2024年11月，中國(guó)汽車市場(chǎng)迎來(lái)了令人矚目的銷量新高，尤其是在新能源汽車領(lǐng)域，持續(xù)高速增長(zhǎng)的趨勢(shì)讓人振奮。據(jù)乘聯(lián)會(huì)數(shù)據(jù)顯示，11月1-24日，新能源車市場(chǎng)零售86.7萬(wàn)輛，同比去年11月同期增長(zhǎng)68%，較上月同期增長(zhǎng)7%。這樣的高增速也與今年以來(lái)車企不斷改進(jìn)提升新能源汽車的續(xù)航里程頗有關(guān)系。

然而，車企的“續(xù)航”似乎偏了航向——原本應(yīng)聚焦解決純電動(dòng)車型續(xù)航技術(shù)問(wèn)題，但車企們卻“偷懶”做起了更易快速解決當(dāng)下續(xù)航問(wèn)題的插混和增程車型。據(jù)乘聯(lián)會(huì)統(tǒng)計(jì)，在2023年全年新能源汽車批發(fā)銷量結(jié)構(gòu)中，純電動(dòng)車型占比69%，插混和增程車型的份額之和不足純電動(dòng)車型的一半。而到2024年9月，新能源汽車批發(fā)銷量結(jié)構(gòu)中，純電動(dòng)車型占比下降到了59%，增混車型與純電動(dòng)車型之間的差距正在快速縮小，而且這一趨勢(shì)還在持續(xù)。

這意味著，純電新能源汽車必須有進(jìn)一步的技術(shù)突破，才能扭轉(zhuǎn)“頹勢(shì)”。那么作為純電車型提升續(xù)航核心技術(shù)點(diǎn)的固態(tài)電池會(huì)是其“良藥”嗎?

固態(tài)之難

良藥苦口，但更難“求”。

近年來(lái)，隨著電動(dòng)汽車、儲(chǔ)能系統(tǒng)等領(lǐng)域的快速發(fā)展，固態(tài)電池技術(shù)受到了廣泛關(guān)注。相較于傳統(tǒng)液態(tài)鋰電池，固態(tài)電池在安全性和能量密度有著天然的優(yōu)勢(shì)。此外，固態(tài)電池還具有更長(zhǎng)的循環(huán)壽命和更快的充電速度等優(yōu)點(diǎn)。也因此，全球新能源產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)早早就開(kāi)始布局固態(tài)電池的研發(fā)與量產(chǎn)。

根據(jù)Data Bridge市場(chǎng)研究公司的數(shù)據(jù)，到2029年，全球固態(tài)電池市場(chǎng)預(yù)計(jì)將達(dá)到8.698億美元。在2022年至2029年的預(yù)測(cè)期內(nèi)，市場(chǎng)預(yù)計(jì)將以34.2%的復(fù)合年增長(zhǎng)率增長(zhǎng)。這一增長(zhǎng)趨勢(shì)預(yù)示著固態(tài)電池將在未來(lái)的能源市場(chǎng)中占據(jù)重要地位。

固態(tài)電池技術(shù)的研究始于20世紀(jì)60年代，但直到近年來(lái)才取得顯著進(jìn)展。早期的固態(tài)電池研究主要集中在無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)材料上，如鋰鑭鋯氧(LLZO)等。然而，這些材料在導(dǎo)電性、穩(wěn)定性和加工性等方面存在諸多挑戰(zhàn)，限制了固態(tài)電池的商業(yè)化應(yīng)用。

近年來(lái)，隨著新型電解質(zhì)材料的開(kāi)發(fā)和電池結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，固態(tài)電池技術(shù)取得了突破性進(jìn)展。

例如，寧德時(shí)代在2022年發(fā)布了第一代半固態(tài)電池，能量密度達(dá)到300 Wh/kg，并在2024年開(kāi)始試產(chǎn)全固態(tài)電池。比亞迪通過(guò)引入凝膠態(tài)電解質(zhì)，提高了電池的安全性和能量密度。在國(guó)際上，日本豐田、松下和韓國(guó)三星SDI等企業(yè)也在積極推進(jìn)半固態(tài)電池的研發(fā)。豐田計(jì)劃在2025年前實(shí)現(xiàn)半固態(tài)電池的量產(chǎn)，松下則通過(guò)與特斯拉的合作，致力于開(kāi)發(fā)高能量密度的半固態(tài)電池。

然而縱使在被稱為“固態(tài)電池元年”的2024，固態(tài)電池技術(shù)依舊面臨著諸多挑戰(zhàn)：首先，在電解質(zhì)材料方面，目前尚缺乏一種既具有高導(dǎo)電性又具有良好穩(wěn)定性的固態(tài)電解質(zhì)材料;其次，在電池制造工藝方面，固態(tài)電池的生產(chǎn)工藝與傳統(tǒng)液態(tài)鋰電池存在較大差異，需要開(kāi)發(fā)新的制造設(shè)備和工藝;此外，固態(tài)電池的成本也是制約其商業(yè)化應(yīng)用的重要因素之一。

由此來(lái)看，電解質(zhì)材料的開(kāi)發(fā)，是固態(tài)電池最大的“桎梏”。

固態(tài)電解質(zhì)大戰(zhàn)

傳統(tǒng)液態(tài)鋰離子電池主要由正極、負(fù)極、電解液和隔膜四大關(guān)鍵要素組成，固態(tài)電池則用固態(tài)電解質(zhì)替換傳統(tǒng)液態(tài)鋰電池中的液態(tài)電解液和隔膜，并使用全新的正負(fù)極材料。

據(jù)了解，根據(jù)電解質(zhì)材料的不同，全固態(tài)電池可分為聚合物、氧化物、硫化物三大技術(shù)路線，此外還有鹵化物等其他路徑——聚合物電解質(zhì)制備簡(jiǎn)單、成本低、柔韌性好、加工性強(qiáng)，歐美企業(yè)多偏向這條技術(shù)路線;硫化物電解質(zhì)的電導(dǎo)率高，加工性好，日韓企業(yè)以及部分中國(guó)企業(yè)多選擇該條技術(shù)路線;氧化物電解質(zhì)電導(dǎo)率較高，部分中國(guó)企業(yè)選擇押注這項(xiàng)材料。

但在業(yè)內(nèi)，目前還沒(méi)有較為統(tǒng)一的路徑選擇，也因此，固態(tài)電解質(zhì)的技術(shù)研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化成為了全球產(chǎn)業(yè)鏈中各企業(yè)的“賽馬場(chǎng)”。

在技術(shù)研發(fā)方面，日本仍是全球固態(tài)電池領(lǐng)域?qū)＠暾?qǐng)最多的國(guó)家，占全球?qū)＠暾?qǐng)量的比例近40%。但近年來(lái)，國(guó)內(nèi)企業(yè)不斷加強(qiáng)研發(fā)投入，正逐漸縮小與全球競(jìng)爭(zhēng)企業(yè)的技術(shù)差距。據(jù)國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局2024年發(fā)布的信息顯示，中國(guó)在全球固態(tài)電池關(guān)鍵技術(shù)專利申請(qǐng)總量中占據(jù)了36.7%，近五年年均增速20.8%，位居全球第一。

其中，寧德時(shí)代及其子公司在全球范圍內(nèi)共申請(qǐng)了超過(guò)700項(xiàng)與固態(tài)電池相關(guān)的專利，這些專利涵蓋了多種固態(tài)電解質(zhì)的制備方法、材料組成以及電池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面。

恩捷股份披露投資者關(guān)系活動(dòng)記錄表顯示，通過(guò)工藝創(chuàng)新、設(shè)備改進(jìn)和材料設(shè)計(jì)等方式搭建自由專利池，恩捷股份已申請(qǐng)三十多項(xiàng)相關(guān)專利，也和高校合作進(jìn)一步強(qiáng)化專利布局，形成專利優(yōu)勢(shì)。

在產(chǎn)業(yè)化方面，相比于日韓、歐美全力研發(fā)全固態(tài)，我國(guó)企業(yè)選擇“小步快跑”的方式，先讓半固態(tài)電池上車，同步研發(fā)全固態(tài)電解質(zhì)，然后過(guò)渡到全固態(tài)電池裝車。目前，蔚來(lái)ET7、上汽智己L6、東風(fēng)E70、東風(fēng)嵐圖追光、賽力斯SERES5等車型已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了半固態(tài)電池的裝車。

同時(shí)，在全固態(tài)電解質(zhì)研發(fā)方面，已有企業(yè)取得實(shí)質(zhì)成果。

11月14日，恩捷股份線上召開(kāi)固態(tài)電解質(zhì)技術(shù)交流會(huì)。會(huì)議上，恩捷股份表示2021年開(kāi)始布局硫化物電解質(zhì)材料領(lǐng)域，成立控股子公司湖南恩捷與中南大學(xué)技術(shù)團(tuán)隊(duì)展開(kāi)合作，開(kāi)發(fā)硫化物電解質(zhì)的核心材料。在硫化鋰的研發(fā)進(jìn)展上，恩捷已確定低成本、大規(guī)模、高安全制備高純硫化鋰的工藝路線，建成中試百噸級(jí)產(chǎn)線。在硫化物固態(tài)電解質(zhì)的研發(fā)進(jìn)展上，恩捷已跨過(guò)實(shí)驗(yàn)室公斤級(jí)的生產(chǎn)規(guī)模，純度和電導(dǎo)率能夠滿足國(guó)內(nèi)外頭部電池企業(yè)的性能指標(biāo)，為滿足客戶的需求，在搭建10噸級(jí)的硫化物固態(tài)電解質(zhì)的生產(chǎn)線。

商業(yè)化可能性

“目前，固態(tài)電池量產(chǎn)面臨的主要挑戰(zhàn)包括提高能量密度、降低成本、確保長(zhǎng)期循環(huán)穩(wěn)定性以及解決大規(guī)模生產(chǎn)工藝中的安全問(wèn)題。”盤古智庫(kù)高級(jí)研究員余豐慧曾對(duì)媒體表示。

然而，已經(jīng)有產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)在研發(fā)的同時(shí)，控制成本問(wèn)題了。例如，恩捷股份在披露的接待調(diào)研公告稱，企業(yè)降本的路徑較多，主要有：在控制原材料成本方面，恩捷和上游原材料廠商形成深入合作;在工藝升級(jí)方面，硫化鋰中試產(chǎn)線在試生產(chǎn)，工藝上還有優(yōu)化空間，如溫度調(diào)控、燒結(jié)時(shí)長(zhǎng)、顆粒度大小調(diào)整等;在設(shè)備方面，恩捷和設(shè)備供應(yīng)商深入合作，開(kāi)發(fā)自動(dòng)化程度更高、更智能的設(shè)備。

即便商業(yè)化困難重重，不可否認(rèn)的是，“全固態(tài)”已經(jīng)是新能源領(lǐng)域明確的目標(biāo)方向了。近年來(lái)，國(guó)家積極鼓勵(lì)固態(tài)電池研發(fā)。今年6月，工信部發(fā)布的《2024年汽車標(biāo)準(zhǔn)化工作要點(diǎn)》明確提出，圍繞固態(tài)電池、電動(dòng)汽車換電、車用人工智能等新領(lǐng)域，前瞻研究相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)子體系，支撐新技術(shù)、新業(yè)態(tài)、新模式創(chuàng)新發(fā)展。

在政策扶持與指引下，固態(tài)電池的商業(yè)化進(jìn)程也在不斷推進(jìn)。根據(jù)中國(guó)汽車動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟，2024年1-6月，半固態(tài)電池裝車量達(dá)2.2GWh，已初具規(guī)模。在應(yīng)用方面，固態(tài)電池在高端長(zhǎng)續(xù)航車型、e-VTOL等方向有明確應(yīng)用場(chǎng)景。在國(guó)家專項(xiàng)補(bǔ)貼推動(dòng)下，寧德時(shí)代也積極推動(dòng)固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化，有望于2027年量產(chǎn)。

或許，固態(tài)電池不是純電新能源汽車提升銷量的“特效藥”，但對(duì)我國(guó)新能源汽車產(chǎn)業(yè)未來(lái)發(fā)展而言，它是需要群策群研的“必備藥”。