3月(yuè)28日至3月30日,中国电动汽车百人会论(lùn)坛(tán)(2025)在京盛大召开。本次论坛以“夯实电(diàn)动(dòng)化 推进(jìn)智能化 实现高质量发展(zhǎn)”为主(zhǔ)题,汇聚了来自政府、汽车(chē)、能源、交(jiāo)通等(děng)多个领域的代表,共同探讨汽(qì)车产业的未(wèi)来发展(zhǎn)方向与技术(shù)创新路径。
皇冠和容百集团研发(fā)体系总裁兼(jiān)中央(yāng)研究院院长李琮(cóng)熙受(shòu)邀出(chū)席,并(bìng)在动力电池论坛上发表题为(wéi)《全固态电(diàn)池(chí)产业化技术(shù)进展》的主题演(yǎn)讲。会上,李(lǐ)琮熙院长深(shēn)入分析了全固态电(diàn)池技(jì)术(shù)的发展现状及其在未来(lái)新(xīn)能(néng)源(yuán)汽车领(lǐng)域以及新兴行业中的(de)重要性,并分享了皇冠和容百科技在(zài)全固态电池方(fāng)面的最新研(yán)究成果和技术突破。
全固态电池是新兴领域发展的关键动力,市场前(qián)景广阔
李院长表示,全固态电池因(yīn)其(qí)突(tū)破现有锂离子电池(chí)技术(shù)壁(bì)垒的潜力及多重优(yōu)势而备受市场(chǎng)关(guān)注。凭借高安全性、高能量(liàng)密度、长循环寿命与宽温域应(yīng)用等显著优点(diǎn),全固态电池广泛适用(yòng)于电动飞机、eVTOL(电动垂直起降(jiàng)飞行(háng)器)及动(dòng)力电池等领域(yù),市(shì)场前景(jǐng)广阔。随着这些新兴(xìng)行业的(de)高速发(fā)展,未来全固态(tài)电(diàn)池(chí)有望成为推动新兴领(lǐng)域突破的(de)关键动力来源。
目前,半固态电池已实现(xiàn)装车应用,预(yù)计2025年其需(xū)求量将达到(dào)5GWh,2030年需求量(liàng)将达(dá)到100GWh;全固(gù)态电(diàn)池有望在2027年实现小(xiǎo)批量装车,并于2030年开始规(guī)模化应(yīng)用,届时预(yù)计需求量将达到3GWh。特别是在自(zì)动驾驶电动汽(qì)车(chē)、城市空(kōng)中交通(UAM)以及人形机器(qì)人市(shì)场中,全固(gù)态电池凭借其更高的能量密度(dù)和安全性,将成为关(guān)键(jiàn)赋能技术。仅人形(xíng)机器人市场而言,预计到2032年(nián)该市(shì)场的(de)规(guī)模将(jiāng)达到约660亿美元,这预示着全固(gù)态电(diàn)池可能重塑二(èr)次电池行业的(de)游戏规则(zé)。
全固态电(diàn)池的(de)成本压力和技术瓶颈正在逐渐缓解(jiě)
李(lǐ)院长指出,尽管全固态(tài)电池被认(rèn)为能够解决当前(qián)锂离子(zǐ)电池的缺(quē)陷,但其在成本压力和技术(shù)瓶颈(jǐng)方(fāng)面面(miàn)临挑战。然而,随(suí)着硫化物(wù)固态(tài)电解(jiě)质的(de)成本因生产工艺优化和规模化生产而显著降低,以(yǐ)及通过创新制造工(gōng)艺解决界面(miàn)接触问题,这些障碍正(zhèng)逐渐被克服(fú)。
在成本端(duān),目前固态电解质尚(shàng)未实现工业化批量制备,且对电池制造(zào)的(de)环境要求较(jiào)高,最终导致固态电池成本较高,限制了全固(gù)态电池(chí)的产业化进程。硫化(huà)物固态电解(jiě)质的(de)关键(jiàn)原料——硫化锂(lǐ)的价格在几年前高达每千克1500美元,是(shì)液态电解(jiě)质的150倍(bèi),这导致(zhì)硫化物(wù)固态电(diàn)解质成本居高不下,硫化物基固态电池电芯BOM成本也较(jiào)高。但通过(guò)工艺优化、提升(shēng)良率(lǜ)、利用(yòng)硫化氢(qīng)等的化学(xué)转化工艺技术,使得硫化锂的生产成本正在(zài)迅速降低。预(yù)计(jì)到2035年,随着硫化(huà)锂和硫化物(wù)固(gù)态电解质的规(guī)模化生产、干法电(diàn)极技术的引入、安全材料和零部(bù)件设(shè)备的(de)简化,电芯BOM成本有望降至0.4元/Wh以下。
此外,在制造工艺方面,全固态(tài)电池“干”、“压”、“叠”等制造工艺及设备不成熟,也是阻碍其产业化的卡点(diǎn)之一。在加压(yā)工艺上,为了解决全(quán)固态电池特有的界面接触性较差问题,需要(yào)借助能实现高(gāo)温高压的WIP(等静压机(jī)),但这(zhè)类设(shè)备以液体(tǐ)为压力(lì)介质,需要加入密封工序,仅这一工序就需要(yào)30分钟。而在近期,业内(nèi)除(chú)了均匀(yún)加压设备,还创新性地(dì)引入了食品(pǐn)行业中(zhōng)的真空设备(bèi)工艺。实(shí)际案例显(xiǎn)示,通过这类新型设备已成功制造出压缩率40%、厚度偏差在(zài)2.5%以内的全(quán)固态电池电(diàn)芯(xīn),这与传统WIP(等静压机)设备(bèi)效果(guǒ)相(xiàng)当。
在技(jì)术端,全固态电池面临的(de)最大技术瓶颈(jǐng)是正(zhèng)极(jí)、负(fù)极与固态电解质之间的高界面阻抗。高界面(miàn)阻抗的形成(chéng)原因主要(yào)有二(èr),一是材料接触时不可(kě)避(bì)免产生(shēng)接触空隙,导致(zhì)电化学不稳定性增高(gāo);二(èr)是在充放(fàng)电过程(chéng)中电极体积膨胀会(huì)引发界面分(fèn)离。对此(cǐ),业内正在通(tōng)过固(gù)态电(diàn)解质改性、采(cǎi)用(yòng)高温高压工(gōng)艺扩大有效接触界(jiè)面,以及在正极采用(yòng)包覆铌/锆的锂氧(yǎng)化物涂(tú)层技(jì)术、在(zài)负极引入中(zhōng)间层等多维度(dù)方案快速解决这些问(wèn)题。
在全固态电池领域,干法电极技术虽被视为关键工(gōng)艺,但其使用的PTFE(聚四氟乙烯)粘结剂作为全氟化合物,已被证实对(duì)环境和(hé)人(rén)体(tǐ)有害,目(mù)前欧美正讨论对其的使用限制。为此,行业(yè)正积极推(tuī)动替代(dài)材料(liào)的(de)开发(fā),以(yǐ)及寻找在降低PTFE用(yòng)量的同时确保离子(zǐ)电导率不衰减的解决方案。例如(rú),在干法工艺中将聚丙烯酸与CMC(羧(suō)甲(jiǎ)基纤维素)交联形成的粘结剂,预(yù)涂覆于正极材(cái)料,可以大(dà)幅减少70%以(yǐ)上(shàng)的PTFE用量,同步解决环保问题与(yǔ)离子传(chuán)导需(xū)求。
容(róng)百科技(jì)的全固态电池材(cái)料(liào)开发与布局已(yǐ)取得显著(zhe)进展
李院长表示,容(róng)百(bǎi)科技正积极推进全固态电池正极材料、固(gù)态电解质的产品开发及产业化布局,并(bìng)已经取得了显著进(jìn)展。公司(sī)第一(yī)代全固态(tài)电池正极材料(liào)产品目前正处于吨级(jí)验证阶段,计划年内完成(chéng)材(cái)料(liào)定型;第二(èr)代产品(pǐn)为超高镍三元材料,正在开发容量达240mAh/g的产品;第三代产(chǎn)品是基于富锂(lǐ)锰基技术(shù),容量(liàng)超过(guò)300mAh/g的(de)超高(gāo)容(róng)量产品,目前正与重点客户联合推(tuī)进前(qián)期开(kāi)发。在硫(liú)化物固态电(diàn)解质方面,公司计(jì)划今年完成(chéng)中试验证(zhèng),并于2026年建成量(liàng)产线。
具体来(lái)看,在全固态电池正极材料(liào)开发上,皇冠和容百科(kē)技携手多家客户共(gòng)同开发8系(xì)、9系产品,以及适(shì)用于全(quán)固态电池的高(gāo)密度富锂锰(měng)(Mn-rich)正极材料。其(qí)中(zhōng),8系产(chǎn)品(pǐn)成本与现有(yǒu)材料体(tǐ)系相当,而其循环、存储性能达到(dào)行业(yè)领先水平并获(huò)得(dé)客(kè)户(hù)认可。并且,皇冠和容百科(kē)技已率先(xiān)实现了全固态电池用大单晶技术的商业化应(yīng)用(yòng),该技(jì)术在大(dà)幅增加(jiā)晶粒(lì)尺寸(cùn)的同时,能够确保更(gèng)高的容量、压实密(mì)度和更(gèng)长的循环寿命(mìng)。产品自(zì)去年(nián)起已向头部客户完成吨级出货。此(cǐ)外,皇冠和容百面向全固态电池开发(fā)的9系三元正极材料已实现单晶与多(duō)晶(jīng)的(de)双路线(xiàn)布局。在(zài)超高镍产(chǎn)品上,即使采用单(dān)晶结构,仍可实现230mAh/g以上的超高容量(liàng)。单晶和多晶产品均已实(shí)现(xiàn)对国内外头部客(kè)户的吨级出货。
在固态(tài)电解(jiě)质方面,皇冠和容百科技聚(jù)焦在硫化(huà)物与卤化物(wù)两大技术路线,开发了适配于硫化物和卤(lǔ)化物体系的湿(shī)法成膜和干法成膜技(jì)术。公司的全固(gù)态软(ruǎn)包电池在大气环境中经(jīng)过裁剪后(hòu),仍能为外部系统提供稳定电(diàn)源,显示(shì)出(chū)较好(hǎo)的安全性(xìng)能。经测试验(yàn)证,应用(yòng)皇冠和容百科技1微米级LPSC硫化物固态电解(jiě)质制备的全固态电(diàn)池(chí),在(zài)1000周循环(huán)后(hòu)保(bǎo)持率在80%以上。
最后(hòu),李琮熙院长表(biǎo)示,在全固态(tài)电池(chí)领域,皇冠和容百科技致力于推动(dòng)全固态(tài)电池技术(shù)的突破与应用,公司将持(chí)续深化从正极材料到固态电解质等核(hé)心(xīn)材料的(de)研发及量产体系的构建,助力全固(gù)态(tài)电池时代的加速到来!