寧德時(shí)代全固態(tài)電池開啟樣品驗(yàn)證，能源新世紀(jì)即將到來

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/黃山明）日前，有媒體報(bào)道，寧德時(shí)代于今年增加了對(duì)全固態(tài)電池的研發(fā)投入，并且將全固態(tài)電池的研發(fā)團(tuán)隊(duì)擴(kuò)充至超過1000人。這也是電池業(yè)內(nèi)第一次有公司如寧德時(shí)代這樣投入巨量資源研發(fā)固態(tài)電池。

有消息稱，當(dāng)前寧德時(shí)代主攻硫化物路線，近期已進(jìn)入到20Ah樣品試制階段。這意味著電池方案已經(jīng)初步定性，將進(jìn)入到生產(chǎn)技術(shù)探索階段。據(jù)寧德時(shí)代此前披露，有望在2027年實(shí)現(xiàn)全固態(tài)電池的小批量生產(chǎn)。

寧德時(shí)代加大投入全固態(tài)電池

近年來，固態(tài)電池發(fā)展迅速，作為新能源汽車的核心技術(shù)之一，備受各界高度關(guān)注。業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為，固態(tài)電池將顛覆當(dāng)下新能源汽車的市場(chǎng)形態(tài)。

從固態(tài)電池本身的特性來看，固態(tài)電池采用固態(tài)電解質(zhì)，不易燃燒、不易爆破，沒有電解液走漏的風(fēng)險(xiǎn)，從而降低了自燃和爆炸的可能性。在極端情況下，如外部撞擊或內(nèi)部短路，固態(tài)電池的安全性都要遠(yuǎn)高于液態(tài)電池。

并且固態(tài)電池能量密度有望突破500Wh/kg，甚至更高，這將使電動(dòng)汽車的續(xù)航里程超過1000公里。同時(shí)由于克服了鋰枝晶現(xiàn)象，固態(tài)電池的循環(huán)性能可以達(dá)到45000次左右，遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)鋰離子電池。

此外，在充電時(shí)間上，已經(jīng)有實(shí)驗(yàn)室展示了全固態(tài)電池可以在15分鐘內(nèi)充電至80%，有的研究團(tuán)隊(duì)更是聲稱可以實(shí)現(xiàn)5分鐘充滿80%的電量。一旦實(shí)現(xiàn)，將徹底解決當(dāng)下電池焦慮問題。

再加上全固態(tài)電池的工作溫度范圍比普通要更大，以硫化物電解質(zhì)為例，其工作溫度范圍達(dá)到-60°C至120°C，使用更多的極端環(huán)境。而且固態(tài)電池的厚度可以大幅降低，安全性提高后，可以省去電池內(nèi)部的溫控組件，進(jìn)一步提高體積利用率。還不含有毒重金屬，更加環(huán)保。

此次寧德時(shí)代所研發(fā)的全固態(tài)電池便是主攻硫化物路線，據(jù)寧德時(shí)代掌門人曾敏群此前透露，寧德時(shí)代在固態(tài)電池領(lǐng)域的研究已經(jīng)持續(xù)了7-8年時(shí)間。但按照寧德時(shí)代自己的評(píng)價(jià)，目前其固態(tài)電池的研發(fā)還處于“4”的階段（用技術(shù)和制造成熟度“1-9”評(píng)價(jià)體系）。

有知情人士稱，目前寧德時(shí)代的方案能夠?qū)⑷?a target="_blank">鋰電池的能量密度做到500Wh/kg，比現(xiàn)有主流電池提升40%以上，但充電速度與循環(huán)壽命還未達(dá)到預(yù)期。

該電池樣品已經(jīng)達(dá)到20Ah試制階段，通常全固態(tài)電池樣品試制是從1Ah開始不斷做大單個(gè)電池容量，在1Ah階段主要用于檢測(cè)電池材料的性能優(yōu)劣；10Ah樣品則主要檢測(cè)電池的單體性能

寧德時(shí)代首席科學(xué)家吳凱表示，目標(biāo)到2027年達(dá)到“7-8”的水平，這意味著可以小批量生產(chǎn)全固態(tài)電池，但即便如此，屆時(shí)生產(chǎn)時(shí)仍然會(huì)面臨成本問題。

研發(fā)全固態(tài)電池最難的地方在于“固-固界面”問題，就是正極材料與電解質(zhì)之間固固界面接觸不充分，阻礙離子傳輸；負(fù)極在充放電過程體積膨脹大，導(dǎo)致固-固界面的動(dòng)態(tài)損傷，難以修復(fù)，持續(xù)惡化。這種情況將嚴(yán)重影響全固態(tài)電池的循環(huán)壽命與倍率性能。

目前盡管有些技術(shù)方法能夠解決這一問題，如從材料改性、界面工程、機(jī)械加工到化學(xué)鍵合等多個(gè)方面入手，但如何徹底解決，以及如何采用低成本的方式解決這一問題卻成為了難點(diǎn)。

2027成全固態(tài)電池關(guān)鍵一年

有意思的是，不僅是寧德時(shí)代，不少企業(yè)都將固態(tài)電池的產(chǎn)品推出定在2027年左右，比如比亞迪旗下的弗迪電池對(duì)外表示，將在2027年小批量生產(chǎn)固態(tài)電池，預(yù)計(jì)將有1000輛車搭載這一電池進(jìn)行示范。到2030年，預(yù)計(jì)將有4萬輛搭載全固態(tài)電池的車型上市，到2033年，這一數(shù)據(jù)將提升至12萬輛。

此外，欣旺達(dá)計(jì)劃在2026年實(shí)現(xiàn)全固態(tài)電池的商業(yè)化量產(chǎn)，目前，該公司已經(jīng)完成了第一代半固態(tài)電池的開發(fā)，并正在進(jìn)行第二代半固態(tài)電池樣品的中試。欣旺達(dá)目標(biāo)是再2025年完成第三代聚合物復(fù)合全固態(tài)電池的研發(fā)，而第四代全固態(tài)電池也在積極開發(fā)中，能量密度有望達(dá)到700Wh/kg。

國(guó)軒高科也在此前宣布已成功制備被測(cè)試了車規(guī)級(jí)全固態(tài)電池樣品，電芯的循環(huán)次數(shù)超過3000次。根據(jù)國(guó)軒高科的計(jì)劃，將在2027年進(jìn)行小批量試裝，預(yù)計(jì)2030年正式進(jìn)入大規(guī)模生產(chǎn)階段。

中創(chuàng)新航在今年推出了名為“無界”的全固態(tài)電池，據(jù)官方透露，該電池能量密度達(dá)到430Wh/kg，電池容量超過50Ah并在多個(gè)技術(shù)方面實(shí)現(xiàn)了突破。中創(chuàng)新航同樣計(jì)劃在2027年開始小批量裝車，并在2028年啟動(dòng)量產(chǎn)。

億緯鋰能則預(yù)計(jì)在2026年推出具有高功率、高環(huán)境適應(yīng)性和絕對(duì)安全性的全固態(tài)電池。該電池將優(yōu)先用于混合動(dòng)力汽車，并計(jì)劃在2028年推出能量密度達(dá)400Wh/kg的高必能全固態(tài)電池。

此外，國(guó)內(nèi)首臺(tái)全固態(tài)鋰電池量產(chǎn)線近期在北京亦莊正式投產(chǎn)，該產(chǎn)線由北京純鋰新能源科技公司投建，計(jì)劃先完成小批量試產(chǎn)，量產(chǎn)產(chǎn)線目標(biāo)產(chǎn)能為200MWh，相當(dāng)于能夠同時(shí)給20萬輛兩輪車進(jìn)行充電，滿產(chǎn)后每天可生產(chǎn)上千個(gè)固態(tài)鋰電池。

此外，包括上汽集團(tuán)、鵬輝能源、孚能科技、蜂巢能源、廣汽、東風(fēng)、長(zhǎng)安、贛鋒鋰業(yè)等，都在積極布局固態(tài)電池，證明未來在這一領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)將愈發(fā)激烈，已成為業(yè)內(nèi)必爭(zhēng)之地。

之所以將時(shí)間節(jié)點(diǎn)推至2027年，主要在于目前全固態(tài)電池還面臨著不少困難，除了上文的固-固界面問題，還包括鋰金屬負(fù)極應(yīng)用、硫化物電解質(zhì)在空氣中不穩(wěn)定，以及合成成本較高等難題。

以成本為例，此前蔚來汽車推出了一塊容量?jī)H150度電的半固態(tài)電池，但成本估算在30萬以上，這還只是半固態(tài)電池。從原材料來看，目前硫化物固態(tài)電解質(zhì)的成本普遍較高，約為195美元/公斤，遠(yuǎn)高于實(shí)現(xiàn)商業(yè)化所需的50美元/公斤。

不過隨著技術(shù)的成熟和制造工藝的優(yōu)化，制造成本有望大幅降低，預(yù)計(jì)2030年后，當(dāng)全固態(tài)電池應(yīng)用規(guī)模大于10GWh時(shí)，電芯價(jià)格將降至1元人民幣/Wh左右。預(yù)計(jì)到2035年，全固態(tài)電池的電芯價(jià)格將降至0.6-0.7元人民幣/Wh。

總結(jié)

作為顛覆能源行業(yè)的全固態(tài)電池技術(shù)，目前已經(jīng)看到不少企業(yè)正在投入研發(fā)，不過目前僅有寧德時(shí)代動(dòng)用大規(guī)模成本來進(jìn)行針對(duì)性的發(fā)展，這有望帶動(dòng)整個(gè)全固態(tài)電池技術(shù)加速落地。但目前由于受到技術(shù)、成本等各方面的原因，各家推進(jìn)全固態(tài)電池的時(shí)間基本在2027年左右，隨著技術(shù)的發(fā)展與成熟，2030年將有望進(jìn)行普及。