21世纪经济报道记者 林典驰 深圳报道
如果说2023年业界对固态电池的态度还有所保留,那么2024年便有了180度的大转变,先是资本市场闻风而动,后是产业链逐步兑现。
11月22日,本田宣布将从2025年1月开始试生产纯电车使用的“全固态电池”。作为固态电池最早的拥趸者之一,本田在这一领域已经耕耘了十余年,但由于量产难度极大,时间表被屡屡推迟。
中国集聚了全球七成以上的电池产能,包括宁德时代(300750.SZ)、欣旺达(300207.SZ)、亿纬锂能(300014.SZ)、国轩高科(002074.SZ)等全球头部电池厂商,在固态电池的量产进度上同样不甘落后。
另一方面,初创企业开始崭露头角,力图在新技术面前跟巨头分一杯羹。
11月20日,安瓦新能源宣布落地全球首条GWh级新型固态电池生产线,尽管这家公司与奇瑞汽车和国轩高科有着千丝万缕的联系。据21世纪经济报道记者了解,该量产产线并非全固态电池,只能称之为半固态电池,预计2025年一季度实现量产,能量密度超过280wh/kg。
作为锂电池的终极形态,固态电池正成为新能源的游戏规则改变者,中国、日韩、美国均将其作为下一代电池技术的制胜点,试图抢占先机获得一定的竞争优势,成为下一个“宁王”。
TrendForce集邦咨询分析师曾佑鹏认为,固态电池的产业化进程没有超预期,但市场对固态电池的关注热情却有些超出预期。“我们保持之前量产时间的预期,GWh级别且面向车规级应用的全固态电池量产预计还需要3-5年(2028年左右)。”
亿航智能EH216-S搭载固态电池单次不间断飞行 受访者供图
从半固态到全固态蝶变
正如同1991年日本索尼首次将液态锂电池产业化,历经30余年锂电池才得以取得今天的成就。
科学家们同样在固态电池产业化上也做出了长足的努力,丰田公司早从2006年便开始固态电池的研发工作,宁德时代在固态电池上的努力了同样超过10年。
但迄今为止,全行业谁都不具备量产全固态电池的能力。
“需要注意的是,目前即便有企业宣称全固态电池量产,主要还是在MWh级别的中试规模,且主要面向3C等消费电子应用的小容量电芯(一般在5Ah以下)。”曾佑鹏表示。
宁德时代董事长曾毓群将固态电池研发进度分为9个等级,他在今年9月的动力电池大会上称宁德时代目前处在第四等级,目标是在2027年提高到7-8级,实现全固态电池小批量生产。
作为目前动力电池的霸主,在面对固态电池这一锂电池终极形态时,有媒体报道称,宁德时代投入了超过1000人的研发力量,这一规模在全球都是首屈一指。
如果说宁德时代对固态电池相对“保守”,车企表现则相对“激进”,其背后既有成本考量,也有想摆脱动力电池厂商桎梏的动机,毕竟谁也不想一直为“宁王”打工。
不过,即便是智己L6宣称首发搭载了“第一代光年固态电池”,其电池供应商清陶能源联合创始人李峥表示,光年固态电池加入了10%的浸润液,依然属于半固态电池。
GGII预测,今年半固态电池出货量预计约7GWh,到2030年将超过65GWh,2035年达约300GWh。全固态电池则预计2028年可实现出货量突破1GWh。
值得注意的是,下半年伊始,关于固态电池的“文字游戏”有所减少,绝大多数厂商在宣发时都会区分半固态电池和全固态电池。
近期,广汽集团宣布,全固态电池将于2026年搭载在昊铂车型上,能量密度达400Wh/kg;奇瑞汽车宣布计划在2026年开始全固态电池上车,2027年将批量上市,届时纯电续航里程将有望突破1500公里。
能量密度是衡量电池的重要性能指标,过去三十年间,电池厂力求在同等的体积和重量中塞入更多的电量。
曾佑鹏建议,量产初期企业一般在材料体系的选择上不宜太激进,否则全固态电池实现量产的技术难度太高。按时间线划分,2027-2030年期间量产的第一代车用全固态电池,预计能量密度大部分将落在300-400 Wh/kg之间, 2030年之后有望实现400 Wh/kg以上全固态量产,并在2035年之前实现500 Wh/kg全固态量产。
固态电解质进阶:硫化物押注最多
传统电池使用液态电解质或凝胶电解质,而全固态电池一大变化是将液态电解质替换为固态电解质。固态电解质更加稳定和安全,因而在正极和负极用料上可以更加激进,这也使得电池性能得以极大提升。
目前,固态电池按电解质可划分为氧化物、硫化物、聚合物等,硫化物固态电池离子电导率比较高,在能量密度、循环寿命以及快充上优于氧化物固态电池。
因此,包括宁德时代、丰田、三星在内的厂商均选择了硫化物路线。宁德时代首席科学家吴凯曾表示,硫化物路线的性能上限最高且量产进度最快。
曾佑鹏表示,固态电解质材料今年以来逐步取得突破。例如固态电解质与正负极材料固固接触界面的处理,不同固态电解质的复合策略等。同时在制造端,硫化物固态电解质百吨级的工程放大验证即将逐步开始。
不可否认的是,硫化物固态电池仍面临着多项技术难题。其中,硫化物固态电池搭配金属锂负极,在充放电过程中,金属锂负极与硫化物电解质的界面容易发生副反应,导致“锂枝晶”现象的出现。
树杈状的“锂枝晶”刺穿电解质后会让电池短路失效,进而影响电池寿命。尽管液态锂电池也面临这一问题,但由于全固态电池在使用含锂量更高的材料后,锂枝晶的沉积会比液态电池更快,更难处理。
11月5日,华为公布了硫化物的固态电池专利便是针对这一现象,该专利通过掺杂包括氮元素等材料,使得掺杂硫化物材料对金属锂具有较佳的稳定性,制备的锂离子电池具有较长的使用寿命。
TrendForce集邦咨询研报显示,硫化物性能潜力大,但成本高,降本空间大。预估硫化物基固态电池产业化初期电芯BOM成本在1-2元/Wh,当硫化物电解质规模量产后,中期(2030年)电芯BOM成本预计在1元/Wh以内,远期(2035年)当固态电解质成本降至30万/吨以内时,电芯BOM成本有望降至0.4元/Wh以下。
除此之外,同样不乏电池厂商选择押注氧化物或聚合物的技术路线。今年6月,亿纬锂能中央研究院常务副院长赵瑞瑞表示,亿纬锂能固态电池选择硫化物和卤化物固态电解质的技术路线,预计2026年推出全固态电池,先落地于混合动力汽车。
近期,欣界能源发布猎鹰高能量锂金属固态电池,采用金属锂作为负极,氧化物陶瓷作为电解质,其能量密度达480 Wh/kg。
当下,不同固态电解质之间的竞争仍在延续,短时间内看不到绝对的领先优势。“应该说都有其发展潜力,不同应用场景下技术路线的选择可能会有差异。”曾佑鹏表示。
低空经济与固态电池双向奔赴
不仅新能源汽车需要固态电池解决续航焦虑,低空经济等新兴市场同样亟需固态电池的帮助。
德迅投资总监周华林在接受21世纪经济报道记者采访时则表示,汽车和eVTOL对电池的需求是类似的,eVTOL对电池的需求有充电速度更快、放电倍率更高、能量密度更高、电池高安全性等。
11月14日,亿航智能的EH216-S完成了全球首例eVTOL搭载固态电池飞行测试,续航时间达到了48分10秒,续航时间提升了60%~90%。
该电池便是来自由欣界能源研发和制造,亿航智能目前正争取在2025年底前实现固态电池在EH216-S的认证和装机量产。
“作为低空经济的重要组成部分,eVTOL或将在未来几年迎来爆发,现阶段类似于2012年或2013年电动汽车市场的趋势。未来将持续提升固态电池的性能以增加EH216-S的续航时间,2025年有望进一步提升25%至60分钟。”欣界能源董事长陈霖表示。
看上低空经济这块蛋糕的不仅只有欣界能源,今年年初,宁德时代战略投资峰飞航空。峰飞航空方面透露,双方将在eVTOL航空电池领域共同研发,着力提升电池的能量密度和性能表现。
航空燃油的能量密度约为12700Wh/kg,为当前eVTOL电池能量密度的几十倍,目前纯电eVTOL的续航时间在15-60分钟之间,仅能覆盖城市内的短途飞行需求。
亿航智能副总裁张宏在2024高工锂电年会上表示,eVTOL所需的电池能量密度要达300Wh/kg以上,在这基础上越高越好。
除此之外,因为电力驱动是实现零排放、降低运营成本的核心。随着相关产业规模化发展,未来eVTOL核心运价有望降低至5-7元/公里。
有业界观点认为,为保证eVTOL的运行经济性,头部eVTOL企业还希望电池循环寿命能够达到500次以上,600~700次更佳。
周华林表示,鉴于eVTOL数量较少,能够承担更高的成本,因此全固态电池很有可能在eVTOL上率先使用。
根据GGII数据,到2035年,储能市场,以及以eVTOL、机器人、特种动力为代表的新兴领域和3C数码产品,预计将分别贡献固态电池出货量的20%以上、10%以上和5%以上。
目前,半固态电池已实现10GWh级别出货,全固态电池有望在技术突破、工程化量产及下游验证完成后,于2028年进入GWh级应用阶段。