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近日,海目星与欣界能源达成战略合作的消息,再度点燃了业界对固态电池的热情。今年4月,智己汽车就宣布新发布的智己L6车型将将率先搭载行业首个量产上车的超快充固态电池,该固态电池CLTC续航超过1000km;峰值充电功率达400kW,充电12分钟续航增加400km;具有远超国标的电池安全标准。
固态电池凭借高能量密度和可靠的安全性,被认为是下一代动力电池产品的代表。各国车企和电池大厂正加紧研发脚步,争取早日实现商业化量产。除新能源汽车外,固态电池在储能、船舶和eVTOL等领域的需求,预计也将推动百GWh至TWh级别的市场发展。
固态电池面临的技术挑战
相较于锂电池,虽然固态电池的优势明显,但是为了实现商业化量产,需要在材料体系和制备工艺两方面取得进展,解决现有技术中的短板问题。此外,固态电池在成膜、电极材料和电池封装等环节的生产工艺,较传统液态电池更为复杂,需要定制化和优化制备工艺,以提高生产效率和一致性,降低成本。说到底,固态电池的量产需要整个产业链的协同发展,其中包括材料供应、制造工艺、设备开发等环节的紧密合作。
此前,时代高科研究院院长杨毅博士在“安全与效率:固态电池制造过程中的关键考量”主题演讲中指出,固态电池生产面临三大干燥挑战,一是高温的烘烤技术,未来温度将远高于目前干燥温度;二是固态电池生产易产生气孔和裂纹,在整个加工过程中要提高压紧的能力;三是对干燥环境控制,生产环境要求极高。时代高科的思路是激光干燥,激光能量比较集中,可提高能量使用的效率,可直接对极卷进行激光的烘烤。
除激光干燥外,激光技术以高效、可控、精准的加工特点,也将在未来的固态电池产业发展中扮演重要的角色。利用激光可以精确制造出所需的电极材料和纯净的固态电解质,并且可以实现微米级别的控制。同时,激光技术还能够精确控制电极材料的形貌和结构,从而对固态电池的性能进行优化。例如,通过激光制造出具有分级孔径的电极材料,可以增加电解液在电极材料中的扩散速率,提高电池的性能。激光加工电极材料表面,实现精准的纳米级别控制。
另外,固态电池在使用过程中面临的一大问题是电极材料与电解质之间的接触电阻,难以保证电池的高效率和长寿命。而利用激光技术可以制造出具有良好接触性能的电极材料和电解质。例如,激光技术可以在电极材料表面制造出精细的纳米结构,实现电极材料与电解质的紧密结合,提高电池性能。
国内企业加快市场布局
随着市场对固态电池逐渐升温。国内激光企业也加紧了市场布局,利元亨具备生产固态电池生产线相关设备的技术方案,并具有单机、整线设备的交付经验。得益于平台型技术布局,公司在固态电池核心工艺方面,比如在电池生产中提质降本的关键点-干法电极技术以及固态电池较为核心技术-叠片已有较深入研究和积累,拥有相对应专利布局,并已生产出相关设备。
联赢激光为客户提供了包括激光焊接设备在内的固态电池装配线。公司在接受机构调研时表示,两年前就做了固态电池的产线,在设备技术上具有一定的成熟度,已经给数家客户提供了激光焊接设备及装配线。
海目星在答投资者问时谈到,公司长期推进固态电池领域的技术研发工作,现已取得了进展性突破。目前已在准固态电池设备上形成交货和中试产线量产,公司的准固态电池技术路线采用氧化物固态电解质和金属锂作为负极,电解液含量低于10%,能量密度超过480Wh/kg,目前客户反馈与订单预期良好。
国内外对固态电池的研究进展
韩国科学技术院(KIST)和劳伦斯-利弗莫尔国家实验室(LLNL)的研究人员,在开发高能量密度全固态电池方面取得了重大进展。最新的研究重点是设计和合成稳定的固态电解质,这对更安全、更高效的锂电池技术至关重要。
传统的锂离子电池使用液态电解质,有起火和爆炸的危险。为解决这一问题,研究人员正在探索不易燃的固态电解质。虽然硫化物固态电解质具有出色的离子导电性,但其与高压阴极材料的化学性质不稳定,阻碍了商业可行性。因此,业界转向了氯化物基固态电解质,该材料以在高压条件下的稳定性而著称。
高能量密度全固态电池的开发重点是更安全、更高效的锂电池技术
联合研究团队利用计算科学开发出了一种氟替代高压稳定氯基固态电解质。LLN先进的超级计算设施在设计过程中发挥了重要作用,并在KIST进行了实验验证。合成的电解质表现出令人印象深刻的高压稳定性,电压超过4V,可与商用锂离子电池媲美。进一步的研究,将侧重于优化材料合成工艺和电极制造技术。
国内头部电池企业欣旺达在接受中国日报独家专访时表示,通过技术创新,公司预计可以在2026年将聚合物体系的全固态电池成本降至2元/Wh,这与半固态电池成本接近。这也是欣旺达首次对外详细公开在全固态电池上的进展。
欣旺达中央研究院院长徐中领表示,公司已经完成了容量达到20Ah、能量密度达到400Wh/kg以上的全固态电池小试。正在同步建设全固态电池产线,预计2026年实现量产,产能可达1GWh。
尽管日韩在全固态电池研发上走在了前列,中国具有完善的电池供应链和产业生态和规模经济效应,叠加政府政策支持和企业资金投入,中国在降低全固态电池成本方面有一定的优势。