固態(tài)電池“上車”提速 電池材料持續(xù)進(jìn)步

南方財(cái)經(jīng)全媒體記者林典馳 深圳報(bào)道

現(xiàn)如今，人們穿梭在馬路上綠牌新能源汽車早已司空見(jiàn)慣，2022年全國(guó)新能源汽車滲透率也達(dá)到了25.6%，而在9年前僅為0.03%。

動(dòng)力電池占到新能源汽車成本40%，電池成本的快速下降對(duì)新能源汽車進(jìn)入千家萬(wàn)戶起到了至關(guān)重要的作用。

“2025年預(yù)計(jì)全球新能源汽車的銷量將達(dá)到1600萬(wàn)輛，而新能源汽車的發(fā)展也帶動(dòng)了動(dòng)力電池的發(fā)展，預(yù)計(jì)在2025年動(dòng)力電池的需求量達(dá)到1120GWh?！壁M鋒鋰業(yè)技術(shù)中心總經(jīng)理彭愛(ài)平談到。

數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)前中國(guó)動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)規(guī)模第一，全球市場(chǎng)份額占60%以上。廠商之間競(jìng)爭(zhēng)愈發(fā)“內(nèi)卷”，如何保持和發(fā)展的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，規(guī)模領(lǐng)先、技術(shù)先進(jìn)是非常重要的話題。

6月16日，2023（第二十七屆）粵港澳大灣區(qū)車展暨新能源汽車博覽會(huì)正式開(kāi)幕，在下午的動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)新賽道探索論壇，與會(huì)專家探討了上述話題。

當(dāng)前，影響消費(fèi)者選擇新能源汽車有續(xù)航里程、安全性等因素。提升續(xù)航里程則意味著在相同的體積下，提升電池的能量密度。

“電池能量密度提升，新材料體系占40%，另外60%的貢獻(xiàn)是來(lái)自制造業(yè)，包括寧德時(shí)代、比亞迪的先進(jìn)制造技術(shù)把能量密度提升?！鼻迦A大學(xué)深圳國(guó)際研究生院教授李寶華談到。

寧德時(shí)代董事長(zhǎng)助理孟祥峰談到，寧德時(shí)代打造數(shù)字化電池，所有設(shè)計(jì)都是有數(shù)學(xué)模型可計(jì)算、可量化，不是過(guò)去簡(jiǎn)單用材料實(shí)驗(yàn)，更多創(chuàng)新成果來(lái)自于模型計(jì)算和大數(shù)據(jù)的應(yīng)用。

在他看來(lái)，電池是典型的高端制造行業(yè)，制造領(lǐng)域朝著自動(dòng)化、數(shù)字化和智能化的方向不斷突破原有的極限。目前，寧德時(shí)代每天生產(chǎn)220萬(wàn)個(gè)電芯，生產(chǎn)線上有6800個(gè)的質(zhì)量監(jiān)控點(diǎn)。并且，通過(guò)大量的人工智能和自動(dòng)化的技術(shù)，大幅度降低人員的使用，目前第八代產(chǎn)線在寧德的最新工廠已經(jīng)投產(chǎn)，工廠大幅降低了人員參與和人工操作失誤對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響。

預(yù)計(jì)固態(tài)電池2026年商業(yè)化

《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖》中提出，2025年動(dòng)力電池能量密度達(dá)到400Wh/kg，2030年達(dá)到500Wh/kg?！叭囯姵伢w系極限密度在300Wh/kg，離這個(gè)目標(biāo)還是相差比較遠(yuǎn)?！迸韾?ài)平談到。

貝特瑞硅氧產(chǎn)品線總經(jīng)理龐春雷談到，動(dòng)力電池能量密度提升分為兩大方向：一是材料設(shè)計(jì)方向，材料本身克容量的提升，包括正極、負(fù)極。二是電芯設(shè)計(jì)，包括增加電芯的尺寸、增加活性物質(zhì)含量，例如比亞迪刀片電池的設(shè)計(jì)理念，PACK結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)。

“在安全性方面，材料和電池廠商也正積極探索，主要是往電解液添加添加劑，對(duì)隔膜進(jìn)行陶瓷、氧化鋁涂覆，增加陶瓷、隔膜的機(jī)械強(qiáng)度以及耐高溫性能。同時(shí)采用更安全的正極材料，比如磷酸鐵鋰材料?！迸韾?ài)平談到。

在彭愛(ài)平看來(lái)，根本上解決電池的安全性和提高能量密度，固態(tài)電池會(huì)是較好的發(fā)展方向。

這是因?yàn)楣虘B(tài)電池含有少量電解液，基本上采用固體的材料，即使在電池發(fā)生熱失控的情況下也不會(huì)發(fā)生自燃的情況。固態(tài)電池可以用金屬鋰作負(fù)極材料，提升電池的能量密度。

彭愛(ài)平在PPT上分享了固態(tài)電池和三元鋰電池進(jìn)行針刺實(shí)驗(yàn)的情況，三元鋰電池?zé)o法通過(guò)針刺實(shí)驗(yàn)，針刺過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生自燃現(xiàn)象。固態(tài)電池通過(guò)針刺，除了有針孔，電池不會(huì)發(fā)生其他破壞，表現(xiàn)出非常好的安全性能。

當(dāng)前，全球各大研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)均開(kāi)展固態(tài)電池領(lǐng)域的相關(guān)研究，國(guó)內(nèi)諸如中科院的相關(guān)研究所，寧德時(shí)代、贛鋒鋰業(yè)均有固態(tài)電池的相關(guān)研究，贛鋒鋰業(yè)第一代固液混合電池已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化，已經(jīng)裝車運(yùn)營(yíng)。

彭愛(ài)平談到，全固態(tài)電池近期比較難商業(yè)化，至少在2026年以后全固態(tài)電池才能商業(yè)化應(yīng)用。近幾年固液混合電池可能大規(guī)模應(yīng)用，很多公司實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，裝載到新能源汽車上，蔚來(lái)等車企也正在測(cè)試。隨著固液混合電池規(guī)?；耐茝V，跟三元電池相比材料成本會(huì)逐漸降低，材料成本低于傳統(tǒng)的三元鋰電池材料。

電池材料持續(xù)迭代

正如李寶華所言，電池技術(shù)進(jìn)步，與材料有著密不可分的關(guān)系。雖說(shuō)固態(tài)電池是未來(lái)產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向，但目前電池技術(shù)路線仍以三元電池和磷酸鐵鋰電池為主，電池材料則主要包含正極、負(fù)極、隔膜、電解液等四大部件。

龐春雷談到，三元正極材料的高鎳化已經(jīng)非常明顯，貝特瑞聚焦高鎳三元開(kāi)發(fā)，研發(fā)方向主要為高鎳的NCM（鎳鈷錳）和NCA（鎳鈷鋁），通過(guò)提升電池的能量密度，高鎳三元材料可以兼顧長(zhǎng)里程和快充方向的應(yīng)用需求。

開(kāi)發(fā)高鎳材料最主要是通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)增加穩(wěn)定性，主要方向?yàn)楹藲そY(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、徑向生長(zhǎng)結(jié)構(gòu)、異質(zhì)等結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，通過(guò)這些方向提高材料的穩(wěn)定性，提高電池性能。

負(fù)極方面，目前市場(chǎng)主流的硅基負(fù)極材料主要包括硅碳復(fù)合材料和硅氧負(fù)極材料，2022年硅基負(fù)極材料出貨量已經(jīng)超過(guò)3000噸，占絕大部分的市場(chǎng)份額。

“貝特瑞硅碳材料基本上做到量產(chǎn)一代、儲(chǔ)備一代、開(kāi)發(fā)一代。貝特瑞第四代產(chǎn)品已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了量產(chǎn)，容量可以達(dá)到1800mAh/g，新一代硅氧產(chǎn)品已經(jīng)量產(chǎn)，首次效率達(dá)到90%以上，基本上接近了石墨的水平?！饼嫶豪渍劦?。

龐春雷補(bǔ)充，硅碳材料的發(fā)展方向朝著高容量發(fā)展，貝特瑞最新第三代材料克容量為1800 mAh/g，技術(shù)路徑是納米化、碳包覆、復(fù)合。缺點(diǎn)是首效比較低，開(kāi)發(fā)的方向是提高首效，第一代硅氧材料是77%，第二代提高到83%左右，第三代可以到90%以上，技術(shù)路徑是進(jìn)行一定的遇鎂化，通過(guò)這樣的途徑提高效率。

電解液則是電池的血液，承載著電芯整體鋰離子電池在正極和負(fù)極之間的傳播。

電解液占到電池成本的10%與15%，主要取決于上游鋰鹽價(jià)格的波動(dòng)，2021年新能源汽車的產(chǎn)銷量激增，六氟磷酸鋰供不應(yīng)求，價(jià)格從11萬(wàn)元/噸狂飆到59萬(wàn)元/噸，2023年一季度價(jià)格又出現(xiàn)了跳水式下跌，直接跌到8萬(wàn)元/噸，5月份又開(kāi)始上漲，過(guò)去半個(gè)月，六氟磷酸鋰價(jià)格上漲了接近60%。

新宙邦科技股份有限公司研究院副院長(zhǎng)錢(qián)韞嫻談到，很多企業(yè)手中有礦心里不慌，但對(duì)于電解液研發(fā)企業(yè)來(lái)說(shuō)，更多的還是希望通過(guò)配方優(yōu)化降低成本。