最近，來自清華大學(xué)的一則科研新聞再次引發(fā)了鋰電池行業(yè)的不小震動(dòng)。

清華大學(xué)化工系張強(qiáng)教授團(tuán)隊(duì)的一項(xiàng)研究成果近期在線發(fā)表于頂級期刊《自然》，該研究為開發(fā)實(shí)用化的高安全性、高能量密度固態(tài)鋰電池提供了新思路與技術(shù)支撐。

面對固—固材料之間因剛性接觸導(dǎo)致的界面阻抗大，以及電解質(zhì)在寬電壓窗口下難以同時(shí)兼容高電壓正極與強(qiáng)還原性負(fù)極的極端化學(xué)環(huán)境等難題，該研究團(tuán)隊(duì)成功開發(fā)出一種新型含氟聚醚電解質(zhì)，構(gòu)筑出能量密度達(dá)604 Wh kg?1的高安全聚合物電池，解開了鋰電池續(xù)航與安全不可兼得的難題。

當(dāng)前的鋰電行業(yè)的科研發(fā)展方向預(yù)期比較一致，就是高能量密度的固態(tài)電池。從上述最新科研新聞也不難看出，涉及材料和化工領(lǐng)域的很多問題并沒有在產(chǎn)業(yè)界得到充分的解決，很多最前沿的相關(guān)研發(fā)進(jìn)展都還停留在高?？蒲袉挝坏膶?shí)驗(yàn)室中，不過大的方向確實(shí)已經(jīng)比較確定。

也可以說，在鋰電和汽車行業(yè)，得固態(tài)電池者，將會“得天下”。

從半固態(tài)到全固態(tài)的發(fā)展鏈

固態(tài)電池最關(guān)鍵的是要解決鋰電池的能量密度問題，能將電動(dòng)車的續(xù)航能力大幅提升。同時(shí)，固態(tài)電池在本質(zhì)安全性、低溫電量衰減、電池循環(huán)壽命等全方位的性能上，都能取得優(yōu)勢。

可以說，全市場都在等固態(tài)電池對傳統(tǒng)鋰電池的大面積替代。

然而，正如前文所述，當(dāng)前固態(tài)電池的技術(shù)路線其實(shí)還沒有被確定。

比如在電解質(zhì)方面，行業(yè)內(nèi)的頭部企業(yè)對聚合物、硫化物、氧化物以及鹵化物固態(tài)電解質(zhì)路線還存在分歧。

在正極材料端，日本的豐田和日產(chǎn)等都傾向采用高鎳三元正極，而我國的一些企業(yè)則將研發(fā)重點(diǎn)投入到鈷酸鋰、富鋰錳基、氧化物、硫化物正極材料。

而在負(fù)極材料方面，石墨產(chǎn)品、硅碳產(chǎn)品、鋰碳復(fù)合負(fù)極材料等也都是當(dāng)前正在測試和研發(fā)的主流材料，并不統(tǒng)一。

但無論上述材料方面技術(shù)路線如何，比較確定的是固態(tài)電池發(fā)展路徑——就是行業(yè)將從量產(chǎn)半固態(tài)電池開始，最終走向全固態(tài)電池的普及。

這里面最重要的當(dāng)然是技術(shù)成熟度問題和量產(chǎn)難度問題。半固態(tài)電池和當(dāng)前的主流鋰電池技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)更加接近，更容易研發(fā)和量產(chǎn)。

而全固態(tài)電池則依然面臨短期難量產(chǎn)、高成本、產(chǎn)業(yè)鏈不完整、高界面阻抗等多重挑戰(zhàn)。

相較之下，半固態(tài)電池的商業(yè)化進(jìn)程相較于全固態(tài)的發(fā)展明顯更快，已經(jīng)到了可商業(yè)化量產(chǎn)的階段。

其中一個(gè)比較有影響力的商業(yè)化落地項(xiàng)目就是上汽集團(tuán)官宣的“全球首個(gè)批量上車的”半固態(tài)電池。據(jù)其官網(wǎng)在今年8月份披露，半固態(tài)電池將最先在全新MG4批量上車，該車型版本將于今年內(nèi)批量交付。

據(jù)官網(wǎng)描述，這款半固態(tài)電池由上汽清陶研制，在低溫放電功率、低溫能量保持率等指標(biāo)上全面領(lǐng)先，在安全性上也借助半固態(tài)電解質(zhì)等底層材料的技術(shù)突破，通過了非常苛刻的測試。

據(jù)東吳證券研報(bào)，上汽清陶的這款電池中的電解液含量已降至5%。電池系統(tǒng)能量密度可達(dá)400Wh/kg，支持12分鐘快速充電400公里，循環(huán)壽命較傳統(tǒng)電池提升超過30%。在-7℃的環(huán)境下，搭載該電池的車型續(xù)航達(dá)成率較傳統(tǒng)磷酸鐵鋰電池高出約13%，極寒放電功率提升超過20%。

令我比較意外的是，這款新MG4的預(yù)售價(jià)格為7.38萬元-10.58萬元，假設(shè)搭載半固態(tài)電池的版本為最高配，那么價(jià)格依然不算高階，看起來在成本控制方面，上汽也比較有底氣。

這背后是清陶在干法工藝上取得了重要的進(jìn)展。相較于濕法，干法通過摒棄溶劑，能夠大幅縮減工序、降低能耗和生產(chǎn)成本，是電池制造降本的理想路徑。比如，利用干法工藝能夠解決錳基正極在液態(tài)體系中的根本問題，釋放其低成本、高電壓的優(yōu)勢。

決戰(zhàn)2027年

除了上汽集團(tuán)以外，以寧德時(shí)代、比亞迪為首的中國動(dòng)力電池行業(yè)巨頭都在積極布局固態(tài)電池領(lǐng)域。

隨著市場需求的持續(xù)增加和固態(tài)電池技術(shù)不斷進(jìn)步與突破，預(yù)計(jì)全球固態(tài)電池出貨量在2025年和2030年將分別達(dá)到10GWh和614.1GWh，市場空間繼續(xù)擴(kuò)大。

全固態(tài)電池作為終極目標(biāo)，是無法回避的一項(xiàng)挑戰(zhàn)。國信證券預(yù)計(jì)2030年全球全固態(tài)電池的市場空間為1138億元。

對于全固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)化落地來說，2027年將會是一個(gè)比較關(guān)鍵的年份。寧德時(shí)代此前已經(jīng)明確將在2027年實(shí)現(xiàn)全固態(tài)電池小批量生產(chǎn)。比亞迪計(jì)劃于2027年前后啟動(dòng)全固態(tài)電池的批量示范裝車應(yīng)用。一汽全固態(tài)電池項(xiàng)目計(jì)劃在2027年實(shí)現(xiàn)小批量應(yīng)用。

此外，長安汽車、上汽集團(tuán)和奇瑞汽車此前也表示，計(jì)劃在2027年左右實(shí)現(xiàn)全固態(tài)電池的量產(chǎn)或裝車驗(yàn)證。

動(dòng)力電池行業(yè)內(nèi)的重要“參賽者”億緯鋰能、國軒高科、欣旺達(dá)、孚能科技等也都在今年披露過各自的全固態(tài)電池的最新進(jìn)展，各方都在“你追我趕”的進(jìn)程中，只不過在技術(shù)路線不確定性、成本問題、產(chǎn)業(yè)化問題、諸多技術(shù)瓶頸等問題依然存在的當(dāng)下，各家企業(yè)要想推出真正獲得市場認(rèn)可的全固態(tài)鋰電池產(chǎn)品，依然任重道遠(yuǎn)。

另一方面，日本、韓國相關(guān)的企業(yè)也在固態(tài)電池領(lǐng)域大舉投入，取得了不少進(jìn)展。中國企業(yè)的國際競爭壓力也不容小視。

比如，日本出光興產(chǎn)與豐田聯(lián)合開發(fā)的全固態(tài)電池距離實(shí)用化已近在咫尺。

據(jù)日媒報(bào)道，出光于1994年確立了作為固體電解質(zhì)原料的硫化鋰的制造技術(shù)。經(jīng)過持續(xù)不斷的研發(fā)，于2013年開始與豐田聯(lián)合開發(fā)全固態(tài)電池。豐田已決定在預(yù)定2027～2028年發(fā)布的新款電動(dòng)車上采用出光的固體電解質(zhì)。

其最新的研發(fā)進(jìn)展表明，日本企業(yè)在固體電解質(zhì)這一關(guān)鍵材料的研發(fā)上，尤其是離子導(dǎo)電性、耐水性和材料柔性等方面，走在比較前列的位置。

而從豐田決定2027～2028年發(fā)布采用全固態(tài)電池的新款電動(dòng)車來看，國內(nèi)主機(jī)廠錨定2027年這一“關(guān)鍵決戰(zhàn)年”的策略比較中肯。

尾聲

總結(jié)來說，盡管半固態(tài)技術(shù)有望率先批量落地，但被視為過渡方案的它仍無法完全滿足未來需求。即便當(dāng)前還面臨諸多難題，全固態(tài)電池作為整個(gè)行業(yè)的重中之重，勢必在2027年左右迎來關(guān)鍵的商業(yè)化落地“決戰(zhàn)年”。

另一方面，除了電動(dòng)汽車和儲能設(shè)備之外，在消費(fèi)電子產(chǎn)品和機(jī)器人等前沿科技領(lǐng)域，固態(tài)電池的應(yīng)用潛力也不應(yīng)被忽視。

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