近期,根据媒体报道,宁德时代在今年显著加大了对全固态电池技术的研发力度,并将其研发团队规模扩大至逾1000名专业人员。这在电池行业中尚属首次,有企业如宁德时代这般大规模投入资源以推动固态电池技术的发展。据悉,宁德时代目前专注于硫化物技术路径,并已成功推进至20Ah样品的试制阶段。这标志着其电池技术方案已基本成型,接下来将着手探索具体的生产工艺。根据宁德时代早前公布的信息,公司预期在2027年能够实现全固态电池的初步量产。
近年来,固态电池技术的发展势头迅猛,它作为新能源汽车领域的关键技术,受到了业界的广泛关注。普遍观点认为,固态电池技术有望彻底改变当前新能源汽车的市场格局。
固态电池的核心优势在于其安全性和能量密度。由于采用固态电解质,固态电池不易燃烧、不易爆炸,且不存在电解液泄漏的风险,这大大降低了电池自燃和爆炸的可能性。在极端情况下,无论是外部撞击还是内部短路,固态电池的安全性都远超液态电池。在能量密度方面,固态电池有望达到500Wh/kg甚至更高,这将使得电动汽车的续航里程突破1000公里。同时,固态电池克服了锂枝晶问题,其循环性能可达到约45000次,远超传统锂离子电池。在充电速度方面,实验室已经展示出全固态电池能在15分钟内充电至80%,甚至有研究团队声称能够实现5分钟内充电至80%。这些进展一旦商业化,将有效解决当前的电池续航焦虑问题。固态电池的工作温度范围也更广,以硫化物电解质为例,其工作温度范围可达到-60°C至120°C,适应更多极端环境。此外,固态电池的厚度可以大幅降低,省去内部温控组件,提高体积利用率,且不含有毒重金属,更加环保。
宁德时代在固态电池领域的发展尤为引人注目。据宁德时代掌门人曾毓群透露,公司在固态电池领域的研究已持续7-8年。目前,宁德时代主攻硫化物路线,其研发阶段自我评价为“4”(技术和制造成熟度“1-9”评价体系)。知情人士透露,宁德时代的方案已能将三元锂电池的能量密度提升至500Wh/kg,比现有主流电池提升40%以上,但充电速度与循环寿命尚未达到预期。目前,宁德时代的电池样品已进入20Ah试制阶段,这是从1Ah逐步扩大单个电池容量的过程,1Ah阶段主要用于检测电池材料性能,而10Ah样品则主要检测电池单体性能。
宁德时代首席科学家吴凯表示,目标是到2027年达到“7-8”的水平,实现全固态电池的小批量生产。然而,即便实现这一目标,生产成本问题仍然是一个挑战。
全固态电池研发中最难攻克的问题之一是“固-固界面”问题,即正极材料与电解质之间的固固界面接触不充分,阻碍离子传输;负极在充放电过程中体积膨胀大,导致固-固界面的动态损伤,难以修复,持续恶化。这严重影响了全固态电池的循环寿命与倍率性能。虽然目前有一些技术方法可以解决这一问题,如材料改性、界面工程、机械加工到化学键合等,但如何彻底解决这一问题,以及如何以低成本的方式解决,成为了研发中的难点。
有趣的现象是,多家企业都计划在2027年左右推出固态电池产品。比亚迪子公司弗迪电池宣布,计划在2027年实现固态电池的小规模生产,并预计有1000辆汽车将配备这种新型电池进行测试。比亚迪还预计,到2030年将有4万辆汽车搭载全固态电池,到2033年这一数字将增至12万辆。欣旺达也设定了雄心勃勃的目标,计划在2026年实现全固态电池的量产。该公司已完成第一代半固态电池的开发,并正在测试第二代产品。欣旺达的目标是到2025年完成第三代聚合物复合全固态电池的研发,且正在积极开发第四代产品,预计其能量密度将达到700Wh/kg。国轩高科宣布已成功制造并测试了车规级全固态电池样品,这些电池的循环寿命超过3000次。国轩高科计划在2027年进行小规模试生产,并预计在2030年进入大规模生产阶段。中创新航今年推出了名为“无界”的全固态电池,官方数据显示,这款电池的能量密度达到430Wh/kg,电池容量超过50Ah,并在多个技术领域取得突破。中创新航计划在2027年开始小规模装车,并在2028年量产。亿纬锂能预计在2026年推出高功率、高环境适应性和高安全性的全固态电池,并将优先应用于混合动力汽车。该公司还计划在2028年推出能量密度达400Wh/kg的高能量全固态电池。北京纯锂新能源科技公司在北京亦庄建立了国内首条全固态锂电池生产线,计划先进行小规模试生产,目标产能为200MWh,相当于能够为20万辆两轮车提供充电,满产后每天可生产上千个固态锂电池。上汽集团、鹏辉能源、孚能科技、蜂巢能源、广汽、东风、长安、赣锋锂业等企业也在积极布局固态电池领域,预示着未来这一市场的竞争将非常激烈。
将产品推出的时间节点定在2027年,主要是因为全固态电池目前还面临许多技术挑战,包括固-固界面问题、锂金属负极的应用、硫化物电解质在空气中的不稳定性,以及较高的合成成本。以成本为例,蔚来汽车推出的半固态电池,容量仅为150度电,成本估计超过30万元。目前,硫化物固态电解质的原材料成本相对较高,约为195美元/公斤,远高于商业化所需的50美元/公斤。然而,随着技术的进步和制造工艺的改进,预计制造成本将大幅降低。预计到2030年,全固态电池的应用规模超过10GWh时,电芯价格将降至约1元人民币/Wh。到2035年,全固态电池的电芯价格有望进一步降至0.6-0.7元人民币/Wh。