硫化物“一馬當(dāng)先”，全固態(tài)電池量產(chǎn)“大提速”
在全固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化征途中，硫化物路線技術(shù)突破不斷提速。
近期，億緯鋰能在互動(dòng)平臺(tái)表示，目前該公司已完成Ah級(jí)軟包硫化物全固態(tài)電池樣品開(kāi)發(fā)，百M(fèi)Wh的中試線預(yù)計(jì)在2025年投入運(yùn)行。該公司計(jì)劃于2026年實(shí)現(xiàn)全固態(tài)電池生產(chǎn)工藝的突破，推出一款高功率、高環(huán)境耐受性及絕對(duì)安全的全固態(tài)電池，主要用于混合動(dòng)力領(lǐng)域;于2028年推出400Wh/Kg的高比能全固態(tài)電池。
而在上個(gè)月，國(guó)軒高科發(fā)布采用硫化物電解質(zhì)的金石全固態(tài)電池產(chǎn)品，能量密度達(dá)到350Wh/kg，單體電芯容量為70Ah。據(jù)宣稱，金石電池硫化物電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率達(dá)到16mS/cm;恩捷股份舉行全固態(tài)硫化物新品發(fā)布會(huì)，推出超純硫化鋰、超細(xì)硫化物固態(tài)電解質(zhì)，以及高電導(dǎo)硫化物固態(tài)電解質(zhì)膜等系列新品。
不僅如此，還不斷有企業(yè)加入到硫化物全固態(tài)電池的研發(fā)中。在此之前，安孚科技發(fā)布公告稱，其控股子公司南孚電池?cái)M與合資方共同設(shè)立公司，在南平市開(kāi)展新型電池中試平臺(tái)運(yùn)營(yíng)合作，為解決硫化物全固態(tài)電池商品化關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題而進(jìn)行試生產(chǎn)，共同建設(shè)運(yùn)營(yíng)硫化物基全固態(tài)電池中試產(chǎn)線。
據(jù)報(bào)道，寧德時(shí)代在今年又加大了對(duì)硫化物全固態(tài)電池的研發(fā)投入，已將研發(fā)團(tuán)隊(duì)擴(kuò)充至超1000人，此前其已建立10Ah級(jí)全固態(tài)電池驗(yàn)證平臺(tái)，近期已進(jìn)入20Ah樣品試制階段。寧德時(shí)代透露，其2027年小批量生產(chǎn)硫化物全固態(tài)電池機(jī)會(huì)很大。
在下游應(yīng)用端，目前全球已經(jīng)有不少車企公布了其硫化物全固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展，2030年有望成為這一全固態(tài)電池裝車的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。比如，比亞迪計(jì)劃在2027年小批量生產(chǎn)固態(tài)電池，并在2030年實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用;其固態(tài)電池將采用高鎳三元正極、硅基負(fù)極以及硫化物電解質(zhì)。
01
技術(shù)突破的關(guān)鍵方向
“全固態(tài)電池具備能量密度更高、安全性更好、循環(huán)壽命更長(zhǎng)等諸多優(yōu)勢(shì)，是業(yè)內(nèi)公認(rèn)的理想的下一代鋰電池創(chuàng)新技術(shù)?！睒I(yè)內(nèi)人士分析指出，在眾多的全固態(tài)電池技術(shù)路線中，硫化物固態(tài)電解質(zhì)具備較高的離子電導(dǎo)率優(yōu)勢(shì)，且質(zhì)地軟容易加工，是當(dāng)下技術(shù)突破的關(guān)鍵方向。
據(jù)天風(fēng)證券測(cè)算，與氧化物、聚合物等固態(tài)電解質(zhì)相比，硫化物電解質(zhì)具有較高的鋰離子電導(dǎo)率，室溫離子電導(dǎo)率可以達(dá)到10？3~ 10？2S/cm，其離子電導(dǎo)率最接近液態(tài)電解質(zhì)。
作為極具發(fā)展前景的一條技術(shù)路線，硫化物全固態(tài)電池獲得國(guó)內(nèi)外新能源產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)的共同關(guān)注。目前包括比亞迪、廣汽、一汽、長(zhǎng)安、豐田、本田、寶馬、福特，以及寧德時(shí)代、億緯鋰能、國(guó)軒高科、松下、三星SDI等眾多國(guó)內(nèi)外車企和電池廠商，都在廣泛布局硫化物全固態(tài)電池。
不少業(yè)內(nèi)大佬也力挺硫化物全固態(tài)電池。比如，中國(guó)科學(xué)院院士歐陽(yáng)明高就指出，當(dāng)前全固態(tài)電池的技術(shù)路線，要聚焦以硫化物電解質(zhì)為主體電解質(zhì)，匹配高鎳三元正極和硅碳負(fù)極的技術(shù)路線，以比能量400Wh/kg、循環(huán)壽命1000次以上為性能目標(biāo)，確保2027年實(shí)現(xiàn)轎車小批量裝車，2030年實(shí)現(xiàn)規(guī)模量產(chǎn)。
硫化物全固態(tài)電池市場(chǎng)應(yīng)用前景廣闊。據(jù)業(yè)內(nèi)機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，未來(lái)硫化物全固態(tài)電池市場(chǎng)規(guī)模將從2027年的2GWh增長(zhǎng)到2030年到43GWh。隨著生產(chǎn)成本的降低，預(yù)計(jì)2030年以后，其市場(chǎng)規(guī)模將持續(xù)爆發(fā)式增長(zhǎng)，到2035年將有望增長(zhǎng)到494GWh。無(wú)論是機(jī)器人、可穿戴設(shè)備、航天設(shè)備、電動(dòng)汽車等領(lǐng)域，硫化物固態(tài)電池都將大展身手。
02
猛攻硫化物技術(shù)堡壘
從整個(gè)生產(chǎn)流程來(lái)看，硫化物電解質(zhì)及其關(guān)鍵原材料硫化鋰，將成為全固態(tài)電池的價(jià)值鏈核心環(huán)節(jié)，目前成本較高，長(zhǎng)期降本空間十分巨大。據(jù)業(yè)內(nèi)機(jī)構(gòu)測(cè)算，在現(xiàn)階段硫化物固態(tài)電池所有環(huán)節(jié)中，硫化鋰市場(chǎng)空間1800億元，硫化物固態(tài)電解質(zhì)市場(chǎng)空間3900億元，兩項(xiàng)合計(jì)占硫化物固態(tài)電池成本近70%。
目前眾多廠商都在硫化物電解質(zhì)領(lǐng)域重點(diǎn)發(fā)力。據(jù)恩捷股份透露，該公司超純硫化鋰目前已完成百噸級(jí)中試產(chǎn)線，硫化物固態(tài)電解質(zhì)的純度和電導(dǎo)率，能夠滿足國(guó)內(nèi)外頭部電池企業(yè)的性能指標(biāo)要求，硫化物電解質(zhì)膜已實(shí)現(xiàn)卷對(duì)卷、連續(xù)化生產(chǎn)。目前該公司在云南玉溪推進(jìn)硫化物全固態(tài)電解質(zhì)材料中試生產(chǎn)線項(xiàng)目，設(shè)計(jì)年產(chǎn)能約1000噸。
“公司已開(kāi)發(fā)與布局氧化物、硫化物固態(tài)電解質(zhì)等多個(gè)技術(shù)路線，通過(guò)特殊組分設(shè)計(jì)以調(diào)控鋰離子通道，多元素靶向修飾以穩(wěn)定晶體結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)出獨(dú)特的全流程納米一體化工藝，成功開(kāi)發(fā)出高離子電導(dǎo)率、高穩(wěn)定性的納米級(jí)固態(tài)電解質(zhì)。”當(dāng)升科技表示，目前該公司相關(guān)固態(tài)鋰電產(chǎn)品已批量導(dǎo)入輝能、清陶、衛(wèi)藍(lán)、贛鋒等固態(tài)電池客戶。
據(jù)天賜材料介紹，該公司通過(guò)利用現(xiàn)有的液態(tài)鋰鹽生產(chǎn)平臺(tái)，開(kāi)發(fā)出了硫化鋰路線的固態(tài)電解質(zhì)，并成功完成實(shí)驗(yàn)室公斤級(jí)生產(chǎn)，目前處于中試階段，計(jì)劃于2025年實(shí)現(xiàn)小批量生產(chǎn)，現(xiàn)階段主要配合下游電池客戶做材料技術(shù)驗(yàn)證。
此外，新宙邦表示，該公司目前有氧化物體系、硫化物體系和聚合物體系的固態(tài)電解質(zhì)成熟產(chǎn)品，并已與下游客戶合作，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。泰和科技也表示，該公司的“硫化物固態(tài)電解質(zhì)的制備及其產(chǎn)業(yè)化研究”項(xiàng)目，目前已完成小試，處于中試階段。
值得注意的是，硫化物固態(tài)電池雖然具有良好的離子電導(dǎo)率，但也存在一定問(wèn)題?！傲蚧镫娊赓|(zhì)對(duì)濕度極度敏感，與金屬鋰負(fù)極和三元正極的界面穩(wěn)定性較差?！睒I(yè)內(nèi)人士指出，硫化物電解質(zhì)材料的電化學(xué)穩(wěn)定窗口比較短，這是一個(gè)關(guān)鍵的致命短板。
從制造層面來(lái)看，據(jù)業(yè)內(nèi)人士分析，目前硫化物固態(tài)電池有兩個(gè)主要的工藝問(wèn)題，一方面就是大壓力，要在10Mpa壓力的狀態(tài)下才能很好地發(fā)揮作用;另一方面是防毒，這個(gè)責(zé)任重大，需要從化學(xué)體系和材料、電池、設(shè)備企業(yè)一起共同解決問(wèn)題。
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