尤其是離子導(dǎo)電性、耐水性和材料柔性等方面，走在比較前列的位置。

而從豐田決定2027～2028年發(fā)布采用全固態(tài)電池的新款電動車來看，國內(nèi)主機廠錨定2027年這一“關(guān)鍵決戰(zhàn)年”的策略比較中肯。

尾聲

總結(jié)來說，盡管半固態(tài)技術(shù)有望率先批量落地，但被視為過渡方案的它仍無法完全滿足未來需求。即便當前還面臨諸多難題，全固態(tài)電池作為整個行業(yè)的重中之重，勢必在2027年左右迎來關(guān)鍵的商業(yè)化落地“決戰(zhàn)年”。

另一方面，除了電動汽車和儲能設(shè)備之外，在消費電子產(chǎn)品和機器人等前沿科技領(lǐng)域，固態(tài)電池的應(yīng)用潛力也不應(yīng)被忽視。

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