熱點觀察
當續(xù)航焦慮、充電時長、自燃風險成為電動車用戶的“心病”,全固態(tài)電池被視作打破困局的終極方案。
企業(yè)每天都在說全固態(tài)電池安全、續(xù)駛里程又長,但為啥遲遲不見其量產(chǎn)?
技術(shù)瓶頸待突破
固態(tài)電解質(zhì)的性能優(yōu)化:
目前,行業(yè)對固態(tài)電解質(zhì)技術(shù)路線選擇尚未統(tǒng)一,硫化物、氧化物與聚合物是三大主要研發(fā)方向,但行業(yè)公認各個技術(shù)路線都存在一定程度的缺陷。
硫化物電解質(zhì)雖電導(dǎo)率高,但對空氣穩(wěn)定性差,易與空氣中的水分和二氧化碳反應(yīng),導(dǎo)致性能下降;氧化物電解質(zhì)穩(wěn)定性較好,但其脆性較大,加工難度高;聚合物電解質(zhì)則存在離子電導(dǎo)率較低、機械強度不足等問題。
例如,硫化物全固態(tài)電池的空氣穩(wěn)定性問題,使得其在生產(chǎn)過程中需要嚴格控制環(huán)境濕度,否則電解質(zhì)會與水分反應(yīng)釋放出有毒的硫化氫氣體,這不僅增加了生產(chǎn)成本,還對生產(chǎn)環(huán)境和操作人員的安全提出了更高的要求。
界面接觸問題:
固態(tài)電池中電極與電解質(zhì)之間的界面接觸不良會導(dǎo)致電池內(nèi)阻增加,影響電池的整體性能,包括降低電池的充放電速度、增加能量損耗以及縮短電池的循環(huán)壽命等。
由于固態(tài)電解質(zhì)和電極材料都是固體,它們之間的接觸難以像液態(tài)電解質(zhì)那樣通過流動來實現(xiàn)緊密接觸,固態(tài)電解質(zhì)與電極的界面阻抗通常比液態(tài)電池高 1-2 個數(shù)量級,這就需要開發(fā)新的界面工程技術(shù)和材料來改善界面接觸。
對此行業(yè)也想了一些辦法,比如通過在電極和電解質(zhì)之間添加一層具有良好柔韌性和導(dǎo)電性的中間層,或者采用納米結(jié)構(gòu)的電極材料來增加界面的接觸面積等。但這些方法仍處于研究和試驗階段,尚未找到一種通用且高效的解決方案。
電池的循環(huán)穩(wěn)定性:
多數(shù)正負極材料在嵌脫鋰過程中會出現(xiàn)體積膨脹和收縮,可能引發(fā)固態(tài)電極與電解質(zhì)界面分離,導(dǎo)致電池壽命下降。例如,硅基負極材料在充放電過程中體積變化可達300%左右,這使得電極材料與電解質(zhì)之間的接觸逐漸變差,從而加速電池性能的衰退。
此外,固態(tài)電池在反復(fù)充放電過程中,還可能會出現(xiàn)電解質(zhì)的晶相轉(zhuǎn)變、電極材料的結(jié)構(gòu)變化等問題,這些都會影響電池的循環(huán)穩(wěn)定性,限制其在實際應(yīng)用中的使用壽命。
生產(chǎn)工藝不成熟
全固態(tài)電池的制備工藝相較于傳統(tǒng)液態(tài)電池更為復(fù)雜。電解質(zhì)成膜工藝是固態(tài)電池制造中的關(guān)鍵工藝,根據(jù)是否采用溶劑,可分為濕法工藝和干法工藝。
當前,全固態(tài)電池可在一定程度上沿用濕法工藝,與現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)鏈的兼容度約為50%-60%,干法工藝兼容度更低。例如,濕法工藝中需要精確控制固體電解質(zhì)溶液的濃度、傾倒速度、溶劑蒸發(fā)速率等參數(shù),以制備出厚度均勻、致密性良好的電解質(zhì)膜;而干法工藝則需要解決粉末的分散性、流動性以及成膜過程中的缺陷控制等問題。
另外,全固態(tài)電池生產(chǎn)需要專門的設(shè)備,如用于高溫燒結(jié)的專用窯爐、高精度的涂布機和疊片機等,但目前這些設(shè)備的成熟度和穩(wěn)定性還不夠高,限制了全固態(tài)電池的生產(chǎn)規(guī)模和效率。
成本與供應(yīng)鏈制約
全固態(tài)電池材料成本相對較高,其電解質(zhì)中可能會用到一些高價稀有金屬,如鋯、鍺等,這些稀有金屬的稀缺性和高成本,使得全固態(tài)電池的材料成本居高不下。
以硫化物電解質(zhì)為例,其制備過程中需要使用到鋰、硫等原材料,這些原材料的價格波動較大,且隨著市場需求的增加,價格有進一步上漲的趨勢。
有數(shù)據(jù)顯示,在沒有大規(guī)模量產(chǎn)的前提下,全固態(tài)電池材料成本約為1.5-2.5 元/瓦時,相比之下,當前液態(tài)鋰離子電池單體成本大體是0.5元/ 瓦時左右,這意味著一個100度的全固態(tài)電池包,僅材料成本就可能高達15-25萬元,是液態(tài)電池包材料成本的數(shù)倍之多。
另外,全固態(tài)電池的生產(chǎn)工藝復(fù)雜,對生產(chǎn)設(shè)備和制造環(huán)境的要求較高,導(dǎo)致生產(chǎn)成本大幅增加。例如,固態(tài)電池的制造對濕度要求極高,需要在低濕環(huán)境下進行生產(chǎn),以防止硫化物電解質(zhì)與水分接觸產(chǎn)生有害氣體,這就需要配備昂貴的除濕設(shè)備和環(huán)境控制系統(tǒng)。
更為重要的是,目前固態(tài)電解質(zhì)、鋰金屬負極等關(guān)鍵材料尚未形成規(guī)模化供應(yīng)。部分技術(shù)專利壁壘制約了產(chǎn)業(yè)發(fā)展,導(dǎo)致一些企業(yè)在關(guān)鍵材料的研發(fā)和生產(chǎn)上受到限制,產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展面臨挑戰(zhàn)。
例如,硫化物固態(tài)電解質(zhì)的合成技術(shù)主要掌握在少數(shù)幾家企業(yè)手中,這限制了硫化物電解質(zhì)的市場供應(yīng),使得其他企業(yè)在研發(fā)和生產(chǎn)硫化物全固態(tài)電池時,面臨原材料供應(yīng)不足和成本高昂的問題。
可見,全固態(tài)電池的量產(chǎn)之路,是技術(shù)突破、成本博弈、產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同的綜合較量。這就需要給足市場時間。
小米又投了一家固態(tài)電池公司
2025年5月22日,據(jù)媒體報道,近日合肥因勢新材料科技有限公司發(fā)生工商變更,新增瀚星創(chuàng)業(yè)投資有限公司、強邦新材(001279)以及合肥市包河區(qū)科創(chuàng)種子基金合伙企業(yè)(有限合伙)為股東,注冊資本由100萬人民幣增至約111.67萬人民幣。
其中,瀚星創(chuàng)投作為小米集團的全資子公司,主要負責小米集團的戰(zhàn)略投資和財務(wù)投資。數(shù)據(jù)顯示,小米系已投資了多家與固態(tài)電池相關(guān)的企業(yè),包括衛(wèi)藍新能源、贛鋒鋰電、法恩萊特、天目先導(dǎo)等。
中國團隊攻克固態(tài)電池致命難題
5月21日,據(jù)新華社和央視新聞報道,近日中國科學(xué)院金屬研究所沈陽材料科學(xué)國家研究中心研究員王春陽聯(lián)合國際團隊,利用原位透射電鏡技術(shù)在納米尺度首次揭開了固態(tài)電池突發(fā)短路成因,并提出相應(yīng)對策,研究成果5月20日發(fā)表在《美國化學(xué)會會刊》(Journal of the American Chemical Society,簡稱 JACS)上。
這項研究,不僅揭示了電池內(nèi)部失效的微觀機制,更通過建立析鋰動力學(xué)模型,為設(shè)計抗短路電解質(zhì)提供了精準路線圖。
寶馬啟動全固態(tài)電池裝車測試
5月21日,據(jù)媒體報道,近日寶馬正式啟動首批搭載全固態(tài)電池(ASSB)的電動汽車道路測試,測試車型為i7。車輛搭載的是寶馬與Solid Power聯(lián)合開發(fā)的全固態(tài)電池。
寶馬還計劃在未來幾個月內(nèi)持續(xù)測試硫化物基電解質(zhì)的性能與穩(wěn)定性,以推動該技術(shù)向量產(chǎn)階段邁進。
搭載全固態(tài)電池的奇瑞星紀元ET正在路測
近日,奇瑞高端電動跨界車——星紀元ET在中國合肥現(xiàn)身,其側(cè)身標有醒目的“全固態(tài)電池”字樣。此次亮相的測試車出現(xiàn)在國軒高科總部附近。雖然目前尚未披露星紀元ET所用固態(tài)電池的具體規(guī)格,但據(jù)國軒高科透露,其最新固態(tài)電池已完成上車測試,電池能量密度為350 Wh/kg,容量為70Ah,支持1000公里續(xù)航。
一汽解放:已重點布局固態(tài)電池
近日,一汽解放在互動平臺表示,固態(tài)電池高比能、快補能、高安全特性使其在干線場景應(yīng)用前景廣闊,解放公司已重點布局。
聚焦壽命短、成本高等商用車行業(yè)應(yīng)用痛點,解放公司已開展新型固態(tài)電池材料體系及關(guān)鍵制備工藝技術(shù)攻關(guān),并計劃搭載解放下一代新能源長途干線平臺技術(shù)遷移,以構(gòu)建整車全生命周期TVO競爭優(yōu)勢,實現(xiàn)行業(yè)技術(shù)引領(lǐng),產(chǎn)品持續(xù)領(lǐng)航。
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