智库说 | 原诚寅:全固态电池产业化,需要回答三个问题!

倍率性能,循环寿命,成本控制。

文|智库君

全固态电池,起风了!

5月29日,据中国日报报道,中国或将投入约60亿元用于全固态电池研发,包括宁德时代、比亚迪、一汽、上汽、卫蓝新能源和吉利共六家企业或获得政府基础研发支持。据了解,此项目由政府相关部委牵头实施鼓励有条件的企业对全固态电池相关技术开展研发。

被中国、日韩、美国企业看作下一代技术制胜点的全固态电池,已成为全球动力电池领域竞争的技术高地,成为“下一个宁德时代”。

不过,固态电池从走出实验室到产业化,历经30年未能如愿,横亘在前的是巨大的工程与技术难题。拥有超过1300项固态电池专利的丰田至今未能实现大规模量产,且量产节点一再推迟。

对于固态电池的量产难度导致的缓慢进展,电池厂商们在商业化上纷纷采用折中方案——半固态电池。然而,由于其能量密度相比液态电池并不明显,成本不低,安全性不如全固态电池,业内有声音质疑这种技术路线存在的必要性。

总体来看,虽然全固态电池大规模量产目前看来仍前路漫漫,但竞争愈发激烈的当下,全固态电池俨然成为新的风口。

今年上半年,全固态电池的热度空前。5月24日,上汽集团正式宣布,将于2026年量产全固态电池,2027年实现装车量产交付4月12日,广汽集团布全固态电池走过试验阶段、将于2026年量产装车的消息。

国际方面,日本丰田、日产、本田分别计划于2027年、2028年和2030年开始向市场投放搭载全固态电池的电动汽车,供应商企业韩国三星SDI、SK On、LG新能源也纷纷发布全固态电池商业化计划。

针对全固态电池近期的热点话题,本期智库说,连线国家新能源汽车技术创新中心主任、总经理、中国汽车芯片产业创新战略联盟秘书长原诚寅。

原诚寅

核心观点:

  • 国外企业意识到与中国锂电池的差距后,也在将目光投向固态电池,希望弯道超车。

  • 前瞻性基础材料的研发方面,比如固态电解质的生成、添加和混合,其实欧美日韩仍然领先。

  • 许多地方政府希望能够在固态电池的发展中找到一个新的“宁德时代”。

  • 我认为固态电池的发展趋势不会像液态电池那么疯狂。

  • 从技术储备的角度考虑,车企可以将半固态电池看作过渡性产品,同时在研发过程中积累更多的经验也是好事。

  • 当我们看到同样被视为过渡性产品的增程式汽车在市场上的高占有率时,半固态电池投入研发的意义也就有答案了。

  • 倍率性能,循环寿命,成本控制这三个问题,对于固态电池的产业化具有十分重要的意义。

  • 固态电池有自己的优点,但是产业化这个问题还没有得到回答。

智库君:这次国家层面60亿的投入全固态电池研发的背景和意义,您如何看?

原诚寅:中国或将投入约60亿元用于全固态电池研发,是对固态电池领域的战略性布局。我国曾在电动化过程中实现弯道超车,解决了传统燃油机发展中能力不足的问题,例如在发动机、底盘技术上和国际领军企业的差距。在弯道超车的过程中,不论是插电,纯电驱动,或者是增程式,中国汽车在这些方面都有了很好的应对。

国外企业意识到与中国锂电池的差距后,也在将目光投向固态电池,希望弯道超车。丰田、大众、宝马在某种程度上达成了共识,认为液态电池的发展可能很难超过中国,继而将重心放在了固态电池。实际上,固态电池基础材料的研发、制造装备和界面处理与液态电池存在的差异是我们国家需要去解决的。从这几个方面来讲,我们还不能下定论说比欧美先进。

此外,前瞻性基础材料的研发方面,比如固态电解质的生成、添加和混合,其实欧美日韩仍然领先。这也给我们敲响了警钟,如果固态电池是比液态电池更好的储能方案,那么要如何在下一代动力电池的发展中不被弯道超车。我个人认为,这也是促成此次投入高额研发费用到全固态电池领域的主要原因。

智库君:国家层面真金白银的投入,会对产业产生怎样的影响?

原诚寅:中国的优势在于举国家之力,企业能够做到一呼百应。此外,中国具有很强的制造能力,这会使中国能够很快实现产业化模式,从而降低成本。在这个过程中,不只是企业在卷,政府也在寻找新的机会和经济增长点。许多地方政府希望能够在固态电池的发展中找到一个新的“宁德时代”。

尽管如此,我认为固态电池的发展趋势不会像液态电池那么疯狂。原因有两个,一是因为地方政府经济形势对于固态电池的投入有一定的限制,另一方面是因为固态电池要全面取代液态电池还需要一个较长的周期。目前中国的固态产业基本上都是在起步阶段,固态电池的大规模产业化还有很长一段时间。

智库君:当前全固态阶段有哪些量产难点?

原诚寅:首先,材料的研发上仍然存在挑战。因为全固态电池所使用的材料,例如固态电解质,正负极的材料与发展相对成熟的液态电池都是不同的。第二,电芯制备工艺中也有难题,例如如何控制电芯制备过程中外部压力,制造空间内的洁净度和湿度等。第三,如何提升电极固—固界面稳定性,降低固固接触的界面电阻,也是企业需要花时间研究的。因为微观角度来看,电池材料并不是简单的面接触,而是微小的点相互接触,只有实现点的高度接触才能达到更高的电导率。最后,固态电池如何成长为系统产业也是行业值得思考的。例如固态电池的保温方案,固态电池的回收体系,固态电池系统如何保证功率输出特性及服务高功率应用场景等问题,这些讨论尚未提上日程。

智库君:据悉,固态电池分为硫化物电解质、氧化物电解质和聚合物电解质,而目前头部动力电池企业宁德时代和比亚迪、丰田都将研发重心放在硫化物固态电解质,硫化物、氧化物、聚合物,各自的优势是什么?车企为什么会做出不同的选择?

原诚寅:固态电池存在不同的发展路径,但纵观全局,当下并无最优解。聚合物电解质的优势是相对易生产易加工,跟液态电池设备的兼容性也很好,但是其电导率相对较低,稳定性也相对差。此外,聚合物电解质在高电压下适配能力弱,高温下有时还会发生燃烧。

因为电池在提升其倍率性能过程中要求材料有好的电导率。相比之下,硫化物电解质目前的逻辑是更好的,它具有很好的电导率。但它也同样存在难点,比如制备工艺复杂,容易与空气中的水和氧气发生反应产生硫化氢剧毒气体,同时其热稳定性也相对较差且成本很高。

氧化物电解质处于三者的中间位置,电导率高于聚合物但是低于硫化物。氧化物电解质相对稳定,但是因为质地和接触界面较硬会导致接触不良的问题。目前,国外很多企业选择在硫化物进行研发,认为其未来机会更好。但是总体来看,我认为并没有出现最好的技术。相较之下,只有最适合企业自身产品的“技术组合”。

智库君:如果短期内就能实现全固态电池的规模化量产,半固态电池作为过渡动力能源,车企还有必要对半固态电池进行投入吗?

原诚寅:对于电池材料的探索,现在企业先后进入了半固态电池的发展阶段。半固态电池安全性能的提升相较于液态电池的确更有优势。我认为,从技术储备的角度考虑,车企可以将半固态电池看作过渡性产品,同时在研发过程中积累更多的经验也是好事。另外,汽车市场的商业逻辑也是一个值得关注的方面,当我们看到同样被视为过渡性产品的增程式汽车在市场上的高占有率时,半固态电池投入研发的意义也就有答案了。

智库君:您认为全固态电池能否两到三年内,迎来产业化?

原诚寅:能否回答倍率性能,循环寿命,成本控制这三个问题,对于固态电池的产业化具有十分重要的意义。我们可以回顾一下氢燃料电池汽车的发展,氢燃料作为一个零排放加高能量密度的燃料是一个很好的选择。但是回顾氢燃料电池近十年的发展,并没有像锂电池一样出现爆发式增长,其中的一个原因就是氢储运的成本过高阻碍了产业化发展。所以,我认为技术的好坏与其能否产业化不能完全划等号。全固态电池有自己的优点,但是产业化这个问题还没有得到回答。

2024-06-06

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