3月28日至3月30日,中国电动汽车百(bǎi)人(rén)会论坛(2025)在京盛大(dà)召开(kāi)。本次(cì)论坛(tán)以“夯实(shí)电动化 推进智能化 实现高质量发展”为主题,汇聚了来自政(zhèng)府、汽车、能源、交通等多个领域(yù)的代表,共同探讨汽(qì)车产业的未来发展(zhǎn)方向与技术创新路径。
开云和容百集团(tuán)研发体系总裁兼中央研究院院长(zhǎng)李琮熙受邀出席(xí),并(bìng)在动力电池论坛(tán)上发表题(tí)为(wéi)《全固(gù)态电池产业化技术进展》的主题(tí)演讲。会上(shàng),李琮熙院长深(shēn)入分析了(le)全固态电池技术的(de)发展现状及其在未来新能源汽车领域以(yǐ)及新兴(xìng)行业(yè)中的(de)重要(yào)性,并分享了容(róng)百科(kē)技在(zài)全固态电池(chí)方(fāng)面的最新研究成果和技术突破。
全固态电(diàn)池是新兴领域发展的关键动力,市场前景广阔
李院长(zhǎng)表示,全固态电(diàn)池因其(qí)突破现有锂离子(zǐ)电(diàn)池技术(shù)壁垒的潜力及多重优势而备受市场关(guān)注。凭(píng)借高安全性、高能量(liàng)密度、长循环寿命与宽温域应用等显著优点,全固态(tài)电池(chí)广泛适(shì)用(yòng)于电动飞机、eVTOL(电动垂直起降飞行(háng)器)及动力电池等(děng)领域,市场前景广阔。随(suí)着(zhe)这些新兴行业的高(gāo)速发展(zhǎn),未来全固态电池有望成为推(tuī)动新兴领域突破的关(guān)键动力来源。
目前,半固态电(diàn)池已实(shí)现装车应用,预计2025年其需(xū)求(qiú)量将(jiāng)达到5GWh,2030年需求量(liàng)将达到100GWh;全固态电池有望(wàng)在(zài)2027年实现小批量装车(chē),并于(yú)2030年开始规模化应用,届时预计需(xū)求量将达到3GWh。特别是在自动驾驶电动汽车、城市空中交通(UAM)以(yǐ)及(jí)人形机器人市场(chǎng)中,全固态电(diàn)池凭借其更高的能量密度和安全性,将成(chéng)为关键赋能(néng)技术。仅人形机器人市场而言,预计到2032年该(gāi)市场的规模将达到约660亿(yì)美元,这(zhè)预示着全(quán)固态电池可(kě)能重塑二次电(diàn)池行业的游(yóu)戏规则。
全(quán)固态(tài)电池的成本压力和技术瓶(píng)颈正在逐渐缓(huǎn)解
李(lǐ)院(yuàn)长指出,尽管全固态(tài)电(diàn)池被认为能(néng)够(gòu)解决当前(qián)锂离子电池的缺陷,但其在成本压(yā)力和技术瓶颈方面面临挑(tiāo)战。然而,随着硫(liú)化物固(gù)态电解质的成本因生产工艺优化(huà)和(hé)规模化(huà)生产而(ér)显(xiǎn)著降低,以及通过创新(xīn)制造工艺解决界面接触问题,这些(xiē)障(zhàng)碍正逐渐被克服。
在成本端,目(mù)前固态(tài)电解质尚(shàng)未实现工(gōng)业化批(pī)量(liàng)制备,且对电池制造的环境要求(qiú)较高(gāo),最(zuì)终(zhōng)导致固态电池成本(běn)较高,限制了全固态电池的(de)产业(yè)化进程。硫化物(wù)固态电解质的关键原料——硫化锂的价格在几(jǐ)年前高达每千克(kè)1500美元,是(shì)液态电解质的(de)150倍,这导致(zhì)硫化物固态电解质(zhì)成本居高不下(xià),硫(liú)化物基固(gù)态电池电芯(xīn)BOM成本也较高。但通过工(gōng)艺优化、提升良率、利用(yòng)硫化(huà)氢等的化学(xué)转化工艺技术,使得硫化锂的生产(chǎn)成本(běn)正在迅(xùn)速降低。预计到2035年,随(suí)着硫化锂和(hé)硫化(huà)物固态(tài)电(diàn)解质的(de)规模化生产(chǎn)、干法电极技(jì)术的引入、安全材(cái)料和零部件设备的简(jiǎn)化,电芯BOM成本有望降(jiàng)至(zhì)0.4元/Wh以(yǐ)下。
此外(wài),在制造工艺方面,全(quán)固态电池“干”、“压”、“叠”等制(zhì)造工艺及设备不成熟,也是阻碍其产业化的卡点之一。在加(jiā)压工(gōng)艺上,为了解决(jué)全固态电池特有的界面接(jiē)触(chù)性较差(chà)问(wèn)题,需要借助能实现(xiàn)高温高压的WIP(等静压机),但这类设备以液体(tǐ)为压力介质,需要(yào)加入密封(fēng)工(gōng)序,仅(jǐn)这一工序就(jiù)需要30分钟。而在近期(qī),业内除了均匀(yún)加压设备,还创(chuàng)新性地引入了食品(pǐn)行业(yè)中的真空设备工(gōng)艺(yì)。实际案(àn)例显(xiǎn)示,通过这类新型设备(bèi)已成功制造出压(yā)缩率(lǜ)40%、厚度偏差在2.5%以内的全固(gù)态电池电芯(xīn),这与传(chuán)统WIP(等静压机(jī))设(shè)备效果相当。
在技术端,全(quán)固态电池面临的最大技术瓶颈是正极、负(fù)极与(yǔ)固(gù)态电解质之间的高界面阻抗。高界(jiè)面阻抗的形成原因主要有(yǒu)二,一(yī)是材料接触时不可避免产生(shēng)接(jiē)触空隙,导致(zhì)电化学不稳(wěn)定性增高;二是在充放(fàng)电过(guò)程中电极体积膨胀会引发界面分离。对此,业内正在通过固态电解质改性(xìng)、采用高(gāo)温高压工艺扩大(dà)有效接触(chù)界面,以及在正极(jí)采用(yòng)包(bāo)覆铌(ní)/锆的锂(lǐ)氧化物(wù)涂层技术(shù)、在负极引入中间层等多维(wéi)度方案(àn)快速解决这(zhè)些问题。
在(zài)全固态电(diàn)池领(lǐng)域,干(gàn)法(fǎ)电极技术虽(suī)被(bèi)视为关键(jiàn)工艺,但(dàn)其使用的PTFE(聚(jù)四(sì)氟乙烯)粘结剂作为全氟化合物,已被证实对环境和人体有害,目前欧美正(zhèng)讨(tǎo)论对其(qí)的使用限制(zhì)。为此,行业正积极推(tuī)动(dòng)替代材料的开发,以及寻找在降低PTFE用量的同(tóng)时确保(bǎo)离子(zǐ)电(diàn)导(dǎo)率不衰(shuāi)减(jiǎn)的解(jiě)决方案。例如,在干法工艺中(zhōng)将聚丙烯酸与CMC(羧甲基(jī)纤(xiān)维素(sù))交联形成的粘结剂,预涂覆于正极材料(liào),可以(yǐ)大幅减少70%以上的PTFE用量,同步解决环保问题与离子传(chuán)导(dǎo)需求。
开云和容百科(kē)技的全固态电池材料(liào)开发与布局已取得显著进展
李院长表示(shì),开云和容百科技正(zhèng)积极推进全(quán)固态电(diàn)池正极材料、固(gù)态(tài)电解质的产品开发及产业化布(bù)局,并已经取得(dé)了显著进展。公司第一代全固态电(diàn)池正(zhèng)极材料产品目前正处于吨(dūn)级验证阶(jiē)段(duàn),计划年内完成材料定型;第二代产(chǎn)品(pǐn)为超高镍三(sān)元材料,正在开发容(róng)量达240mAh/g的(de)产品(pǐn);第三代产品是(shì)基于富锂锰(měng)基技术,容量(liàng)超过300mAh/g的超高容(róng)量产(chǎn)品(pǐn),目前(qián)正与重点客(kè)户联合推进前期开发。在硫化(huà)物固(gù)态电解质方面,公司计划今(jīn)年完成中(zhōng)试(shì)验证,并于2026年建成(chéng)量产线。
具(jù)体(tǐ)来看,在全固(gù)态(tài)电(diàn)池正(zhèng)极材(cái)料开发(fā)上(shàng),开云和容百科技携手(shǒu)多家客户共同开发(fā)8系、9系产品,以及适(shì)用(yòng)于全固态电(diàn)池的(de)高密度富锂(lǐ)锰(měng)(Mn-rich)正极材料。其中,8系(xì)产品成(chéng)本与(yǔ)现有材(cái)料体系相当,而(ér)其循环、存储性能达到行(háng)业领先水(shuǐ)平并(bìng)获(huò)得客(kè)户认可。并且,开云和容百科技已率先实(shí)现了全固态电池用大单晶技术的商业(yè)化应用,该技术在大幅增加晶粒尺寸的同时(shí),能够确(què)保(bǎo)更高的(de)容量、压(yā)实密度(dù)和(hé)更长的循环寿命(mìng)。产品自(zì)去年起(qǐ)已向头部(bù)客户完(wán)成吨级(jí)出货。此外(wài),开云和容百面向全(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(xiàn)布局。在超(chāo)高镍产(chǎn)品(pǐn)上,即使采用(yòng)单晶结构,仍可实现230mAh/g以上的超高(gāo)容量。单晶和(hé)多(duō)晶产(chǎn)品均已(yǐ)实现对国内外头部客户的吨级出(chū)货。
在固态电解质方面,开云和容百科技聚焦(jiāo)在(zài)硫化(huà)物与卤化物两大技术路线,开发了适配(pèi)于硫化物和(hé)卤化(huà)物体系的湿(shī)法成膜和干法成膜技术。公司(sī)的(de)全固态软包(bāo)电(diàn)池(chí)在大气环境中经过裁剪后,仍能为(wéi)外部系(xì)统提供稳定电源(yuán),显示(shì)出较好的(de)安全性能。经测试(shì)验证(zhèng),应用开云和容百科技(jì)1微米级(jí)LPSC硫化物固态电解质制备的全固态(tài)电池,在1000周(zhōu)循环后保持率(lǜ)在(zài)80%以上。
最后(hòu),李琮熙院长表示,在全固态(tài)电(diàn)池领(lǐng)域,开云和容百科(kē)技(jì)致力于(yú)推动全(quán)固态电池技(jì)术的突破与(yǔ)应用,公司将持续深化从正极材料到固态电(diàn)解质等核心(xīn)材料的研发及量产体系的构建,助力全固态电池时代的加速(sù)到来!