當前,，新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展勢頭強勁,，固態(tài)電池與硅基負極技術(shù)作為其中的關(guān)鍵力量，正引領(lǐng)著行業(yè)不斷向前發(fā)展,。在日前舉行的第五屆中國固態(tài)電池科技大會暨第四屆中國硅基負極材料技術(shù)大會上,，專家表示,，固態(tài)電池以其高能量密度,、卓越的安全性與長循環(huán)壽命等優(yōu)勢,，成為全球各大科研機構(gòu)與企業(yè)競相布局的戰(zhàn)略高地。硅基負極材料則憑借超高理論比容量的優(yōu)勢,，為提升電池性能開辟了全新路徑,。兩項技術(shù)的協(xié)同發(fā)展,，正在為電動汽車,、電動飛機、智能機器人乃至“低空經(jīng)濟”勾勒出無限可能,。不過,，其大規(guī)模商業(yè)化仍面臨技術(shù)成熟度、成本控制,、工藝優(yōu)化等多重考驗,。
固態(tài)電池體系繁雜多樣
目前，固態(tài)電池技術(shù)路線呈現(xiàn)多元化發(fā)展格局,，四種電解質(zhì)技術(shù)路線憑借各自性能優(yōu)勢并行推進,。
回顧行業(yè)發(fā)展歷程，驥千里（蘇州）新能源有限公司總經(jīng)理馬健表示,，從實驗室的理論探索到工程化的技術(shù)驗證,，再到產(chǎn)業(yè)化的逐步推進，每一次突破都凝聚著無數(shù)科研人員和從業(yè)者的心血與智慧,。目前,，包括東風汽車、廣汽埃安等在內(nèi)的車企,，已經(jīng)在固態(tài)電池技術(shù)布局上取得顯著進展,，部分車企的裝車應用更是標志著該項技術(shù)正快速走向市場。而在硅基負極材料領(lǐng)域,，貝特瑞等企業(yè)不斷優(yōu)化技術(shù)路線,、推動產(chǎn)品迭代升級、驅(qū)動產(chǎn)能逐步擴大,，推動整個產(chǎn)業(yè)向著更高水平邁進,。
圖為參觀者在展會上了解用于制造新能源汽車電池的材料。資料照片
從目前的技術(shù)路線看,，固態(tài)電池體系繁雜多樣,。溧陽中科固能新能源科技有限公司董事長吳凡表示,，目前，固態(tài)電池的主要技術(shù)路線包括氧化物,、聚合物,、硫化物和鹵化物四種。其中,，氧化物具有最強的穩(wěn)定性,，適合多種電池體系；聚合物作為機械性能優(yōu)良的介質(zhì),，能夠提供良好的延展性,；硫化物的離子傳導能力強；鹵化物在高電壓穩(wěn)定性方面表現(xiàn)優(yōu)異,。
在固態(tài)電池發(fā)展過程中,，硅基負極作為提升鋰離子電池能量密度的關(guān)鍵材料，能夠與固態(tài)電池的四種電解質(zhì)技術(shù)路線相匹配,，實現(xiàn)性能協(xié)同提升,。但由于各技術(shù)路線特點不同，目前產(chǎn)業(yè)界在同步推進多條路線,。
“雖然固態(tài)電池有多種技術(shù)路線,，各有優(yōu)缺點，但目前尚未有一種技術(shù)能夠完全滿足大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化需求,。不過,，硫化物固態(tài)電解質(zhì)因其獨有的技術(shù)優(yōu)勢而備受業(yè)界關(guān)注，被視為最有望率先實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的技術(shù)路徑之一,?！眹?lián)汽車動力電池研究院高級研究主管劉丙學表示。
硅基負極應用“如虎添翼”
硅基負極材料憑借超高理論比容量等優(yōu)勢,，正加速滲透消費電子,、動力電池、低空經(jīng)濟等領(lǐng)域,，該材料的產(chǎn)業(yè)化進入“多點開花”階段,。同時，沉積工藝穩(wěn)定性等仍是規(guī)?；瘧玫缆飞嫌写鉀Q的問題,。
硅基負極材料因其高比容量、快充等優(yōu)勢被視作理想的下一代負極材料,。孚能科技（688567.SH）材料研發(fā)高級經(jīng)理李紅生介紹,，硅負極具有超高比容量、比石墨略高的脫嵌鋰電位，不易析鋰,，安全性更高,。硅基負極的容量是現(xiàn)有石墨負極的2至10倍，能量密度可提升至400Wh/kg以上,。
正是基于這些顯著的技術(shù)優(yōu)勢,，硅基負極材料目前已在多個場景逐步開啟規(guī)模級應用。中信證券研報認為,，在消費電池方面,，各大手機廠商在推出的自家電池技術(shù)中大范圍采用硅碳負極，目前搭載硅碳負極的機型已經(jīng)下降到一千元的價位,；在動力電池方面,，寧德時代等頭部電池廠商發(fā)布高能量密度電池；此外,，在電動飛機,、機器人等高性能需求場景中，硅碳負極電池技術(shù)亦具備廣闊應用前景,。
李紅生進一步表示,，硅負極是提升電池能量密度的關(guān)鍵材料，有望在高端電動汽車,、電動飛機和機器人等領(lǐng)域得到規(guī)模化應用,，助力我國“低空經(jīng)濟”發(fā)展,。目前，國內(nèi)硅碳技術(shù)發(fā)展較快,，產(chǎn)品性能的同質(zhì)化比較嚴重,，部分企業(yè)在多孔碳上進行設(shè)計，進一步開發(fā)低膨脹硅碳,，但主要存在的問題是沉積工藝和生產(chǎn)批次穩(wěn)定性有待進一步提高,。
在產(chǎn)業(yè)化實踐中，李紅生表示,，孚能科技開發(fā)的高能量密度動力電芯,，具有優(yōu)異的循環(huán)性能和安全性能，國外和國內(nèi)眾多電動飛機企業(yè)均已評測,，部分已定點生產(chǎn),。
馬健對《經(jīng)濟參考報》記者表示，目前公司新型全固態(tài)電池技術(shù)已具備量產(chǎn)條件,，正在洽談合建產(chǎn)線,。該技術(shù)的應用場景基本覆蓋動力電池和3C消費電子領(lǐng)域，其中第二代工藝流程將面向無人機、機器人,、飛行汽車等前沿應用領(lǐng)域,。
規(guī)模化應用仍存挑戰(zhàn)
盡管固態(tài)電池和硅基負極材料均在技術(shù)層面展現(xiàn)出巨大潛力,，應用前景值得期待,。但是，與會專家同時指出,，固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化仍面臨技術(shù)成熟度,、成本控制、工藝優(yōu)化等多重考驗,。
馬健表示,，固態(tài)電池和硅基負極技術(shù)在邁向大規(guī)模商業(yè)化應用的道路上仍面臨諸多挑戰(zhàn)，包括固態(tài)電解質(zhì)離子電導率提升,、界面穩(wěn)定性優(yōu)化,、硅基材料體積膨脹控制以及成本降低等。
上海溥天同澤企業(yè)管理顧問中心總經(jīng)理張新澤指出,，成本問題仍是制約固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵因素,。當前，硫化物電解質(zhì)成本居高不下,。按照硫化鋰單價400萬元/噸進行測算,，硫化物電解質(zhì)的成本將達到140萬元/噸。但長期來看,，固態(tài)電池材料成本將持續(xù)下降,。
浙江星楷科技有限公司總經(jīng)理黃璟強調(diào)，全固態(tài)電池不僅是結(jié)構(gòu)和材料的創(chuàng)新,，還需要工藝和設(shè)備方面的協(xié)同發(fā)力,，目前仍有較多科學與工程方面的問題亟待解決。固體電解質(zhì)作為全固態(tài)電池的核心材料,，其性能提升,、微納化處理和低成本化等方面仍面臨諸多挑戰(zhàn)。此外,，電極體系的合理構(gòu)建,、粘結(jié)劑和溶劑的篩選以及適配集流體的選擇，同樣面臨挑戰(zhàn),。
“全固態(tài)電池工程化工藝尚不成熟,。”劉丙學表示,，滿足高比能全固態(tài)電池要求的電極工藝路線尚不明確,，干法和濕法工藝各有其優(yōu)缺點。目前，全固態(tài)電池一體化成型工藝尚不成熟,，滿足批量化生產(chǎn)的工程裝備還有待進一步開發(fā),。
寧德時代（300750.SZ）技術(shù)顧問趙鵬程指出，界面問題是固態(tài)電池技術(shù)發(fā)展中最突出的瓶頸,。固態(tài)電池在實際應用中面臨多重技術(shù)難題,，包括界面接觸不良導致的阻抗增大、溫度變化引起的界面穩(wěn)定性問題,，以及電池在充放電過程中的體積變化對界面造成的機械應力等,。這些問題不僅影響電池的電化學性能，還直接關(guān)系到電池的安全性和使用壽命,。
在解決方案方面,，趙鵬程表示，寧德時代的技術(shù)創(chuàng)新重點是在解決界面問題的同時控制成本,，這直接關(guān)系到固態(tài)電池技術(shù)的商業(yè)化價值,。公司通過綜合考慮材料特性、工藝優(yōu)化和設(shè)備集成等多個維度,，力求在技術(shù)先進性和經(jīng)濟可行性之間找到最佳平衡點,。
