固態電池熱度持續升溫。
在近日舉行的2024年高工鋰電年會上，高工產業研究所(GGII)所長於德龍表示，GGII去年預測，2024年固態電池出貨量會破5GWh，但從截止到前第三季的數據來看，預估今年底，固態電池所取得的出貨量將超過7GWh，2030年要往300GWh的級別走。而全固態電池將在2028年後破GWh，2032年前後，破百GWh。
目前，隨著固態電池的持續發展，《科創板日報》記者註意到，鋰電產業鏈正迎來新的變化，同時新的應用場景正加速產業化進程。
液態到固態：材料、工藝、設備加速迭代
相較於液態電池，固態電池可認為是將鋰離子電池中電解液、隔膜用固體電解質替換，最大的變化是電解質與活性物質的接觸方式由固-液體接觸變為固-固接觸，由此產生一連串變化。
衛藍新能源研發總經理徐航宇表示，固態電池的挑戰包括在全壽命週期工況下持續穩定的界面接觸、單一固態電解質材料難以滿足全固態電池需求。基於此，其認為混合固液電池的開發策略彌補了單一電解質材料的短板。“目前，本公司基於氧化物和聚合物固態電解質，已實現混合固液電池的量產，產品應用於低空經濟、新能源汽車、儲能等領域。”
在固體電解質作用下，正極材料開發也面臨新的變化。
宜賓鋰寶副主任工程師周宇環表示，固態電池正極材料開發面臨的主要問題包括介面穩定性、電化學穩定性、機械接觸穩定性和成本問題。因此，固態電池正極材料的幾何外形和尺寸應該根據所用電解質形態進行個性化設計，實現與電解質的緊密配合。固態電池正極材料需要朝著更加緻密、無裂紋、零應變方向開發。正極材料表麵包覆需要更精準的控制，要求包覆均勻且厚度可控、需要開發適用於工業生產的新型包覆工藝。
電池工藝方面，乾法工藝被廣泛關注。華彩科技CTO陳陽表示，乾式電極拋棄傳統液態溶劑，與固態電池設計概念類似。在乾法技術的賦能下，固態電池的極片製造過程可實現完全乾燥、消除了濕式製程烘乾後，溶劑分子的殘留問題。另外，利用黏合劑的原纖化作用製造固體電解質膜，能提升固態電池效能，其優點包括孔隙率較低，提高離子導電率;活性物質和黏合劑乾混成膜，無需烘乾製造成本更低;壓實密度較高，更有利於解決固固介面問題。
曼恩斯特鋰電塗佈研究院院長李寧亦表示，在材料層面，乾法避免了液態介質帶來的複雜反應，使材料間相互作用更易把控。但乾法可在低溫環境操作，透過優化參數能保障硫化物電解質和電極材料形成優質介面。工藝層面，乾法中的混合、壓延等操作在中試線電極生產中具備可操作性，能夠精準調控粉末特性與製程參數，如控制混合比例和壓延壓力，從而產生厚度與密度適宜的電極片。
新製程則需搭配新的設備。利元亨固態電池技術總監盧其輝表示，該公司的電極乾式塗佈設備，相比較濕法電極工藝，可減少11.5%原料溶劑成本，以及減少46%以上能源消耗，具備高經濟性。
同時，其還提到，固態電池關鍵設備還包括輥壓熱複合雙軋一體機、極片膠框印刷&疊片一體機、高壓化成分容設備。其中，極片膠框印刷&疊片一體機的作用是，固態電池取消隔板，且要求大壓力化成，因此電池極片邊緣變形，容易導致內短路問題。將樹脂印製到電極邊緣位置形成回形框，在壓力下起到支撐和絕緣作用。
同時，高壓化成分容設備經過初始充放電過程，可激活電池材料並穩定電池性能。常規電池化或拘束壓力要求3-10t，固態電池化或拘束壓力要求60-80t(10Mpa壓強/單一電芯)。
相較於液態電池，固態電池車間環境也將更嚴格， 包括更嚴格的低露點管控，露點將在-50攝氏度。同時要對硫化物和鹵化物固態電池設備增加防毒，防爆設計。
全固態電池仍面臨多方問題 eVTOL廠商呼籲材料端突破
目前，業內人士普遍認為，固態電池仍處於發展初期，主要以半固態為主，全固態電池在成本、工藝、安全生產等方面仍面臨許多問題。
成本方面，GGII所長於德龍提到，原物料售價高，硫化物目前售價5萬元/kg，全固態成本是液態的10倍以上。
同時，產線投資額上，以江蘇欣界擬採購海目星的2GWh電池自動化生產線設備來看，預計設備採購金額約為人民幣4億元。多位業內人士向《科創板日報》提及，目前一條固態電池產線依不同產品規格投資金額有所不同，不過基本上相當於先前液態電池產線翻倍的金額，同時固态电池新设备如等静压设备一台需要上百万元，極大提升成本。
工藝層面上，全固態電池在正極乾法製程和等靜壓製程等方面面臨量產難點。利元亨固態電池技術總監盧其輝表示，其中包括乾法正極連續生產面臨挑戰，乾混技術及粉末定量進料技術有難題，降低了製造速度以及電極材料均勻分佈。軋輥系統穩定性和壽命面臨挑戰，大粒徑鐵鋰成膜過程中設備卡滯，小粒徑成膜過程中設備高頻振動異響問題，以及軋輥表面疲勞壽命問題。
等靜壓製程方面，其提到，極端高壓對電芯的損傷，鋼彈500Mpa等靜壓對電芯造成外觀破損及內短路問題;等靜壓設備產能低，壽命短，每缸的最大產量僅為48件(動力軟包電池)，且在500兆帕的壓力下，缸體材料即達屈服極限，每次操作都會導致塑性變形。
本徵安全方面，盟維科技副總經理李洪飛表示，全固態電池的安全性及失效機制有待深入研究。現有部分實驗結果顯示全固態電池不等於絕對安全，固態電解質也會發生熱失控，其安全性及熱失控機制仍需更多深入研究;全固態鋰金屬電池體系，固態電解質材料搭配金屬鋰負極時，會發生鋰枝晶會沿著固態電解質的晶界、裂紋和縫隙生長等情況，同樣會導致電池短路，有熱失控風險。
應用場景方面，目前，新興市場如eVTOL領域應用端持續受到關注。
今年11月14日，億航智慧宣布，與欣界能源、國際先進技術應用推展中心(合肥)低空經濟電池能源研究院聯合研發的高能量固態電池取得重大技術突破。EH216-S搭載該電池成功完成單次不間斷飛行測試，達到48分10秒，適用不同飛行需求，续航时间显可著提升60%-90%。
欣界能源總裁孫立在高工鋰電年會上介紹稱，該公司固態電池採用鋰金屬負極和氧化物陶瓷固態電解質，已經過億航空等低空飛行領域多家客戶的專業測試，第一條(>450Wh/kg)固態電池200MWh中試線已於2023年底穩定生產，正在規劃建設(>450Wh/kg)固態電池2GWh產線，將於2025年Q2投產，預計總投資10億元，用地70畝。
不過，億航智慧副總裁張宏表示，電池整體往更高比能量走的話，現在材料是不夠的。就現在固態電池能用上的最好的成熟材料就是九級超高鎳配第三代奈米矽碳。這個材料體系如果要做到高倍率的話，仍面臨瓶頸。“未來我們也是呼喚下一代材料，比如說能夠有效提升電芯電壓的材料，眼下看起來好像沒有特別好的新一代的正極材料來適配低空經濟這一領域，同時負極的複合鋰金屬也還不成熟。”
多家廠商正尋求突破。其中，鋰金屬電池廠商盟維科技副總經理李洪飛認為，採用金屬鋰作為負極是提高電池能量密度的重要途徑，利用鋰的沉積和脫出進行儲能。金屬鋰理論比容量達到3860mAh/g，同時具有低電極電位，是電池下一代負極材料的終極目標。其向《科創板日報》提及，目前公司正與多家eVTOL廠商合作開發中。
力神電池基礎研發部固態電池研發經理張進表示，該公司產品選用克容量較高的活性物質材料，單體電池能量密度可突破400Wh/kg，選用鋰金屬類負極單體電池能量密度可大於500Wh/kg。目前該公司已完成3家eVTOL訂單，累計銷售額近億元。
不過，整體而言，億航智能副總裁張宏亦提及，電池安全本身需要係統層面的合力把控，“如果系統層面沒有特別好的方法，或整機層面沒有足夠好的安全的管控，我們其實不建議用三元的。現在三元不管是液態還是半固態，它的安全性在航空級層面仍有待提升。所以我們還是希望就是系統整合層面，包括智慧管控以及整機設計層面，大家能夠一起努力，別把壓力全都壓在電池身上。”
本文轉載自財聯社，FOREXBNB編輯：陳雯芳。
