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(jìn)展，發(fā)布了量產(chǎn)計(jì)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(shí)代、比亞迪、一汽、上汽、吉利和衛(wèi)藍(lán)新能源等六家企業(yè)作為項(xiàng)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(jìn)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(jìn)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(duì)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(dòng)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(dòng)技術(shù)可行驗(yàn)證，對(duì)一些關(guān)鍵問題探索出解決方案，如正極包覆、高比容負(fù)極、輔材等，實(shí)現(xiàn)了固態(tài)原型電池，在制片工藝和疊片-成型等軟包實(shí)現(xiàn)方案。

到2023年，比亞迪啟動(dòng)產(chǎn)業(yè)可行驗(yàn)證，在整個(gè)電芯及系統(tǒng)產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)、產(chǎn)線建設(shè)，包括整個(gè)材料的關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)施攻堅(jiān)。

到目前，比亞迪預(yù)計(jì)，可能將在2027年左右啟動(dòng)批量示范和裝車應(yīng)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(gè)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(yīng)盡可能地少。負(fù)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(duì)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(biāo)是希望做到90%的水平。而負(fù)極的活性物質(zhì)的占比目前相對(duì)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(píng)估和初步驗(yàn)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(shí)都沒有問題。當(dāng)然核心它會(huì)犧牲這個(gè)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(yùn)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(jī)械安全存在一定優(yōu)勢，但極端濫用仍會(huì)失控。在實(shí)驗(yàn)中，比亞迪發(fā)現(xiàn)，固態(tài)電池?zé)崾Э鼐哂幸韵绿攸c(diǎn)——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(dǎo)因素是什么？比亞迪透過現(xiàn)象正在探索機(jī)理，比如電芯約163℃產(chǎn)熱(內(nèi)短)，192℃體系熱失控。這是因?yàn)檎龢O高鎳三元的熱行為，首先三元高溫釋氧，在無機(jī)的電解質(zhì)層游離的氧氣快速串?dāng)_至負(fù)極，氧化負(fù)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(huì)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(duì)硫化物固態(tài)電池成本影響最大的其實(shí)是三元，是鎳?，F(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(shí)太大意義。

比亞迪做了一些測算，如果規(guī)?；蟻碇?，固、液可以接近于同價(jià)。另外，保證制程的穩(wěn)定，也是降成本的重要保障。還有一個(gè)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(shè)計(jì)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(rèn)為，全固態(tài)電池當(dāng)前處于原型樣件階段，預(yù)計(jì)2~3年實(shí)現(xiàn)小批量應(yīng)用，3~5年實(shí)現(xiàn)規(guī)?；瘧?yīng)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(yīng)用。以整車需求為指引，計(jì)劃2027年進(jìn)行小批量應(yīng)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(shí)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(yàn)證工作，最終選定了高鎳單晶的材料體系。

同時(shí)，一汽通過正極表觀高模量設(shè)計(jì)和界面功能層構(gòu)筑兩方面的技術(shù)，對(duì)正極材料進(jìn)行改性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，改性后，正極材料可以實(shí)現(xiàn)放電比容量超過220mAh/g，1C循環(huán)壽命達(dá)到1000次，基本上能夠滿足下一步400wh/kg正極材料的需求。

負(fù)極材料，是產(chǎn)業(yè)化路上障礙最大的一個(gè)難點(diǎn)。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?，F(xiàn)在來看，納米硅的效果更佳，克比容量能夠達(dá)到3200mAh。同樣循環(huán)壽命需要進(jìn)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(dǎo)硅均勻沉積等手段實(shí)現(xiàn)高容量硅碳材料的制備?，F(xiàn)在來看的話，0.1C倍率下放電比容量超過2000mAh/g，還是不錯(cuò)的。但是現(xiàn)在看，循環(huán)略差，因此下一步的話，聯(lián)盟將會(huì)重點(diǎn)改善該性能指標(biāo)。

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(tuán)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(dǎo)電率達(dá)到6.2mS/cm，D90等于1.2μm。

鹵化物開發(fā)，則是一汽與孫學(xué)良院士通過高通量分析，對(duì)NCM和鹵化物界面進(jìn)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(shí)，實(shí)現(xiàn)離子導(dǎo)電率4.6mS/cm。

正極側(cè)以80%硫化物為主，摻雜了20%鹵化物。負(fù)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(shí)驗(yàn)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(fù)極、超薄電解質(zhì)膜、致密化成型工藝和多層級(jí)放短路結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)66Ah大容量電芯試制，200℃熱箱濫用試驗(yàn)不起火、不爆炸。

系統(tǒng)集成方面，一汽重點(diǎn)開展了模組全生命周期的壓力的仿真控制。王德平指出，車用固態(tài)電池系統(tǒng)還是會(huì)采用模組，而非目前的無模組方案。從仿真和實(shí)驗(yàn)情況來看，模組結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)工作壓力大于20MPa，基本是能夠滿足未來整包的需求。

03.廣汽埃安：兩條路線同時(shí)開發(fā)

廣汽埃安電池研發(fā)部部長李進(jìn)認(rèn)為，單一的固態(tài)電池體系很難解決全固態(tài)電池的所有問題，因此廣汽認(rèn)為發(fā)展方向應(yīng)該是多組分的，由單一組分向多組分，包括正極、負(fù)極或者固態(tài)電解質(zhì)可能要選擇不同的電池材料。因此廣汽目前是兩條路線都在開發(fā)，一個(gè)是基于硫化物的多元復(fù)合，一個(gè)是基于聚合物的多元復(fù)合。

圖片來源：廣汽埃安電池研發(fā)部部長李進(jìn)《全固態(tài)電池關(guān)鍵問題及技術(shù)探索》（下同）

廣汽重點(diǎn)圍繞高容量的正負(fù)極、高性能固態(tài)電解質(zhì)材料及成膜技術(shù)、固固界面改性技術(shù)開展技術(shù)攻關(guān)。

高容量長循環(huán)負(fù)極技術(shù)層面，廣汽主要針對(duì)400wh/kg的能量密度而采用硅負(fù)極體系，針對(duì)更高能量密度則會(huì)采用鋰金屬和無鋰負(fù)極。

固態(tài)電解質(zhì)材料技術(shù)層， 廣汽分兩條路線，基于硫化物的多元復(fù)合和基于聚合物的多元復(fù)合。

超薄固態(tài)電解質(zhì)膜技術(shù)，廣汽主要在開發(fā)的是離型膜支撐成膜，另外獨(dú)立成膜也在開發(fā)中。

正極的話，廣汽認(rèn)為短期內(nèi)重點(diǎn)是高鎳三元材料。長期來看還是富鋰錳基正極。同時(shí)，廣汽也在正極上導(dǎo)入干法電極技術(shù)。

界面改性層面，廣汽主要做的是活性材料包覆層修飾、極片界面過渡層結(jié)構(gòu)構(gòu)筑，低孔隙高密實(shí)化電芯結(jié)構(gòu)構(gòu)筑的設(shè)計(jì)與開發(fā)。

李進(jìn)分享了廣汽硫化物全固態(tài)電池的開發(fā)進(jìn)展。

廣汽拿到了市面上的一些樣品的數(shù)據(jù)，進(jìn)行了系統(tǒng)評(píng)測，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有硫化物電解質(zhì)材料離子電導(dǎo)率基本滿足需求，但對(duì)濕度控制要求高，硫化氫釋放問題制約大規(guī)模生產(chǎn)條件下的制造成本、安全性及電池一致性，需要重點(diǎn)關(guān)注和改善。

廣汽開展了硫化物的改性工作，提升離子電導(dǎo)率和空氣穩(wěn)定性，為此輸出了三十多種方案，目前正在推進(jìn)相關(guān)驗(yàn)證。

其中一個(gè)案例，廣汽的高空穩(wěn)硫化物電解質(zhì)，通過元素?fù)诫s的方法，離子電導(dǎo)率和電子電導(dǎo)率滿足需求的情況下，空氣穩(wěn)定性得到有效改善。

另外一種方案是做表面包覆改性。最新文獻(xiàn)報(bào)道表明借助“長鏈烷基硫醇”對(duì)硫化物進(jìn)行表面改性，作為疏水保護(hù)層可顯著提高硫化物電解質(zhì)的濕空氣穩(wěn)定性，同時(shí)保持較好的離子電導(dǎo)率。

這為廣汽提供了一些思路，也對(duì)未來硫化物固態(tài)電解質(zhì)的生產(chǎn)提供了參考。

在濕法電解質(zhì)成膜工藝開發(fā)中，廣汽自主開發(fā)了一種新型的環(huán)境友好的非極性溶劑，大幅提升固態(tài)電解質(zhì)的離子電導(dǎo)保持率，同時(shí)通過工藝及配方優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)寬幅硫化物電解質(zhì)膜卷對(duì)卷制備。

廣汽與合作單位共同開發(fā)了高鎳三元正極，通過組分、形貌、粒徑、包覆物種類及包覆工藝調(diào)控，可實(shí)現(xiàn)克容量發(fā)揮大于220mAh/g，滿足設(shè)計(jì)要求。挺尸，廣汽總結(jié)了一些規(guī)律——在全固態(tài)體系下，單晶的克容量優(yōu)于多晶，通過包覆可以大幅改善容量發(fā)揮，同時(shí)濕法包覆略優(yōu)于干法包覆。

李進(jìn)認(rèn)為，負(fù)極是400wh/kg硫化物全固態(tài)電池體系的最大問題。硅負(fù)極，膨脹大，固固界面問題尤為突出，可以通過三個(gè)方面進(jìn)行調(diào)控，如開發(fā)低膨脹高倍率硅基負(fù)極材料，開發(fā)新型粘結(jié)劑，調(diào)控極片孔隙結(jié)構(gòu)等，降低負(fù)極膨脹、構(gòu)建穩(wěn)定的離子及電子通路是核心關(guān)鍵。

廣汽也對(duì)硅負(fù)極在全固態(tài)電池體系下的循環(huán)特性進(jìn)行了驗(yàn)證。低硅含量負(fù)極，克容量做到550-600mAh/g，對(duì)應(yīng)的是300wh/kg體系，在固態(tài)體系下循環(huán)較為平穩(wěn)，能夠做到1000周大于80%，但是超過1000mAh/g的話，循環(huán)仍然衰減較快，需在高強(qiáng)粘結(jié)劑和極片結(jié)構(gòu)上進(jìn)一步優(yōu)化。

同時(shí)，廣汽對(duì)聚合物全固態(tài)電池進(jìn)行了探索，發(fā)現(xiàn)其最大的優(yōu)勢是，基于原位固化工藝的聚合物電池制造工藝與液態(tài)電池制造工藝基本相同，兼容度高，產(chǎn)業(yè)化難度相對(duì)較低。廣汽開展了小批量的試制驗(yàn)證，電芯數(shù)據(jù)電池一致性較高。

目前，基于原位固化的固態(tài)電池在倍率性能，較傳統(tǒng)液態(tài)電池有一定差距，但是它擁有一個(gè)相較于硫化物全固態(tài)電池的優(yōu)勢，就是不需要在加壓狀態(tài)下就可以發(fā)揮循環(huán)性能。

安全性初步驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)，基于原位固化的聚合物固態(tài)電池體系，目前仍會(huì)殘留少量液體，導(dǎo)致熱箱和針刺試驗(yàn)表現(xiàn)差于硫化物全固態(tài)電池。

廣汽也在推進(jìn)建設(shè)人工智能開發(fā)平臺(tái)，在全固態(tài)電池開發(fā)中，希望通過利用各種仿真計(jì)算、AI深度學(xué)習(xí)模型對(duì)固態(tài)電解質(zhì)進(jìn)行創(chuàng)新性開發(fā)，攻關(guān)解決妨礙固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的穩(wěn)定性、安全性、加工性、固固界面融合等問題，加速全固態(tài)電池開發(fā)。

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