近日，中科融能628Ah和314Ah固态电池实现规模化生产并顺利下线。作为当前最热门的电池投资领域之一，固态电池较传统液态电池在能量密度和安全性方面有明显优势，被普遍认为是最具潜力的下一代电池技术，受到业内广泛关注。随着固态电池实现规模化生产，是否意味着行业已迎来商业化节点？
半固态电池产业化进程提速
目前，市场主流的锂电池采用电解液作为传输载体，在过度充电、内部短路等异常情况下，电解液极易发热、分解、胀气，进而导致电池燃烧甚至爆炸。如果将液态电解液替换为固态电解质，能从根源上解决锂电池的安全问题，同时也能满足市场对更高电池能量密度、更优性能的需求。
据了解，当前业内讨论的固态电池一般是指电解液含量降低到5%—15%的半固态电池、准固态电池或固液混合电池，保留部分液态电解质，使其在材料设计、制造工艺、装备生产、成本等方面具备量产可行性。
“依托强大的新能源产业链制造基础，我国电池企业在固态电池技术研发、产业链布局方面取得重要突破，尤其伴随着以卫蓝新能源、清陶能源、赣锋锂电等为代表的中国企业半固态电池的量产装车，半固态电池真正实现了经济学意义上的产业化。”在近日召开的2024固态电池产业生态圈企业家峰会上，中关村新型电池技术创新联盟秘书长于清教指出，固态电池商业化应用渐行渐近，谁先占据产业制高点，谁就能掌握发展主动权。
近年来，我国企业在固态电池产业链层面进行全方位布局。中科院上海硅酸盐研究所研究员张涛介绍，电解质粉体是固态电池产业链中关键核心的先进材料，其团队已建成十吨级标准工业化产线。锋锂新能源副总经理唐光盛介绍，公司已在江西新余市投产4吉瓦时固态电池产线，预计2025年在重庆市建成10吉瓦时生产线，并已研制出第二代500瓦时/千克高比能、高功率半固态电池，后续将在高端电动汽车和航天器等领域展开应用。
全固态电池商业化仍存挑战
尽管半固态电池实现规模量产和应用，但全固态电池商业化仍面临着技术和成本等系列挑战。
固态电解质替代液态电解液，其技术核心是材料的选择，业内已经探索出三类主要固态电池体系：聚合物、硫化物、氧化物。聚合物固态电解质易于加工，干法和湿法制造工艺均能兼容，量产工艺难度最低，但电导率低，欧洲企业多聚焦于这条技术路线；硫化物性能最佳，但材料对空气中的水分和大部分极性溶剂敏感，且电芯制造需要通过等静压设备施加压力，成本较高，宁德时代、比亚迪、亿纬锂能均侧重于该技术路线；一些创业公司则多选择氧化物路线。
“全固态电池是材料、电芯制成工艺、制造设备等全方位的创新升级，产业链将迎来革命性变化。”蜂巢能源前沿技术研发总经理苗力孝指出，固态电池应用在系统设计、回收利用方面存在挑战。例如，在制造过程中，液态电池有隔膜，可以对极片进行包裹，避免极片之间错位导致短路，也不需要超高压力致密化；而固态电池没有隔膜，层层堆叠起来通过超高压致密化，极片边缘容易破碎和错位，电芯侧面绝缘工艺非常难解决。“固态电池就像汉堡，一层一层叠起来，里面夹的菜会从边缘露出来，挤压后易发生破裂导致短路。而液态电池就像煎饼卷菜，是包起来的，不会短路。”
目前，固态电池成本高于液态电池。苗力孝举例：“硫化物固态电解质材料成本非常高，每公斤可达2万元，未来成本有望降到5000元/公斤，而固态电解质占电芯质量比重超过20%，这个价格市场恐怕难以接受。”
湖南中科星城石墨有限公司董事长皮涛指出：“每家企业都有自己的技术特点，由于技术方向不确定，导致上游产业链处于观望状态。固态电池需要一个相对确定的方向，上下游才可以在产品品类方面做配置工作，避免资本投入有更大的沉没成本。”
复合材料设计实现1+1>2
由于技术路线和降本空间尚不明确，产业内企业选择从半固态逐渐向全固态过渡。
“全固态电池路线存在分歧，差异化竞争将促使固态电池扩大应用范围。”在卫蓝新能源科研发总监徐航宇看来，当前，单一固态电解质材料难以满足全固态电池需求，液态电解质和固态电解质相结合是一种解决方案，在弥补单一电解质材料短板的同时，兼容传统液态锂电池的大部分工艺设备，降低成本。结合氧化物和聚合物固态电解质的优势，卫蓝新能源已实现混合固液电池的产业化，产品应用于小动力、新能源汽车、储能等领域。
“单一种类的材料各有优缺点，通过复合材料设计可以实现1+1>2。”一位业内人士同样认为，复合固态电池是实现大规模量产的有效途径。“固态电池不能做成一个艺术品，产品很贵，高出液态电池几倍甚至十几倍，这样永远不可能装车应用。”
在万向一二三股份公司电芯材料研发部总监苏敏看来，无论半固态还是全固态，都有最适配的能量密度，不存在某一类技术是唯一最优解，都是解决高比能需求下电芯安全隐患殊途同归的技术手段。攻克全固态电池的技术和产业化问题，需要全行业共同努力。
文丨本报记者卢奇秀
