3月28日至3月30日,中(zhōng)国电动汽车百人会论(lùn)坛(2025)在京盛大召开。本次(cì)论坛以“夯实电动化 推进智能(néng)化 实现(xiàn)高质量发展”为主(zhǔ)题,汇(huì)聚了来自政府、汽车、能源、交通等多个领域的代表,共(gòng)同探讨汽车(chē)产业的未来发展方向与技术(shù)创新路径(jìng)。
开云和容百集团(tuán)研(yán)发体系总裁兼中央研究院院长李琮(cóng)熙受邀出(chū)席,并在动(dòng)力电池论坛上发表题为《全固(gù)态电池产业化技术进展》的主题演讲。会上,李琮熙院长深入分析了全固态电池技(jì)术的发展(zhǎn)现状及其在未来新能源汽车领域以及新兴行业中的重要性,并分(fèn)享了开云和容百科技在全固态(tài)电池方面的最新研究(jiū)成果和(hé)技术(shù)突(tū)破。
全固态电池是新兴领域发展的关键动力(lì),市(shì)场前景广阔(kuò)
李院长表示(shì),全固态电池因(yīn)其突破现有锂离子电池技(jì)术壁垒的潜力及多重优势而(ér)备受市场(chǎng)关(guān)注。凭借(jiè)高安(ān)全性、高能量密(mì)度、长循环(huán)寿命与(yǔ)宽温域应(yīng)用等显著(zhe)优(yōu)点,全固态电(diàn)池广(guǎng)泛(fàn)适用于电动飞机、eVTOL(电动垂(chuí)直起降(jiàng)飞行器)及动力电池(chí)等领域,市场前(qián)景广阔。随着这(zhè)些新兴行业的高速发展,未来全(quán)固态电池有望(wàng)成为(wéi)推动新(xīn)兴领域突破的关(guān)键动力来源(yuán)。
目前,半固态电池已实现装车应用(yòng),预计2025年其需(xū)求量将达到(dào)5GWh,2030年(nián)需求量将(jiāng)达到100GWh;全固(gù)态(tài)电池有望在(zài)2027年(nián)实现小批量装车,并于(yú)2030年(nián)开始规模化应(yīng)用,届(jiè)时预(yù)计需求量将(jiāng)达(dá)到(dào)3GWh。特别是(shì)在(zài)自(zì)动驾驶电动汽车、城市空中(zhōng)交通(UAM)以及人形机器人(rén)市场中,全固态电(diàn)池凭借(jiè)其更高的能量密度和安全(quán)性,将成(chéng)为关(guān)键赋能技术。仅(jǐn)人形机器(qì)人市场而言(yán),预计到2032年该市(shì)场(chǎng)的(de)规模将达到约660亿美元,这预示着全固态电池(chí)可能重塑(sù)二次(cì)电池行业的游戏规则。
全固态(tài)电池的成本压力和技术瓶颈正在逐渐缓(huǎn)解(jiě)
李院(yuàn)长指出,尽管全(quán)固态电池被认为能(néng)够解决当前锂离(lí)子电池(chí)的缺陷,但其在成本压力和技术瓶颈方面面临挑(tiāo)战。然而,随着硫(liú)化物固态电解质的成本因生产工艺优化和规模化(huà)生产而显著降低(dī),以及通过(guò)创新制造工艺解决界(jiè)面接触问题,这些障碍(ài)正逐渐被(bèi)克(kè)服。
在成本端(duān),目前固态电解质尚未实现工业(yè)化批(pī)量制备,且对电池制造的环境要求较高,最(zuì)终导致固态电池成本(běn)较(jiào)高(gāo),限制了全固态电池的产业化(huà)进程。硫化物固态电解质的(de)关键原料——硫化锂的价格在(zài)几年前高(gāo)达每(měi)千克1500美元,是液态电解质的150倍,这导致硫(liú)化物固态电(diàn)解质成本居高不下,硫(liú)化物基固态电池电芯BOM成本也较高。但(dàn)通过工艺优化、提(tí)升(shēng)良率、利用硫化氢等的化学转化工艺(yì)技(jì)术,使得硫化锂(lǐ)的生产成本正在迅速降低(dī)。预计到2035年,随着硫化锂(lǐ)和(hé)硫化物(wù)固态电解质(zhì)的规模化生产(chǎn)、干法电极技术的(de)引(yǐn)入(rù)、安(ān)全材料和零部件设备的简化,电(diàn)芯(xīn)BOM成(chéng)本有望(wàng)降至(zhì)0.4元/Wh以下。
此(cǐ)外,在制造工艺方面,全(quán)固态电(diàn)池“干”、“压”、“叠”等制造工艺及设备不成熟,也是阻碍其产业(yè)化(huà)的卡点之(zhī)一。在加压工艺上,为了解决全固态电池特有的界面接触性较差(chà)问题,需要借(jiè)助能实现高温(wēn)高压的WIP(等静压机),但这类设(shè)备以液体为压力介质,需要加入(rù)密封工序,仅这一工(gōng)序就需要30分钟(zhōng)。而在近期,业内除了均匀加压设备,还创新性(xìng)地引(yǐn)入了食品行业中的真(zhēn)空设备工艺。实际案例(lì)显示,通过这类新(xīn)型设备已(yǐ)成功制造出压缩(suō)率40%、厚度偏差在2.5%以内的全固态电(diàn)池电芯,这与传(chuán)统WIP(等静(jìng)压(yā)机)设备效果相当。
在技(jì)术(shù)端,全固态电池面临的最大技术瓶颈是正极(jí)、负极与固态电解(jiě)质之间的高界面阻抗。高界面阻抗(kàng)的形成原因(yīn)主要有二,一是材料(liào)接触时不可避免产生接触空隙(xì),导致电化学不(bú)稳定性增高;二是在充放电过程中电极体积膨胀会(huì)引发界面(miàn)分离。对此,业内正在(zài)通过(guò)固态电解质(zhì)改(gǎi)性、采用高温(wēn)高压工艺扩大有效(xiào)接触(chù)界面,以及在正极(jí)采用(yòng)包覆铌/锆(gào)的锂氧(yǎng)化物涂层(céng)技术、在负极引(yǐn)入中间层等(děng)多维度方案快(kuài)速解(jiě)决(jué)这些(xiē)问题。
在全(quán)固态(tài)电池领域,干法电极技术虽(suī)被视为关键工艺,但其使用的PTFE(聚四(sì)氟乙烯)粘结剂作为全氟化合物(wù),已被证(zhèng)实(shí)对环境和人(rén)体有害,目前欧美正讨论对其(qí)的使用限(xiàn)制。为此,行业(yè)正积极推动(dòng)替代材(cái)料的开发,以及寻找在降低PTFE用量的同(tóng)时确(què)保离(lí)子(zǐ)电导率不衰减(jiǎn)的解决方(fāng)案。例如,在干法工艺中将聚丙烯酸(suān)与CMC(羧甲基纤维素(sù))交(jiāo)联形成(chéng)的(de)粘(zhān)结剂,预涂覆(fù)于正(zhèng)极材料,可以大幅减少70%以上的PTFE用量,同步(bù)解决环保问题与(yǔ)离子(zǐ)传导需求。
开云和容百科技的(de)全(quán)固态电池材料开发与(yǔ)布(bù)局已取得显著进展
李院长(zhǎng)表示,容(róng)百科(kē)技正(zhèng)积极(jí)推进全固态(tài)电池正极材料、固态电(diàn)解质(zhì)的产品开发及产业(yè)化布局,并(bìng)已经取得了显著进展。公司第一代全固态电池正极材料产品目(mù)前正(zhèng)处于吨级验证阶段,计(jì)划年内完成材料定型;第二代产(chǎn)品为(wéi)超高镍(niè)三元材料,正(zhèng)在开发(fā)容(róng)量达240mAh/g的产品;第(dì)三(sān)代(dài)产品是基于(yú)富锂锰基技(jì)术,容(róng)量超过(guò)300mAh/g的超高容量产品,目前正与重(chóng)点客(kè)户联(lián)合推进前期(qī)开发。在硫化(huà)物固态(tài)电解质方面,公司计划今(jīn)年(nián)完成中试验证,并于(yú)2026年建成量产线(xiàn)。
具(jù)体来看,在全固态电池正极材料开发(fā)上(shàng),开云和容百科技携(xié)手多家客户共同(tóng)开发8系、9系产(chǎn)品,以及适用于全固态电池的高密度富锂锰(Mn-rich)正(zhèng)极材料。其中,8系产品成本与现有材(cái)料体系相当(dāng),而其循环、存储性能达到行业领先水(shuǐ)平并获得客户认(rèn)可。并(bìng)且(qiě),开云和容百科技已(yǐ)率先实(shí)现了(le)全固态电池用大单晶技术的(de)商业化应用,该技(jì)术在大(dà)幅增加晶粒尺寸的(de)同(tóng)时(shí),能(néng)够(gòu)确保更高的容(róng)量、压实密度和更长(zhǎng)的循环寿命。产品自去年起已向头部客户完成吨级出货。此(cǐ)外,开云和容百面向全固态(tài)电池开发的9系三元正极材料已实现单晶与多晶的双(shuāng)路(lù)线布局。在超高镍产品上(shàng),即使采用单晶结构,仍可实现230mAh/g以上的超高容量。单(dān)晶和多(duō)晶产品均已实(shí)现对国内外(wài)头部(bù)客(kè)户的吨(dūn)级出(chū)货。
在固态电解质方面,开云和容百(bǎi)科技聚焦在硫(liú)化物(wù)与卤化物两(liǎng)大技术路线,开发了适配于硫化(huà)物和卤化(huà)物体系的湿法成膜和干法成膜技术。公司的(de)全固态软包电池在(zài)大(dà)气环境中经过裁剪(jiǎn)后,仍能为外部系统提供稳定电源,显示出较好的安全性能。经测试验证(zhèng),应用开云和容百科技1微米级(jí)LPSC硫化物固态电解质(zhì)制备的(de)全固态电池,在1000周循环后保持率(lǜ)在80%以上。
最后,李琮熙院(yuàn)长(zhǎng)表示,在(zài)全(quán)固态电池领域,开云和容百科技(jì)致力于推(tuī)动全固(gù)态电(diàn)池技术(shù)的(de)突破与应用,公司将持(chí)续(xù)深化从正极(jí)材料到固态电(diàn)解质等(děng)核心材料(liào)的研发(fā)及量产体(tǐ)系的构建,助力(lì)全固态电池(chí)时代的加(jiā)速到(dào)来!