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隨著固態(tài)電池熱度與期待的水漲船高，寧德時代也終于在近日公開了其對技術(shù)路線的選擇與量產(chǎn)時間的規(guī)劃。
4月底行業(yè)會議上，寧德時代首席科學(xué)家吳凱表示，公司正在進(jìn)行基于硫化物電解質(zhì)的全固態(tài)電池的研發(fā)，目前已建立起10Ah級別的驗(yàn)證平臺。關(guān)于全固態(tài)量產(chǎn)，寧德時代則謹(jǐn)慎地將首個節(jié)點(diǎn)定在了2027年，并且只是小批量。
在寧德時代之前，硫化物電解質(zhì)大多為海外固態(tài)電池企業(yè)所選擇。但其實(shí)國內(nèi)選擇硫化物路線的下游還包括了恩力動力、高能時代等電池廠商。另據(jù)高工鋰電了解，廣汽、一汽等主機(jī)廠也正積極接觸硫化物全固態(tài)路線。4月方推出的400Wh/kg廣汽昊鉑全固態(tài)電池，據(jù)業(yè)內(nèi)推測正是采用了硫化物電解質(zhì)。
從需求端向中上游推導(dǎo)，在硫化物固態(tài)電解質(zhì)技術(shù)、材料、制備工藝等有所布局的企業(yè)，則既包括了孵化自高校的初創(chuàng)團(tuán)隊(duì)，也不乏電解液、隔膜企業(yè)的身影。
固態(tài)電解質(zhì)的成熟將取代傳統(tǒng)鋰電四大主材之二的電解液與隔膜，這是相關(guān)企業(yè)提前進(jìn)行技術(shù)布局、做好轉(zhuǎn)型準(zhǔn)備的背景。同時，對比氧化物電解質(zhì)來說，硫化物機(jī)械柔韌性更好、熱膨脹系數(shù)更低、成膜所需工藝相對成熟，更適合被制備成膜形態(tài)的固態(tài)電解質(zhì)，隔膜企業(yè)的參與也因此有工藝上的優(yōu)勢。
總的來說，硫化物固態(tài)電解質(zhì)在技術(shù)路線和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)度方面都還面臨著諸多不確定性，而入局者的解決思路，則很大程度上受到團(tuán)隊(duì)背景和規(guī)模的影響。
硫化物作為固態(tài)電解質(zhì)的優(yōu)勢和劣勢都很明確。
與聚合物、氧化物和鹵化物進(jìn)行對比，硫化物最突出的優(yōu)勢對高離子電導(dǎo)率的滿足。相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，硫化物是四種固態(tài)電解質(zhì)路線中，離子電導(dǎo)率最接近且有望超越液態(tài)電解質(zhì)的。
不過，硫化物電解質(zhì)也面臨著在空氣中不穩(wěn)定、合成成本高的問題。由于硫化物遇空氣會迅速水解生成毒性氣體，因此電解質(zhì)合成需在惰性氣氛環(huán)境下進(jìn)行，造成研發(fā)、制造、運(yùn)輸及儲存成本高昂。
此外，硫化物電解質(zhì)的電化學(xué)窗口相對更窄，與高比能正負(fù)極材料的適配面臨挑戰(zhàn)，與業(yè)內(nèi)對固態(tài)電池打破液態(tài)電池能量密度天花板的期待有所背離。
而國內(nèi)企業(yè)對硫化物電解質(zhì)的研發(fā)，正朝著放大高電導(dǎo)率優(yōu)勢和解決空氣穩(wěn)定性差等痛點(diǎn)兩大方向分化。
在放大優(yōu)勢方面，孵化自上海交大的上海屹鋰團(tuán)隊(duì)，其自研硫化物全固態(tài)電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率已在2023年10月突破16mS/cm，以國內(nèi)TOP2動力電池廠商為主要客戶已可實(shí)現(xiàn)噸級出貨。
寧德時代則是“優(yōu)先解決劣勢一派”的代表。據(jù)吳凱介紹，針對硫化物空氣穩(wěn)定性低的問題，寧德時代采取的策略是對電解質(zhì)進(jìn)行疏水層包覆設(shè)計，包覆后電解質(zhì)可在-40℃露點(diǎn)環(huán)境保持穩(wěn)定。針對材料成本高的問題，寧德時代則決定開發(fā)新型合成路線，通過低含鋰量材料來實(shí)現(xiàn)降本。
有研廣東院團(tuán)隊(duì)同樣主要空氣穩(wěn)定性低的問題進(jìn)行硫化物電解質(zhì)開發(fā)，目前已具備在-45℃干燥間環(huán)境中制備30μm硫化物電解質(zhì)膜的能力。
但值得注意的是，硫化物體系中，一個基礎(chǔ)科學(xué)問題的解決，可能會造成另一個問題的出現(xiàn)，或無法同時兼具其他性能優(yōu)勢。這也是國內(nèi)相關(guān)企業(yè)技術(shù)布局、進(jìn)展差異大的原因。
據(jù)高工鋰電觀察，其中初創(chuàng)公司多根據(jù)核心研發(fā)團(tuán)隊(duì)的技術(shù)優(yōu)勢，先行選擇一個問題進(jìn)行解決，但不一定具備確定或成熟的技術(shù)路徑與迭代規(guī)劃?；诖?，為下游進(jìn)行”“技術(shù)孵化與儲備”，也成為了部分初創(chuàng)公司為自己尋得的核心定位。
另據(jù)相關(guān)業(yè)內(nèi)人士向高工鋰電指出，如此現(xiàn)狀的存在，也與行業(yè)內(nèi)“黑箱”問題的普遍有關(guān)，單純的電解質(zhì)研發(fā)團(tuán)隊(duì)與正負(fù)極等材料企業(yè)的聯(lián)動并不流暢，信息不透明也就不利于固固界面接觸等問題的解決。
某種程度上，這對于固態(tài)電解質(zhì)企業(yè)在技術(shù)上的進(jìn)展節(jié)奏是一種擾亂，而產(chǎn)業(yè)觸角更為全面的團(tuán)隊(duì)也正逐步建立起壁壘、拉開優(yōu)勢。
此背景下，可以觀察到部分企業(yè)在固態(tài)電解質(zhì)研發(fā)時，將粒徑、離子電導(dǎo)率等的定制化選項(xiàng)納入考慮，這是當(dāng)下全固態(tài)電池路線尚未確定時期的特殊產(chǎn)物。
以四川新能源汽車創(chuàng)新中心（歐陽明高院士工作站）為例，該團(tuán)隊(duì)已初步形成硫化物固態(tài)電解質(zhì)的產(chǎn)品矩陣，包括基礎(chǔ)型、摻雜型、包覆型、小粒徑型四大類別，分別擁有相純度與離子導(dǎo)率高、本征穩(wěn)定性高、界面穩(wěn)定性高、與電極活性材料匹配度高的差異化特質(zhì)。
也有業(yè)內(nèi)人士表示，從當(dāng)下展望未來，全固態(tài)電芯內(nèi)部也有多種固態(tài)電解質(zhì)共存的可能性，單一固態(tài)電解質(zhì)產(chǎn)品未必需要是“十項(xiàng)全能”選手。
最后，對于固態(tài)電解質(zhì)來說，其產(chǎn)品特性的發(fā)揮程度與生產(chǎn)和驗(yàn)證的規(guī)模都息息相關(guān)。
如有硫化物電解質(zhì)產(chǎn)品號稱已可實(shí)現(xiàn)＞8mS/cm的離子電導(dǎo)率，在業(yè)內(nèi)處于中上游水平，但其團(tuán)隊(duì)提示并不可忽略“噸級線”的前提，也還需關(guān)注接下來可在多少Ah的電芯上完成試驗(yàn)。
隨著全固態(tài)量產(chǎn)的推進(jìn)，相關(guān)技術(shù)與團(tuán)隊(duì)還將面臨更多的不確定性。
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