2024年，大量的整車企業(yè)和電池企業(yè)，都公布了全固態(tài)電池的研發(fā)進展，發(fā)布了量產(chǎn)計劃。
尤其去年有消息稱，政府投入60億支持固態(tài)電池的研發(fā)，寧德時代、比亞迪、一汽、上汽、吉利和衛(wèi)藍新能源等六家企業(yè)作為項目鏈主單位獲得政府基礎(chǔ)研發(fā)支持。此后，各家的固態(tài)電池進展開始在明面上披露出來，亮出態(tài)度和能力。
近日，比亞迪、一汽、廣汽在中國全固態(tài)電池創(chuàng)新發(fā)展高峰論壇中都分享了全固態(tài)電池進程以及思考，帶來了純純干貨內(nèi)容。
01.比亞迪：首談成本測算
比亞迪CTO孫華軍在中國全固態(tài)電池創(chuàng)新發(fā)展高峰論壇分享了過去做了哪些工作以及對全固態(tài)電池的思考。
圖片來源：比亞迪CTO孫華軍《固態(tài)電池技術(shù)發(fā)展》（下同）
孫華軍介紹到，比亞迪最早是從2013年啟動全固態(tài)電池研發(fā)，更多是在探索電解質(zhì)路線和關(guān)鍵材料路線。
到2016年，比亞迪啟動技術(shù)可行驗證，對一些關(guān)鍵問題探索出解決方案，如正極包覆、高比容負極、輔材等，實現(xiàn)了固態(tài)原型電池，在制片工藝和疊片-成型等軟包實現(xiàn)方案。
到2023年，比亞迪啟動產(chǎn)業(yè)可行驗證，在整個電芯及系統(tǒng)產(chǎn)品實現(xiàn)、產(chǎn)線建設，包括整個材料的關(guān)鍵技術(shù)，實施攻堅。
到目前，比亞迪預計，可能將在2027年左右啟動批量示范和裝車應用。真正大規(guī)模上量的話，要到2030年之后。
具體來看，孫華軍分享了比亞迪固態(tài)電池的三個方面——材料、電極和電芯。
材料方面，正極采用的是高鎳三元正極材料，核心在于界面包覆，確保與硫化物電解質(zhì)的副反應盡可能地少。負極的話，硅基，涵蓋純硅和硅碳兩條路線，目前來看還是以硅碳為主。固態(tài)電解質(zhì)，以硫化物電解質(zhì)為主，最重要的是從成本、穩(wěn)定性，從純度以及成型性的角度去提升。
電極方面，核心仍是活性物質(zhì)的占比如何去提高，這對成本有著關(guān)鍵影響。目前，比亞迪能做到的是，正極中活性物質(zhì)占比在85%以上，目標是希望做到90%的水平。而負極的活性物質(zhì)的占比目前相對較低，仍有眾多工作要做。
電芯方面，比亞迪的方案是60Ah，重量比能量400wh/kg，體積比能量800wh/L。
孫華軍也提到，在高拘束力場的模組系統(tǒng)方面，比亞迪不僅僅是仿真，也做了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的評估和初步驗證。目前來看的話如果單純的從需要高約束力的系統(tǒng)角度出發(fā)，10MPa、20MPa其實都沒有問題。當然核心它會犧牲這個能量密度。但是從電芯的角度來講，比亞迪還是希望能夠開發(fā)出在低拘束力下運行的電池。
孫華軍特別談到了全固態(tài)電池的安全問題。在他看來，相較液態(tài)電池，固態(tài)電池的安全性肯定是有提升的，熱安全、機械安全存在一定優(yōu)勢，但極端濫用仍會失控。在實驗中，比亞迪發(fā)現(xiàn)，固態(tài)電池熱失控具有以下特點——溫度高、速度快、超壓大、易爆燃。
全固態(tài)電池劇烈熱失控的主導因素是什么？比亞迪透過現(xiàn)象正在探索機理，比如電芯約163℃產(chǎn)熱(內(nèi)短)，192℃體系熱失控。這是因為正極高鎳三元的熱行為，首先三元高溫釋氧，在無機的電解質(zhì)層游離的氧氣快速串擾至負極，氧化負極與電解質(zhì)，急劇產(chǎn)熱，最后沖擊力引發(fā)電芯粉碎急劇失控。
那么，全固態(tài)電池開發(fā)就需要從系統(tǒng)、工況、市場的角度去思考，什么情況下會熱失控，該如何解決這些問題。
最后，孫華軍也解讀了大家最關(guān)心的固態(tài)電池的成本問題。產(chǎn)品力提升和成本控制是產(chǎn)業(yè)化的核心。從長期來講，成本不是問題，對硫化物固態(tài)電池成本影響最大的其實是三元，是鎳。現(xiàn)在硫化物電解質(zhì)成本之所以高，核心是沒有量。在沒有量的情況下談成本，其實太大意義。
比亞迪做了一些測算，如果規(guī)模化上來之后，固、液可以接近于同價。另外，保證制程的穩(wěn)定，也是降成本的重要保障。還有一個非常重要的是，要把活性物質(zhì)占比提高，把電解質(zhì)的用量大幅度降低，這是從設計上保證低成本的因素。
02.一汽：從材料到整車端到端突破
一汽研究院王德平院長認為，全固態(tài)電池當前處于原型樣件階段，預計2~3年實現(xiàn)小批量應用，3~5年實現(xiàn)規(guī)模化應用。
中國一汽2014年開始研發(fā)全固態(tài)電池，2023年在國資委的支持下牽頭成立全固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟，擁有三十多家合作單位，涵蓋從原材料到整車端的全維度開展合作，突破關(guān)鍵技術(shù)，加速產(chǎn)業(yè)化應用。以整車需求為指引，計劃2027年進行小批量應用。
圖片來源：一汽研究院王德平院長《全固態(tài)電池發(fā)展思考與中國一汽研發(fā)實踐》（下同）
具體來看，正極材料，一汽及聯(lián)盟在2024年共做了四十多種材料的分析和驗證工作，最終選定了高鎳單晶的材料體系。
同時，一汽通過正極表觀高模量設計和界面功能層構(gòu)筑兩方面的技術(shù)，對正極材料進行改性。實驗結(jié)果表明，改性后，正極材料可以實現(xiàn)放電比容量超過220mAh/g，1C循環(huán)壽命達到1000次，基本上能夠滿足下一步400wh/kg正極材料的需求。
負極材料，是產(chǎn)業(yè)化路上障礙最大的一個難點。一汽目前做了兩種體系，純硅和硅碳。
純硅方面，一汽正在嘗試納米硅、微米硅以及合金探索。現(xiàn)在來看，納米硅的效果更佳，克比容量能夠達到3200mAh。同樣循環(huán)壽命需要進一步發(fā)展。
一汽通過優(yōu)化多孔碳基底孔隙率及孔徑分布，誘導硅均勻沉積等手段實現(xiàn)高容量硅碳材料的制備。現(xiàn)在來看的話，0.1C倍率下放電比容量超過2000mAh/g，還是不錯的。但是現(xiàn)在看，循環(huán)略差，因此下一步的話，聯(lián)盟將會重點改善該性能指標。
固態(tài)電解質(zhì)，一汽做了兩方面的探索，硫化物和鹵化物。其中硫化物開發(fā)，基于低極性溶劑和分散劑，構(gòu)建了弱團聚小粒徑硫化物電解質(zhì)，助力極片低迂曲度，從而使離子導電率達到6.2mS/cm，D90等于1.2μm。
鹵化物開發(fā)，則是一汽與孫學良院士通過高通量分析，對NCM和鹵化物界面進行了智能化篩選，篩選出性能較好的鹵化物電解質(zhì)，高空氣穩(wěn)定性的同時，實現(xiàn)離子導電率4.6mS/cm。
正極側(cè)以80%硫化物為主，摻雜了20%鹵化物。負極側(cè)以硫化物為主。整體來看，電解質(zhì)產(chǎn)品在前期的實驗樣件上的性能表現(xiàn)還是可觀的。
基于材料研發(fā)，一汽在電芯方面開發(fā)和制備了高面載正負極、超薄電解質(zhì)膜、致密化成型工藝和多層級放短路結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)66Ah大容量電芯試制，200℃熱箱濫用試驗不起火、不爆炸。