3月28日至3月30日,中国电动汽车百人会论坛(2025)在(zài)京盛大召开。本(běn)次论坛以“夯实电(diàn)动化 推进智能化 实现高(gāo)质量发展”为主题,汇聚了来自政府、汽(qì)车、能源、交(jiāo)通等多个领(lǐng)域的(de)代表,共同探讨汽车产业的未来发展方向与(yǔ)技术创新路(lù)径。
XPJ和容百(bǎi)集团研发体系总裁兼中央研究院院(yuàn)长李琮熙(xī)受邀出席,并在动(dòng)力(lì)电池论坛上发表题为《全固(gù)态电(diàn)池(chí)产业(yè)化技术(shù)进展》的主题(tí)演讲。会上,李琮熙院长深入(rù)分析了全固态(tài)电池技术的发展现状及其(qí)在未来(lái)新能(néng)源(yuán)汽(qì)车领(lǐng)域以及新兴行业中的重要(yào)性,并分享了容(róng)百科技在(zài)全固态电池方面的最新研(yán)究成果和技术突破。
全固态电池是新兴领域发(fā)展的(de)关键(jiàn)动(dòng)力,市场前景(jǐng)广阔
李院长(zhǎng)表(biǎo)示,全固态电池因其(qí)突破现(xiàn)有锂离子(zǐ)电池技术(shù)壁垒(lěi)的(de)潜(qián)力及多重(chóng)优势而备受市场关注(zhù)。凭借高安全(quán)性(xìng)、高能量密度、长循环寿命与宽(kuān)温域应用等(děng)显著(zhe)优(yōu)点,全(quán)固态(tài)电池广泛适用于电动飞(fēi)机、eVTOL(电动垂直起降飞行器)及动力电池等领域,市场前景(jǐng)广(guǎng)阔。随着这些新兴(xìng)行业的高(gāo)速发(fā)展,未来全(quán)固态电池有(yǒu)望成为推动新兴领域(yù)突破的关(guān)键动力来源。
目前,半固态电池已实(shí)现装车应(yīng)用,预计2025年(nián)其需求量将达到5GWh,2030年需(xū)求量(liàng)将达到100GWh;全固态电池有望(wàng)在2027年(nián)实现小批量装车(chē),并(bìng)于2030年开始规模化应用,届时预(yù)计需求量将达到3GWh。特别是(shì)在(zài)自动驾(jià)驶电动汽(qì)车、城市空(kōng)中交通(UAM)以及人(rén)形机器人市场中,全(quán)固态电池凭借其更高的(de)能量密度和安全性,将成(chéng)为关(guān)键赋能技术。仅人形机器人市场而言,预(yù)计到2032年(nián)该市场的规模将达(dá)到(dào)约660亿美元,这预(yù)示着全(quán)固态电(diàn)池可(kě)能重塑二次电池行业的游戏规则。
全固态电池的(de)成本压力和技术(shù)瓶颈正在逐渐缓(huǎn)解
李(lǐ)院(yuàn)长指出,尽(jìn)管(guǎn)全固态电池被认为能够(gòu)解决当(dāng)前锂离(lí)子电池(chí)的缺陷,但其(qí)在成(chéng)本压力和技术瓶颈方面面临挑战(zhàn)。然而(ér),随着(zhe)硫化物固态电解质的成本(běn)因生产工艺优化和规模化生产而(ér)显著降低,以及通(tōng)过创新制造工艺解决界(jiè)面接触(chù)问题,这些障碍正逐渐被克(kè)服(fú)。
在成本(běn)端,目前固态电解质尚未实现(xiàn)工(gōng)业化批量制备,且对电池制造的环境要求较高,最终(zhōng)导致固态(tài)电池成本较高,限制了全固态电池的产业(yè)化进程。硫化(huà)物固态电解质的(de)关键原料——硫化(huà)锂的价格在几年前(qián)高达(dá)每千克1500美(měi)元,是液(yè)态电解质的150倍,这导致硫化物固态电解质(zhì)成本居高不下,硫化物基固态电池电芯BOM成本也较高。但通过工艺优(yōu)化、提升(shēng)良率、利用硫化(huà)氢等的化(huà)学(xué)转化工(gōng)艺技术,使(shǐ)得硫化锂的生产成(chéng)本(běn)正在迅速降低。预(yù)计到2035年,随(suí)着(zhe)硫化锂和硫化物固(gù)态电解(jiě)质的规模化生产、干法电极(jí)技术的引入、安(ān)全材料和零部件(jiàn)设备的简化,电芯BOM成本有望降至(zhì)0.4元/Wh以下。
此外,在制造(zào)工艺(yì)方面,全(quán)固(gù)态电池“干”、“压(yā)”、“叠”等制造工艺及设备不成熟,也是阻碍其产业化的卡点之一。在加压工艺上,为了解(jiě)决(jué)全固态电池特有的界面接触性较差问题(tí),需要借助能实现高温高压的WIP(等静压机),但这类设备(bèi)以液体为压力介质,需要加入(rù)密(mì)封(fēng)工序,仅这一(yī)工(gōng)序就(jiù)需(xū)要30分(fèn)钟。而在近期,业内除了均匀加压设备,还创新性地引入了食品行业中的真空设备工(gōng)艺。实际案例显(xiǎn)示,通过这类新型设备已(yǐ)成功制造(zào)出压缩率40%、厚度偏差在2.5%以内的全固态电池电芯,这与(yǔ)传统WIP(等静压机)设(shè)备效果相当(dāng)。
在技术端,全固态(tài)电池面临的最大技术(shù)瓶颈是正极、负极(jí)与固(gù)态电(diàn)解质之间的高界面阻(zǔ)抗。高界面阻抗的形成原因主要有二,一是材(cái)料接触时不可避免(miǎn)产(chǎn)生接触空隙(xì),导(dǎo)致电化学不稳定性增(zēng)高;二是在(zài)充放电(diàn)过程中电极体积膨胀会引发界面(miàn)分离。对此,业内正在通(tōng)过固态电解质改性、采(cǎi)用高(gāo)温(wēn)高(gāo)压工艺扩大有效接(jiē)触界面,以及在正极采用(yòng)包(bāo)覆铌/锆(gào)的锂氧化物涂层技术、在负极引入中间(jiān)层等(děng)多维度方案快速解决这些问题。
在全固态电池领域,干法电极技术虽(suī)被(bèi)视为关键工艺,但其使用的PTFE(聚四氟乙烯)粘结剂作为全氟化合物,已被证实对环境和(hé)人体有害,目前(qián)欧美正讨论对其的使用限(xiàn)制(zhì)。为此,行业正(zhèng)积极推动替代材料的开发,以及(jí)寻(xún)找(zhǎo)在降(jiàng)低PTFE用量的同时(shí)确保(bǎo)离子电导(dǎo)率不衰减的解决(jué)方案。例如,在干(gàn)法工艺中将聚丙烯酸与CMC(羧甲基(jī)纤维素)交联形成的粘结(jié)剂,预(yù)涂覆于正极材(cái)料,可以大幅减少70%以上的(de)PTFE用(yòng)量,同步(bù)解决环保问题(tí)与离子传(chuán)导需求(qiú)。
XPJ和容百科技的全固态电池材料(liào)开(kāi)发与布局已取得显著进展
李院长表示,XPJ和容百(bǎi)科(kē)技正积(jī)极推进全固态电池(chí)正(zhèng)极(jí)材料、固态电解质的(de)产品(pǐn)开发(fā)及产(chǎn)业化布局,并已(yǐ)经取(qǔ)得(dé)了(le)显著进展。公司第一代全固态电池(chí)正极(jí)材(cái)料产(chǎn)品目(mù)前正处于吨级验证(zhèng)阶段,计划(huá)年内(nèi)完成材料定型;第(dì)二代产品为超高镍(niè)三元材料,正在开发容量达240mAh/g的产品;第三代产(chǎn)品是基(jī)于富锂锰基(jī)技术,容量超过300mAh/g的超高容(róng)量(liàng)产(chǎn)品(pǐn),目前正与重点客户联(lián)合推进(jìn)前期开发。在硫化物固态(tài)电解质(zhì)方面(miàn),公司(sī)计(jì)划今年(nián)完成中试验证,并(bìng)于2026年建(jiàn)成量产线(xiàn)。
具体来看,在全固态电(diàn)池正极材(cái)料开(kāi)发上,容(róng)百(bǎi)科技携手多家客户共同开发(fā)8系(xì)、9系产品,以及适(shì)用于全固态电池的高密度富(fù)锂(lǐ)锰(Mn-rich)正极材料。其中,8系产品成本与现有材料(liào)体(tǐ)系相当,而其循环、存储性能达到(dào)行业领先水平(píng)并获得(dé)客户(hù)认可。并且,XPJ和容百科技已(yǐ)率先(xiān)实现了全固(gù)态(tài)电池用(yòng)大单(dān)晶技术的商业化应用,该(gāi)技术(shù)在(zài)大幅增加晶粒尺寸的同时,能够确保更高(gāo)的容量(liàng)、压实密度和(hé)更长的循环寿命。产(chǎn)品自去年(nián)起已向头部(bù)客(kè)户完成吨级(jí)出货。此外(wài),XPJ和容百(bǎi)面向全(quán)固态电(diàn)池(chí)开发的(de)9系三元正极材(cái)料已(yǐ)实现单晶与多晶的(de)双路线布局。在超(chāo)高镍产品(pǐn)上(shàng),即使采(cǎi)用单晶结构,仍可实现230mAh/g以上的超高容量(liàng)。单晶和(hé)多晶产品均已实现对国内外头部客户的吨级出(chū)货。
在固态电解质方面,XPJ和容百(bǎi)科技聚焦在硫化物(wù)与卤化(huà)物两(liǎng)大技术路(lù)线,开(kāi)发了(le)适配于硫(liú)化物和卤化物体系的湿法成膜和干法成膜(mó)技术。公司的全固态软包(bāo)电池(chí)在大气(qì)环境中(zhōng)经过裁(cái)剪(jiǎn)后,仍能为外部系统提(tí)供稳定电源,显示出(chū)较好的(de)安全性能(néng)。经测试验证,应用XPJ和容百科技(jì)1微米级LPSC硫化物固(gù)态(tài)电解质(zhì)制备的全固态电池,在(zài)1000周(zhōu)循环后保持率在80%以上。
最后,李琮(cóng)熙院长表示,在(zài)全固态电池领域,XPJ和容百科(kē)技致力于推动全固态电池(chí)技术的(de)突破与应用,公(gōng)司将持续深化从(cóng)正极材料(liào)到固态(tài)电解质等核心材料的研发及量产(chǎn)体系的构建,助力全固态电池(chí)时代的加速到来!