3月(yuè)28日(rì)至3月(yuè)30日(rì),中国(guó)电动汽车百人会(huì)论坛(2025)在京盛大召开。本次论坛以“夯实(shí)电动化 推(tuī)进智能化 实现高质量发展”为(wéi)主题,汇聚(jù)了来自(zì)政府、汽车、能源、交通等多个领域的代(dài)表,共(gòng)同探讨汽车产业的未(wèi)来发展方向与(yǔ)技术创(chuàng)新(xīn)路径。
容(róng)百(bǎi)集团研发体系总裁(cái)兼中(zhōng)央研究院(yuàn)院长李琮熙受邀出席,并在动(dòng)力电池论坛上发表(biǎo)题为《全固(gù)态电(diàn)池产业化技术进展》的(de)主(zhǔ)题演讲(jiǎng)。会上,李琮熙院(yuàn)长深(shēn)入(rù)分析了全(quán)固态电池技(jì)术的发(fā)展现状及(jí)其在未来新能源(yuán)汽(qì)车领域以及新兴行业中的重要(yào)性,并分享了(le)游艇会和容百科(kē)技(jì)在全固态(tài)电池方面的最新研究成(chéng)果和技术突破。
全固(gù)态电池(chí)是新(xīn)兴(xìng)领域发展的关(guān)键(jiàn)动力,市场前景(jǐng)广阔
李(lǐ)院长表示,全固态电池因其突破现有锂离子电池技术壁(bì)垒的(de)潜力及多(duō)重优势而备(bèi)受市场关(guān)注(zhù)。凭借高安全性、高能量密度(dù)、长循环寿命与宽温域应用等显著优点,全固态(tài)电(diàn)池广泛适用于电(diàn)动飞机、eVTOL(电动垂直起降飞行器)及动力电池等领域,市场前景广阔。随着这些新兴(xìng)行业的高速发展,未来(lái)全(quán)固态电池有(yǒu)望成为推动新兴(xìng)领域突破的关键动力来源。
目(mù)前,半固态电池已(yǐ)实(shí)现(xiàn)装车应用,预计(jì)2025年其需求量将达到5GWh,2030年需求量将达(dá)到(dào)100GWh;全固态电池有望在2027年实现小批量装车,并于2030年开始规模化应用,届(jiè)时(shí)预计(jì)需求量(liàng)将达到3GWh。特别是在(zài)自动驾驶电动汽车、城市空中交通(UAM)以及(jí)人形机器人市场中,全固态电池凭借(jiè)其更高的能量密度(dù)和(hé)安全性,将成为关(guān)键赋能技术。仅人形机器人市场而言,预(yù)计到2032年该市场的规模将达到约660亿美元,这预示着全(quán)固态电池可能重(chóng)塑二次电池行业的游戏规则(zé)。
全固(gù)态电池的成本压力和技术瓶颈(jǐng)正在逐渐缓解
李院长指出(chū),尽(jìn)管全(quán)固态电池被认为能够解(jiě)决当前锂(lǐ)离子电池的缺陷,但其在成本压力(lì)和技术瓶颈方面面(miàn)临挑战(zhàn)。然而,随着硫化物固态电解质的成本因生产工艺优化(huà)和规(guī)模化生产而显著降(jiàng)低,以(yǐ)及通过创新制造工艺解(jiě)决界面接触问题,这(zhè)些障碍正逐渐被克服。
在成本端,目前固态(tài)电(diàn)解质尚未实现(xiàn)工业化批量制备(bèi),且对电(diàn)池制造(zào)的环境要求(qiú)较高,最终导致(zhì)固态电池成本较高,限制了全固态电池的产业化(huà)进(jìn)程。硫化物固态电解质(zhì)的关(guān)键原料——硫化锂的价(jià)格在几年前高达(dá)每千克1500美元,是液态电解质的150倍,这(zhè)导致硫化物固态电解(jiě)质成本居高不下,硫(liú)化物基固态电池电(diàn)芯BOM成本也较(jiào)高(gāo)。但(dàn)通(tōng)过工艺(yì)优化、提升良率(lǜ)、利用硫(liú)化氢等(děng)的化学(xué)转化工艺技(jì)术,使得(dé)硫化锂的生产(chǎn)成本正在迅(xùn)速降(jiàng)低。预计到2035年,随着硫化锂(lǐ)和硫化(huà)物固(gù)态电解质的规模化生产、干法电极(jí)技术的引入、安全(quán)材料和零部件设备的(de)简化,电芯BOM成本有望降至0.4元/Wh以下。
此外,在制造工(gōng)艺(yì)方面,全固态电池(chí)“干(gàn)”、“压”、“叠”等制(zhì)造工艺(yì)及设备(bèi)不成熟,也是阻(zǔ)碍其(qí)产业(yè)化的卡点之一。在加(jiā)压工(gōng)艺上,为了解决全固态电池特有的界面接触(chù)性较差问(wèn)题,需要借助能实现高(gāo)温高压的WIP(等(děng)静(jìng)压(yā)机),但这类设备以液体为压力介质(zhì),需要(yào)加入密(mì)封(fēng)工序,仅这(zhè)一工序就需要30分钟。而在近期,业(yè)内除了(le)均匀加(jiā)压设备,还创新性地引入了(le)食品行业中(zhōng)的真空设备工艺。实际案例显示,通过这(zhè)类新型设备已成功制(zhì)造出压缩率(lǜ)40%、厚度偏差在(zài)2.5%以内的全固态(tài)电池电芯,这与传统WIP(等静压机(jī))设(shè)备效(xiào)果相当(dāng)。
在技术端,全固态电池(chí)面临的(de)最大技术瓶(píng)颈是正极、负极与固态电解质之(zhī)间的高界面阻抗。高界面阻抗的(de)形成原因主要(yào)有二,一是材(cái)料接触时不(bú)可避免产生接触空隙,导致(zhì)电化学不稳定(dìng)性(xìng)增(zēng)高;二(èr)是在充(chōng)放(fàng)电过程(chéng)中电极体积膨胀会引发界面分(fèn)离。对此,业内正在通过固态电解质改性、采用高(gāo)温高压(yā)工(gōng)艺(yì)扩大(dà)有效接(jiē)触(chù)界面,以(yǐ)及在正(zhèng)极采用包覆铌(ní)/锆的锂氧化物涂(tú)层技术、在负(fù)极(jí)引入中间层等(děng)多维度方案快速(sù)解(jiě)决(jué)这些问题。
在全固态电池领域,干法电极技术虽被视为关键工艺,但其使用的PTFE(聚四氟(fú)乙烯)粘结剂(jì)作为(wéi)全氟化合物,已被证(zhèng)实对环(huán)境和人(rén)体有害,目前欧(ōu)美正讨论(lùn)对其的使用限制。为此,行业正积极推动(dòng)替代材料的开发,以及寻找(zhǎo)在降低PTFE用量的同时确保离子电(diàn)导率不衰减的解决方案。例如,在干法工艺中将聚丙烯酸与CMC(羧甲(jiǎ)基纤(xiān)维素(sù))交(jiāo)联形成的粘结(jié)剂,预(yù)涂覆于正极(jí)材(cái)料(liào),可以大(dà)幅减少70%以上的PTFE用量,同(tóng)步解决(jué)环保(bǎo)问题与(yǔ)离子传导需求。
游艇会和容百科技的全固态电池材料开发(fā)与布局已取(qǔ)得显(xiǎn)著进展(zhǎn)
李院长表示,游艇会和容百科技正积极(jí)推进全固态电池正极材(cái)料、固(gù)态电(diàn)解质(zhì)的产品(pǐn)开(kāi)发及产业化(huà)布局,并已经(jīng)取得了显著进展。公司第一(yī)代全(quán)固态电池正极材料产(chǎn)品目前(qián)正(zhèng)处于吨级验证(zhèng)阶段(duàn),计划年内完成(chéng)材料定型(xíng);第二代产品为超(chāo)高(gāo)镍三元材料,正在开发(fā)容量(liàng)达240mAh/g的产品;第(dì)三代产(chǎn)品是基于富(fù)锂锰(měng)基技术,容量超过300mAh/g的超高容量产品,目前正与重点客户联(lián)合推(tuī)进前期开发。在硫化(huà)物(wù)固(gù)态电解质(zhì)方面,公司计划今年(nián)完成中试验(yàn)证,并于(yú)2026年建成量产线(xiàn)。
具体(tǐ)来看,在全(quán)固态电(diàn)池正极材料开发上,容(róng)百科技携手(shǒu)多(duō)家(jiā)客户共同开发8系、9系产(chǎn)品,以(yǐ)及适用于全(quán)固态电池的高(gāo)密度富锂(lǐ)锰(Mn-rich)正极材(cái)料(liào)。其中(zhōng),8系产品成本(běn)与现(xiàn)有材(cái)料体系相当,而其循(xún)环、存储(chǔ)性(xìng)能达(dá)到(dào)行业领先(xiān)水平并获得客户认可。并且,游艇会和容百科技已率先实现了(le)全固态(tài)电池(chí)用大单晶(jīng)技术的商业化应用,该技术在(zài)大幅(fú)增(zēng)加晶粒尺寸的同时,能够确保更高的容量、压实密度和更长的循环(huán)寿(shòu)命。产品自去年(nián)起(qǐ)已(yǐ)向头部(bù)客户完成吨级(jí)出货。此外,游艇会和容百面向全固态电(diàn)池开(kāi)发的9系三元正极(jí)材料已实现单(dān)晶与多晶的双路线布局。在超(chāo)高镍产品上,即(jí)使采用(yòng)单晶结构(gòu),仍(réng)可实现230mAh/g以上的(de)超高容量。单晶和多晶产(chǎn)品均已实现对国内外头部客(kè)户的吨级出货。
在固态(tài)电解质方(fāng)面,游艇会和容百科技(jì)聚焦在硫化物(wù)与(yǔ)卤化物两(liǎng)大技术路线,开发了适(shì)配于硫化(huà)物和卤化物体系的(de)湿(shī)法成(chéng)膜和(hé)干法成(chéng)膜技术。公司的全固态软包(bāo)电池在大气环境中经过裁剪后(hòu),仍能为外部系统提供(gòng)稳定电源,显示出较好的安全性能。经(jīng)测试验证(zhèng),应用容(róng)百(bǎi)科(kē)技1微米级LPSC硫化物固(gù)态电解(jiě)质制备的全固(gù)态电池,在(zài)1000周循环后保持率在80%以上(shàng)。
最后(hòu),李琮熙院长(zhǎng)表示,在全(quán)固态电池(chí)领域,容(róng)百科技致(zhì)力于推动全固态电池技术的突破与应用(yòng),公司将持续深化从正(zhèng)极材料到固态电解质等核心材料的研发及量产体(tǐ)系的构建,助力全(quán)固(gù)态电池时代(dài)的加速到来!