“從目前全球固態電池研發進展的情況來看,固態電池技術工藝還沒有成熟,大體上2027年前后才能實現小批量生產,距離大規模的量產還需要更長的時間。”全國政協常委、經濟委員會副主任苗圩在第二屆中國全固態電池創新發展高峰論壇表示。
固態電池是指采用固態電解質的鋰離子電池,其具備更高的安全性和能量密度,被認為是下一代電動車動力電池的技術方向。現階段,固態電池在技術指標上領先于三元鋰電池。
從當前產業布局來看,多家國際車企均在固態電池領域進行布局,并加大在固態電池領域的投資。不過,目前還未看到量產固態電池搭載在汽車上。豐田預計在2027年到2028年固態電池進入實用化階段,2030年以后大規模生產,三星預計在2027年開始量產。從國內的情況來看,多家車企陸續公布其固態電池量產的時間表,中國一汽首席科學家王德平透露,自2014年啟動研發的全固態電池項目將于2027年實現小批量應用,始終圍繞整車需求開展技術攻關。比亞迪鋰電池有限公司CTO孫華軍透露,比亞迪計劃于2027年前后啟動全固態電池的批量示范裝車應用,2030年后將實現該技術的大規模商業化應用。
固態電池領域存在三大主流技術路線,包括聚合物固態電池、氧化物固態電池以及硫化物固態電池,這些技術路線的主要區別在于所采用的固態電解質類型。目前,動力電池巨頭寧德時代主攻硫化物的路線,正開展20安時樣件的試制,預計在2027年小批量生產。
中國科學院院士、清華大學教授歐陽明高表示,當前全固態電池的技術路線,要聚焦以硫化物電解質為主體電解質,匹配高鎳三元正極和硅碳負極的技術路線,以比能量400瓦時/公斤、循環壽命1000次以上為性能目標,確保2027年實現轎車小批量裝車,2030年實現規模量產。在硫化物固態電解質方面,目前眾多企業已經建立了小批量供應能力,需要重點攻克大規模生產工藝,目前全固態電池的主體電解質逐漸聚焦于硫化物的技術路線,包括豐田、本田等外資車企,以及寧德時代、比亞迪、吉利等中國企業。
歐陽明高預測,2025年~2027年,開發石墨/低硅負極硫化物全固態電池:以200~300Wh/kg為目標,攻克硫化物固態電解質,打通全固態電池的技術鏈,三元正極和石墨/低硅負極基本不變,向長壽命大倍率方向發展;2027年~2030年,開發高硅負極硫化物全固態電池,以400Wh/kg和800Wh/L為目標,重點攻關高容量硅碳負極,面向下一代乘用車電池;2030年~2035年,以500Wh/kg和1000Wh/L為目標,重點攻關鋰負極,逐步向復合電解質(主體電解質+補充電解質)、高電壓高比容量正極發展(高鎳、富鋰、硫等)。
不過,固態電池產業化仍需解決技術、工藝和成本的問題。中國科學院院士孫世剛認為,高能固態電池面臨的挑戰主要來自如何進一步提升固態電解質的離子導電率、與鋰金屬和高比能電極材料的匹配性,并構筑相容穩定的固界面。目前,固態電池的研究已經取得重要進展,但還需解決尚存的諸多基礎科學問題和工程技術難題,從而不斷推進固態電池產業化、規模化應用發展。
“在成本方面,當前液態鋰離子電池單體成本大體是每瓦時0.5元左右。而固態電池在沒有大規模量產的前提下,成本相對較高,僅材料成本每瓦時在2元以上。一個100度的電池包僅材料成本已經超過20萬元,還遠高于現有液態電池。因此,在相當長的時間內,液態電池和固態電池很可能是在市場上共存關系,而非取代。”苗圩表示,全固態電池還需要兩到三年才可以量產,此前部分企業宣布已經量產裝車的固態電池大部分是半固態電池,半固態電池仍然屬于液態電池的范疇,不能與固態電池混為一談,絕不是液態電池隨著電解液液體的減少就可以發展成為固態電池,這是兩個完全不同的概念。