據內部員工透露,產生上述討論的原因有兩個:其一,從年初開始行業再次傳出“磷酸鐵鋰+石墨烯”這套目前在國內動力電池的主流體系將達到能量密度的天花板;其二,部分鋰電企業陸續公布固態電池的生廠時間表。
今年以來,與鋰電行業步入冷卻期不同,固態電池熱度持續攀升。目前,包括寧德時代、中創新航、億緯鋰能、欣旺達、國軒高科、蜂巢能源、清陶能源比克電池在內的多家國內電池廠商都已公布各自固態電池產品相關規劃。
“相較于液態電池,固態電池具備安全性高、能量密度大等諸多優勢,符合下一代電池技術發展需求。”日前中創新航高級副總裁、首席技術官潘芳芳在接受藍鯨新聞采訪時表示。
然而,截至目前,“磷酸鐵鋰+石墨烯”體系的顛覆者還未真正出現。
“固-固界面”接觸是最大難題
看似是顛覆者的固態電池商業化還存在一些技術難題尚待攻克。
與傳統的液態鋰電池相比,全固態電池放棄了傳統的液態電解質,采用固態電解質材料。根據電解質區分,全固態電池的技術路線主要包括聚合物、氧化物、硫化物三大類。
“硫化物性能好,但難量產;聚合物性能稍差,但量產快。”潘芳芳稱。
除材料難題未攻克,結構也是難題。相較于當前主流的液態電池,固態電池由于采用固態電解質,導致離子電導率低,使電池充放電速度較慢和容量衰減較快,且相較于“固液”,“固固”接觸性和穩定性更差。
“液態電池的內部結構式,電池液包裹電芯周圍;固態電池也是需要讓固態電解質包裹在電芯周圍,同等壓強下‘固固’接觸不及‘固液’接觸。”某頭部電池企業相關負責人向藍鯨新聞透露,目前要保證“固固”的緊密接觸需要外部極大的壓強,但給外壁材料加壓,電池整體重量會急劇上升,反而有悖固態電池小重量、單位密度高的研發初衷。
寧德時代董事長曾毓群在“2024世界動力電池大會”也表達類似觀點。
“我們在全固態電池上,已經投入了7-8年的時間進行研究。研發全固態電池的關鍵,在于對材料和化學體系的研究,其中最難的就是‘固-固界面’問題。”曾毓群認為,如果用數字1到9表示固態電池的技術和制造成熟度,1是剛開始涉及這一領域,9是技術成熟,可以投入大規模生產。當前行業最高水平只到了4左右,只是做出了一些器件樣品,進行一些實驗驗證。這些器件的使用,有很多邊界條件,如要在6000個大氣壓下,才實現較高的低溫性能等。這意味著這些器件還無法投入市場應用。
即使研發出產品,量產仍是問題。已宣布做出來全固態電池的南都電源,于9月3日發布公告稱,目前固態電池產品能量密度可達350Wh/kg,循環壽命2000次,但短期內不會大批量生產。
“各家電池廠商的全固態電池量產時間點,將取決于其對于全固態電池能量密度的定位。”潘芳芳認為,目前固態電池仍有不少技術仍需攻克,全固態電池量產的臨界點應該在2027-2028年,再早的話是比較困難的。
目前生產成本高于鋰電,終端包容度并沒想象高
固態電池如此受到各方追捧,是有部分從業者認為經過多年的開發“磷酸鐵鋰+石墨體系”已來到了天花板。
某鋰電企業負責人就在今年SNEC接受藍鯨新聞采訪時明確表示,目前“磷酸鐵鋰+石墨”這一體系已基本接近天花板,預計三年內各廠商技術水平將拉齊。技術指標達到天花板,就將考驗制造水平,如同樣生產100萬顆電芯,不良率是多少;再下一階段比拼的便是,出貨量上升后的成本控制能力。
亦有觀點認為這一體系仍有提升空間。
“2020年、2021年實際上就是磷酸鐵鋰發展的至暗時刻。”據潘芳芳介紹,彼時三元鋰大規模量產,三元能量密度更高,有更適合快充,最核心的安全也得到有效解決。但隨后幾年,針對磷酸鐵鋰創新層出不窮,曾經被認為不能實現的性能先后成為現實。目前,國內動力電池市場中磷酸鐵鋰占有率仍超80%。
潘芳芳稱,未來磷酸鐵鋰的降本,磷酸錳鐵鋰就是方向,負極還會有創新,從整個設計、材料、電池,成本實際上還是有下降的空間。
無論“磷酸鐵鋰+石墨體系”是否還有空間,固態電池若想顛覆前者仍要克服成本、量產等阻礙。
縱觀鋰電池整個的生長周期,過程坎坷,但同領域并沒有過于強大的競爭對手,市場對于鋰電的成長有非常高的包容性。固態電池則不同,“磷酸鐵鋰+石墨體系”已經在漫長的周期中證明了自己,且生產成本仍有下探空間。
“在市場、終端面臨價格戰、淘汰賽時,對于固態電池的包容度并沒有形象那么高。”前述鋰電企業負責人則表示,曾經業界覺得鈉電池可替代鋰電池,因為鈉穩定性更高、生產成本也可做到更低,“但隨著鋰電產業鏈價格的不斷下探,目前鋰電池的生產成本也就是鈉電池的一半左右”,隨著新技術的出現,鋰電池的穩定性也在提高。
這便擠壓了鈉電池的生長空間,固態電池也面臨這一問題。
另一鋰電龍頭企業相關負責人則認為,電池是重資產產業,利用率一旦下來制造費用就會上升,通過規模分擔成本是必然的。“我們如果要推出的話(全固態電池),一定是針對某一個細分市場。在那個時間點,主流技術可能會達到怎樣的水平,我們的固態電池要和它相比更有競爭力,這樣產業化才有可能成功。”