3月28日至(zhì)3月30日,中国电(diàn)动汽车(chē)百人会论(lùn)坛(tán)(2025)在京盛大召开。本次论(lùn)坛以(yǐ)“夯实(shí)电动化 推进智能化 实现高质量发展”为主(zhǔ)题,汇聚了来自政府、汽车、能源、交通等多个领域的代表,共同探(tàn)讨汽车产业(yè)的未来发展方向与技(jì)术创新路径。
容(róng)百集团研发体系总裁兼中央(yāng)研究院院(yuàn)长李琮熙受邀出席,并在动力电(diàn)池论坛(tán)上发(fā)表题为《全固(gù)态电池产业化技术进展》的主(zhǔ)题演讲。会上,李琮(cóng)熙院(yuàn)长深入分析了(le)全固(gù)态电池技(jì)术(shù)的发展现状及其在未来(lái)新能源汽车领域以及新兴行业中(zhōng)的重(chóng)要性,并分享了皇冠和容百科技在全固态电池方面的最新研究成果和技术突破。
全固态电池是新兴领域发(fā)展的(de)关键动力,市场(chǎng)前(qián)景广阔
李(lǐ)院长表(biǎo)示,全固态电池因(yīn)其突破现有(yǒu)锂离子电(diàn)池(chí)技术壁垒的(de)潜力及多重优势而备受(shòu)市场关注。凭借高(gāo)安全性、高能量密(mì)度(dù)、长循环(huán)寿命与(yǔ)宽(kuān)温域应(yīng)用等(děng)显著优点,全固(gù)态电池广(guǎng)泛适用于电(diàn)动飞(fēi)机、eVTOL(电(diàn)动垂直起降飞行器)及(jí)动力(lì)电池等领域,市场(chǎng)前景广阔。随着这些新兴行(háng)业的高(gāo)速(sù)发展(zhǎn),未来全(quán)固态电(diàn)池有(yǒu)望成为推(tuī)动新兴领域突破的关键(jiàn)动(dòng)力来源。
目前,半固态电池已实现装(zhuāng)车应(yīng)用,预计2025年其需求量将(jiāng)达到(dào)5GWh,2030年需求量将达到100GWh;全(quán)固态电池有望在2027年(nián)实(shí)现(xiàn)小批(pī)量装车,并于2030年开(kāi)始规模化应用,届时预(yù)计需求(qiú)量将达到(dào)3GWh。特别(bié)是在自动(dòng)驾驶电动汽车(chē)、城市空中交通(UAM)以及人形机器人(rén)市场(chǎng)中(zhōng),全固态电池凭借(jiè)其更高的能量密度(dù)和安全性,将成为关键赋能技(jì)术。仅人形机器人市场而言,预计到2032年该市场的规模将(jiāng)达到约(yuē)660亿(yì)美元,这预示着全固态电池可能重塑(sù)二次电池行业的游戏规则。
全固态电池(chí)的(de)成(chéng)本压力和(hé)技术瓶(píng)颈(jǐng)正在逐渐缓解
李院长指(zhǐ)出,尽管全固态电池被(bèi)认(rèn)为能够解决当前锂离子(zǐ)电池的缺陷,但(dàn)其在成本压(yā)力和技术瓶颈方(fāng)面面临挑战。然而,随着硫化物固态电解质(zhì)的成本因生产工艺(yì)优化和规模化生产而显(xiǎn)著降低,以及通过创新制造工艺解决界面接触问(wèn)题(tí),这些(xiē)障碍正逐渐(jiàn)被克服。
在成本(běn)端,目前固态电(diàn)解(jiě)质尚未实(shí)现工(gōng)业化批量制备,且对电池制造(zào)的环境要求(qiú)较高,最终(zhōng)导致固态电池成本较高(gāo),限制(zhì)了全(quán)固态(tài)电(diàn)池的产业化进程。硫化物固态电解质的(de)关键原料(liào)——硫化锂的价(jià)格在几年前(qián)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(wù)固态电解质成(chéng)本居高不下,硫化(huà)物基固态电池电芯BOM成本(běn)也(yě)较(jiào)高。但通过(guò)工(gōng)艺(yì)优化、提升良率、利(lì)用硫化氢等的(de)化学转(zhuǎn)化(huà)工(gōng)艺技术,使得硫化锂的生产成本正(zhèng)在(zài)迅(xùn)速降低。预计到2035年(nián),随着硫化锂和硫化物固态电解质的(de)规模化生产、干法电极技术的引入(rù)、安(ān)全材(cái)料和零部件(jiàn)设备的简化,电芯BOM成本有望降至0.4元(yuán)/Wh以下。
此外,在制造工(gōng)艺方面,全固态(tài)电池(chí)“干”、“压”、“叠(dié)”等制造工艺(yì)及设备不成熟,也是阻(zǔ)碍其产业化的卡点之一。在加压(yā)工(gōng)艺上,为了解决全固态电池特有的(de)界面接触性较差问题,需要借(jiè)助(zhù)能实(shí)现高温高压的WIP(等静压机),但这类(lèi)设备(bèi)以(yǐ)液体为压力介质,需要(yào)加入密封工序,仅这一工序(xù)就需要30分(fèn)钟。而在(zài)近期,业内除了均匀加压(yā)设备,还创新(xīn)性地引入了食品行(háng)业中的真空设备工艺。实际案例显示,通(tōng)过这类新型设备已(yǐ)成功(gōng)制(zhì)造出压缩率40%、厚度偏差在(zài)2.5%以内的全固态电池(chí)电芯(xīn),这与传统WIP(等静(jìng)压机)设(shè)备效果相当。
在技术端,全固(gù)态电池面临的最大技术瓶颈是正极、负极与固态电解质之间的高界面阻(zǔ)抗。高(gāo)界面阻抗的形(xíng)成原因(yīn)主要有二(èr),一是材料接(jiē)触时不(bú)可避免产生接触空隙(xì),导致电化学不(bú)稳(wěn)定性增高;二(èr)是(shì)在充放电过程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(gǎi)性、采用高温高压工艺扩大有效接触界面,以及在正(zhèng)极(jí)采用包(bāo)覆(fù)铌/锆的锂氧化物涂层技术、在负极引入中间(jiān)层等(děng)多(duō)维(wéi)度(dù)方案快速解决这些(xiē)问题。
在全(quán)固态电池领域,干法(fǎ)电极技术虽被视(shì)为关键(jiàn)工艺,但其使用(yòng)的(de)PTFE(聚四氟乙烯(xī))粘结(jié)剂作(zuò)为全氟化(huà)合物,已(yǐ)被证实(shí)对环(huán)境和(hé)人体有害,目前欧美正讨论对其(qí)的(de)使(shǐ)用限(xiàn)制。为(wéi)此(cǐ),行业正(zhèng)积极推动替代材料的开发,以及寻找在降低PTFE用(yòng)量的同(tóng)时确保离(lí)子电导率不衰(shuāi)减的(de)解决方(fāng)案(àn)。例(lì)如,在干法工(gōng)艺中将聚丙烯酸与CMC(羧甲基纤维素)交(jiāo)联形成的粘(zhān)结剂,预(yù)涂覆于正(zhèng)极材料,可以大幅减少(shǎo)70%以上的(de)PTFE用量,同步解决环保问题(tí)与(yǔ)离子传(chuán)导需求。
皇冠和容百科技的(de)全固态(tài)电池材料开发与布(bù)局已取得显(xiǎn)著进(jìn)展
李(lǐ)院长表示,皇冠和容百科技正积极推进全(quán)固态电池正极材料、固态电解质的产品(pǐn)开发及产业化布(bù)局,并已经取得了显著(zhe)进展。公司第(dì)一代全固态电池正极材料产品目前正处于吨级验证阶段,计划年内完成材料定(dìng)型;第二(èr)代产品为(wéi)超高镍三元材料,正在(zài)开发容量达240mAh/g的产品;第三代产品是(shì)基于富(fù)锂锰基技术,容量超过300mAh/g的超高容量产品,目前正与重点客户联合推进(jìn)前期开发。在硫化物(wù)固态电解质方面,公司计划今年完成(chéng)中试验证,并于2026年(nián)建成量产(chǎn)线。
具体来看,在全固态(tài)电池正极材料开发上(shàng),容(róng)百科技携手多家(jiā)客户(hù)共同开(kāi)发8系、9系产品,以及适用于全固态电池(chí)的高密度富(fù)锂锰(Mn-rich)正极材料。其中,8系(xì)产品成本与现有(yǒu)材料体系相当(dāng),而其循环、存储性能达(dá)到行业(yè)领先水平并获得客户认可。并且,容(róng)百科技已率先(xiān)实现了(le)全固态电池用(yòng)大单晶技术的商业化(huà)应用,该技术在大幅(fú)增加晶粒尺寸的同时,能够确保更高(gāo)的(de)容量、压实密度和更长的循环寿(shòu)命。产(chǎn)品自去年起已向头部客户完(wán)成吨级(jí)出(chū)货。此(cǐ)外,皇冠和容百面向全(quán)固态电池开发的9系三元正极材料已实现(xiàn)单晶与多晶的双路线布局。在超高(gāo)镍产品(pǐn)上,即使采用(yòng)单(dān)晶结构(gòu),仍可实现230mAh/g以上的(de)超高容量。单晶和多晶产品均(jun1)已(yǐ)实现对国(guó)内外(wài)头部(bù)客户的吨级出(chū)货(huò)。
在固(gù)态电解质方面,容(róng)百科(kē)技聚焦在硫化物与卤化物两大(dà)技术路线,开发(fā)了适配于硫化(huà)物和卤化物体系的(de)湿法成膜和干法成(chéng)膜技术。公司的全固态软包电池在大气环(huán)境中经过裁(cái)剪后,仍能为外部系统提供稳定(dìng)电源,显示出较好的安全性能。经测试验证(zhèng),应用(yòng)皇冠和容百科技1微米级LPSC硫(liú)化物固态电解(jiě)质制备的全固态电池,在1000周循环后保持(chí)率在80%以上(shàng)。
最(zuì)后(hòu),李琮熙院长表示,在全固态(tài)电(diàn)池领域,皇冠和容百科技致力(lì)于推动全(quán)固(gù)态电池技术的突破与应用,公司将持续深化从(cóng)正极材料到固态电解质(zhì)等核心材料的研(yán)发及量产体系的构建,助(zhù)力全(quán)固态电池时代的加速到来!