據(jù)內(nèi)部員工透露,產(chǎn)生上述討論的原因有兩個:其一,從年初開始行業(yè)再次傳出“磷酸鐵鋰+石墨烯”這套目前在國內(nèi)動力電池的主流體系將達到能量密度的天花板;其二,部分鋰電企業(yè)陸續(xù)公布固態(tài)電池的生廠時間表。
今年以來,與鋰電行業(yè)步入冷卻期不同,固態(tài)電池熱度持續(xù)攀升。目前,包括寧德時代、中創(chuàng)新航、億緯鋰能、欣旺達、國軒高科、蜂巢能源、清陶能源比克電池在內(nèi)的多家國內(nèi)電池廠商都已公布各自固態(tài)電池產(chǎn)品相關(guān)規(guī)劃。
“相較于液態(tài)電池,固態(tài)電池具備安全性高、能量密度大等諸多優(yōu)勢,符合下一代電池技術(shù)發(fā)展需求?!比涨爸袆?chuàng)新航高級副總裁、首席技術(shù)官潘芳芳在接受藍鯨新聞采訪時表示。
然而,截至目前,“磷酸鐵鋰+石墨烯”體系的顛覆者還未真正出現(xiàn)。
“固-固界面”接觸是最大難題
看似是顛覆者的固態(tài)電池商業(yè)化還存在一些技術(shù)難題尚待攻克。
與傳統(tǒng)的液態(tài)鋰電池相比,全固態(tài)電池放棄了傳統(tǒng)的液態(tài)電解質(zhì),采用固態(tài)電解質(zhì)材料。根據(jù)電解質(zhì)區(qū)分,全固態(tài)電池的技術(shù)路線主要包括聚合物、氧化物、硫化物三大類。
“硫化物性能好,但難量產(chǎn);聚合物性能稍差,但量產(chǎn)快?!迸朔挤挤Q。
除材料難題未攻克,結(jié)構(gòu)也是難題。相較于當前主流的液態(tài)電池,固態(tài)電池由于采用固態(tài)電解質(zhì),導致離子電導率低,使電池充放電速度較慢和容量衰減較快,且相較于“固液”,“固固”接觸性和穩(wěn)定性更差。
“液態(tài)電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)式,電池液包裹電芯周圍;固態(tài)電池也是需要讓固態(tài)電解質(zhì)包裹在電芯周圍,同等壓強下‘固固’接觸不及‘固液’接觸?!蹦愁^部電池企業(yè)相關(guān)負責人向藍鯨新聞透露,目前要保證“固固”的緊密接觸需要外部極大的壓強,但給外壁材料加壓,電池整體重量會急劇上升,反而有悖固態(tài)電池小重量、單位密度高的研發(fā)初衷。
寧德時代董事長曾毓群在“2024世界動力電池大會”也表達類似觀點。
“我們在全固態(tài)電池上,已經(jīng)投入了7-8年的時間進行研究。研發(fā)全固態(tài)電池的關(guān)鍵,在于對材料和化學體系的研究,其中最難的就是‘固-固界面’問題?!痹谷赫J為,如果用數(shù)字1到9表示固態(tài)電池的技術(shù)和制造成熟度,1是剛開始涉及這一領(lǐng)域,9是技術(shù)成熟,可以投入大規(guī)模生產(chǎn)。當前行業(yè)最高水平只到了4左右,只是做出了一些器件樣品,進行一些實驗驗證。這些器件的使用,有很多邊界條件,如要在6000個大氣壓下,才實現(xiàn)較高的低溫性能等。這意味著這些器件還無法投入市場應用。
即使研發(fā)出產(chǎn)品,量產(chǎn)仍是問題。已宣布做出來全固態(tài)電池的南都電源,于9月3日發(fā)布公告稱,目前固態(tài)電池產(chǎn)品能量密度可達350Wh/kg,循環(huán)壽命2000次,但短期內(nèi)不會大批量生產(chǎn)。
“各家電池廠商的全固態(tài)電池量產(chǎn)時間點,將取決于其對于全固態(tài)電池能量密度的定位?!迸朔挤颊J為,目前固態(tài)電池仍有不少技術(shù)仍需攻克,全固態(tài)電池量產(chǎn)的臨界點應該在2027-2028年,再早的話是比較困難的。
目前生產(chǎn)成本高于鋰電,終端包容度并沒想象高
固態(tài)電池如此受到各方追捧,是有部分從業(yè)者認為經(jīng)過多年的開發(fā)“磷酸鐵鋰+石墨體系”已來到了天花板。
某鋰電企業(yè)負責人就在今年SNEC接受藍鯨新聞采訪時明確表示,目前“磷酸鐵鋰+石墨”這一體系已基本接近天花板,預計三年內(nèi)各廠商技術(shù)水平將拉齊。技術(shù)指標達到天花板,就將考驗制造水平,如同樣生產(chǎn)100萬顆電芯,不良率是多少;再下一階段比拼的便是,出貨量上升后的成本控制能力。
亦有觀點認為這一體系仍有提升空間。
“2020年、2021年實際上就是磷酸鐵鋰發(fā)展的至暗時刻?!睋?jù)潘芳芳介紹,彼時三元鋰大規(guī)模量產(chǎn),三元能量密度更高,有更適合快充,最核心的安全也得到有效解決。但隨后幾年,針對磷酸鐵鋰創(chuàng)新層出不窮,曾經(jīng)被認為不能實現(xiàn)的性能先后成為現(xiàn)實。目前,國內(nèi)動力電池市場中磷酸鐵鋰占有率仍超80%。
潘芳芳稱,未來磷酸鐵鋰的降本,磷酸錳鐵鋰就是方向,負極還會有創(chuàng)新,從整個設(shè)計、材料、電池,成本實際上還是有下降的空間。
無論“磷酸鐵鋰+石墨體系”是否還有空間,固態(tài)電池若想顛覆前者仍要克服成本、量產(chǎn)等阻礙。
縱觀鋰電池整個的生長周期,過程坎坷,但同領(lǐng)域并沒有過于強大的競爭對手,市場對于鋰電的成長有非常高的包容性。固態(tài)電池則不同,“磷酸鐵鋰+石墨體系”已經(jīng)在漫長的周期中證明了自己,且生產(chǎn)成本仍有下探空間。
“在市場、終端面臨價格戰(zhàn)、淘汰賽時,對于固態(tài)電池的包容度并沒有形象那么高?!鼻笆鲣囯娖髽I(yè)負責人則表示,曾經(jīng)業(yè)界覺得鈉電池可替代鋰電池,因為鈉穩(wěn)定性更高、生產(chǎn)成本也可做到更低,“但隨著鋰電產(chǎn)業(yè)鏈價格的不斷下探,目前鋰電池的生產(chǎn)成本也就是鈉電池的一半左右”,隨著新技術(shù)的出現(xiàn),鋰電池的穩(wěn)定性也在提高。
這便擠壓了鈉電池的生長空間,固態(tài)電池也面臨這一問題。
另一鋰電龍頭企業(yè)相關(guān)負責人則認為,電池是重資產(chǎn)產(chǎn)業(yè),利用率一旦下來制造費用就會上升,通過規(guī)模分擔成本是必然的?!拔覀?nèi)绻瞥龅脑?全固態(tài)電池),一定是針對某一個細分市場。在那個時間點,主流技術(shù)可能會達到怎樣的水平,我們的固態(tài)電池要和它相比更有競爭力,這樣產(chǎn)業(yè)化才有可能成功?!?/p>