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除了端到端，全固態(tài)電池正迎來豪賭，各路選手紛紛“上桌”。
全固態(tài)電池，正在迎來豪賭“All in”。各路選手紛紛“上桌”了。
先看最近的四條專利信息，分別是華為和寧德時代的。華為的專利名稱為“摻雜硫化物材料及其制備方法、鋰離子電池”，剛剛于11月5日通過國家知識產權局的初步審查。
而國家知識產權局公布的寧德時代三項固態(tài)電池專利，分別為“改性固態(tài)電解質及其制備方法、固態(tài)電池及用電裝置”、“固態(tài)電解質膜及其制備方法、固態(tài)電池、用電裝置”和“固態(tài)電池單體及其制造方法”。
寧德時代的專利不用講，華為專利的消息則信號意義大于實際意義，當然誰都不會輕視。此外，另一家電池巨頭比亞迪，則早在8月7日申請了全固態(tài)電池發(fā)明專利。
不僅是專利，電池龍頭老大寧德時代最近也有新動靜。據媒體爆料，寧德時代也帶入千人規(guī)模的巨額資源，來豪賭一把全固態(tài)電池。一時間，忽有風云變幻之感。
01、賭未來
此前的9月動力電池大會上，寧德時代董事長曾毓群曾透露，全固態(tài)電池的行業(yè)研發(fā)水平還不高，寧德時代自己的研發(fā)也就處于TRL(技術成熟度)等級4的水平，也即是技術定型的階段，計劃到2027年提升至TRL7~8級的水平，可能實現(xiàn)小批量生產。
曾毓群還講，與競爭對手相比，寧德時代的研究“領先一大步”，是“Second to none（首屈一指）”。是不是我們不知道，但是，架不住行業(yè)對手對固態(tài)電池的希望和熱情。這不，華為也入場了。
此次，華為專利發(fā)明的摻雜硫化物材料，對金屬鋰（作為負極）具有較佳的穩(wěn)定性，可以作為硫化物固態(tài)電解質應用在鋰離子電池中，使得鋰離子電池具有較長的使用壽命。
這個發(fā)明專利的背景是，硫化物固態(tài)電解質采用的材料與金屬鋰負極之間的電化學穩(wěn)定窗口較窄，充放電過程中“固固界面”的副反應嚴重。
雖說硫化物固態(tài)電解質是目前幾種固態(tài)電解質中最具潛力的，是室溫離子電導率較高的固態(tài)電解質。但是，目前仍然無法解決固固界面的嚴重副反應。這也是行業(yè)難題，目前還沒什么好的辦法。
華為此次提出了一個看似不錯的解決辦法。行不行，目前沒什么資料。但是，這意味著華為動手了。
主攻硫化物路線的，當然還有龍頭寧德時代。據媒體爆料，寧德時代在近期已進入20Ah樣品試制階段，換句話說，是進入了生產技術探索階段。團隊方面，寧德時代已將全固態(tài)電池研發(fā)團隊擴充至超1000人。
從此前的跟隨到下決心豪賭，寧德時代對固態(tài)電池的規(guī)劃時間線與豐田汽車、LG新能源、三星 SDI 等類似，略快于比亞迪?，F(xiàn)在明顯加速了。
去年年中，寧德時代首席科學家吳凱曾說，“如果豐田說今天能量產全固態(tài)電池，我持懷疑態(tài)度，目前全行業(yè)誰都不具備量產全固態(tài)電池的能力。至于2027年能否量產，作為技術人員，我也很難說得準確?！?/p>
但今年3月，吳凱卻在一次論壇上分享了寧德時代的全固態(tài)電池研發(fā)進展。半年后，曾毓群又披露了“2027年小規(guī)模量產全固態(tài)電池”的時間表。
4月，吳凱在國際電池技術交流會上再次表示，寧德時代已建成10Ah全固態(tài)電池性能驗證平臺，且在全固態(tài)電池的正負極材料、工藝和制造設備上都有技術進展。
在大部分固態(tài)電池公司連幾個億的實驗室都建不起來的情況下，寧德時代舍得投入十億級別的資源和人員去豪賭固態(tài)電池，可謂前所未有的信心。
我在此前的多篇文章中也說過，固態(tài)電池的問題沒那么快解決，可能到半固態(tài)電池達到技術和成本的平衡后就終止了。
實際上，在我看來，只有高端長續(xù)航車型、eVTOL（電動垂直起降飛行器）等方向對固態(tài)電池需求明確。
因為，eVTOL對電池的能量密度、功率、倍率、安全性、快充及長壽命等指標的要求更高，目前量產的電池能量密度尚無法達到。所以，全固態(tài)電池是更好的動力來源，且eVTOL對成本相對不敏感。中信證券也提到，eVTOL成為固態(tài)電池重要落地場景。
根據中國汽車動力電池產業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟發(fā)布的數(shù)據，今年上半年，半固態(tài)電池裝車量達2.2GWh，算是初具規(guī)模。
但是，為什么大家現(xiàn)在還要豪賭呢？
一方面，是現(xiàn)有的鋰電池不完美，存在安全方面的漏洞。另一方面，還是體積和重量相對較大，而固態(tài)電池的解決方案從各方面看起來都很完美。而已。問題是，能不能達到“勝利彼岸”的目標呢？
02、找到辦法
最早開始研發(fā)固態(tài)電池的是豐田汽車。豐田汽車很早就聲稱，會在2027年量產固態(tài)電池。2024年，雖然發(fā)布了10分鐘充滿、1200公里續(xù)航的最新電池動態(tài)和2026年開始量產的消息，但是，據《豐田時報》的一篇文章稱，實際量產計劃在“2030年及以后”。換句話說，量產的時間反轉再反轉。
而國內的情況更魔幻，時不時就會有固態(tài)電池上車的新聞和消息發(fā)布，但是，稍微研究一下，都是過渡狀態(tài)的半固態(tài)電池，加了“全”字的也都是偷換概念。一句話，全是營銷手段。
不過，今年以來，固態(tài)電池的發(fā)布倒是正式多了。比如，前不久奇瑞發(fā)布鯤鵬電池的時候，明確表示2026年上車，甚至演示了切了一角后還能正常使用的固態(tài)電池VCR。
而寧德時代因為非常清楚電池的區(qū)隔，所以固態(tài)電池的時間表會更靠譜，更符合實際。
目前，固態(tài)電池主要有硫化物、氧化物和聚合物三種技術路線。就像前面所說的，寧德時代選擇了與豐田汽車類似的硫化物路線。吳凱在此前的技術論壇上也說，硫化物路線的性能上限最高且量產進度最快。
此外，還有鹵化物等新的技術路線，比如，比亞迪正著重研發(fā)鹵化物的固態(tài)電池。
之所以寧德時代和豐田選擇硫化物電解質，一個是其中的鋰離子導電率跟液態(tài)相近，一個是在材料方面不會被“卡脖子”。當然，現(xiàn)在的硫化物還是非常難制備、造價高昂，價格也是非常高的，目前一公斤硫化物材料售價超過500美元。還有，硫化物電解質易氧化產生有毒氣體。
說穿了，這幾種技術路線都存在相應的基礎缺點。包括前面講的“固固界面”的問題，還有“鋰枝晶”的問題等。
此外，全固態(tài)電池的生產制造工藝跟現(xiàn)有的電池生產工藝不兼容，需要重新發(fā)明多項工藝，自然制造成本就更高了。
不過，從吳凱在《車用全固態(tài)電池研發(fā)和產業(yè)化發(fā)展》的演講來看，寧德時代已在10Ah的樣品階段找到了解決這些難題的思路和辦法。
簡單來說，寧德時代全固態(tài)電池的解決方案是，高鎳三元正極顆粒從多晶換成單晶材料，并且進行雙層包覆，第一層無機氧化物包覆，抑制界面的反應，第二層固體電解質包覆，提升界面離子擴散。
這是為了提高結構穩(wěn)定性。正負極和固態(tài)電解質的接觸界面則依靠自研的多功能復合粘結劑來構筑穩(wěn)定高效極片導電網絡，即提高導電率。
負極方面采用鋰金屬或者合金，用硫化物固態(tài)電解質進行疏水層包覆，在電芯封口前再去除疏水層，來提高空氣穩(wěn)定性。
此外，目前寧德時代能將固態(tài)電池的正極克容量（影響電池能量密度的關鍵指標）做到230mAh/g ，并將復合正極的使用壽命提升到6000次。不過，從發(fā)布的數(shù)據圖看，容量的波動率相對有點大。
對于鋰枝晶問題，寧德時代提出了一種解決新思路，用可以靈活改變體積性狀的材料自動填充可能滋長鋰枝晶的縫隙（相變自填充技術），同時用親鋰性界面層設計，實現(xiàn)高性能鋰金屬負極。
按照我的理解，就是用有很強的柔性、又有良好導電率的“海綿體”來抑制鋰枝晶的生長。
此外，疏水層包覆后的硫化物電解質，能在-40℃露點（衡量環(huán)境干燥度的指標）的環(huán)境中保持穩(wěn)定，電導率能保持在60%左右。規(guī)?；院?，電解質成本也有望大幅度降低。
除了對材料的改進，寧德時代也突破了干法電極、超薄電解質轉印、等靜壓一體成型等制造技術。只是，這離量產還有很遠距離，寧德時代還得解決諸多工程難題。
如今，不僅企業(yè)在加碼固態(tài)電池，同樣，上面也給予了重點關注。此前，炒得沸沸揚揚的一件事就是，給產業(yè)界的全固態(tài)電池研發(fā)補貼超過60億元，當然，其中部分資金需要企業(yè)的研發(fā)項目取得進展后才能到位，“不見兔子不撒鷹”嘛。上面的目標是2027年實現(xiàn)全固態(tài)電池的小規(guī)模量產。
領導支持，群眾擁護，固態(tài)電池的產業(yè)化也正在不斷取得新進展。不過，目前還都是以半固態(tài)電池為主。
那么，究竟誰能主宰全固態(tài)電池的沉浮呢？每次有新消息來忽悠的時候，都會想到這個問題。
作者丨王小西
責編丨北? ?岸
編輯丨王? ?越
