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固态电池何时量产?从年初讨论到了年末

8月前浏览231

固态电池何时能真正量产上车,是这几年行业里持续讨论的热点。从2023年底开始,就有不少企业宣布了2025或2026年的量产计划,但目前来看,实际的进展可能比当初预想的要复杂和漫长一些。这里根据近2年的行业动态,简单梳理一下相关情况。

2023年12月份统计数据


1、行业热度很高,但需要分清“全固态”与“半固态”

2024到2025年,宁德时代、比亚迪、丰田等头部企业都发布了固态电池相关的技术路线图,市场热度很高。但需要说明的是,目前很多宣称的“固态电池”其实是“半固态电池”(或称混合固液电池),它们内部仍然含有一定量的液态电解质。

原工信部部长苗圩明确指出,半固态电池本质上仍属于液态电池范畴,“绝不是液态电池随着电解液液体的减少就可以发展成为固态电池,这是完全两个不同的概念。”为了有一个清晰的判定标准,中国汽车工程学会发布了《全固态电池判定及试验方法》团体标准。简单来说,方法就是把电池在120°C真空条件下加热6小时,如果重量损失不超过1%,才能被判定为全固态电池。这个标准为区分真假全固态提供了技术依据。

2、技术挑战是现实的,业内共识趋于理性

全固态电池的研发面临实实在在的挑战。宁德时代董事长曾毓群在2024年提到:如果把技术和制造成熟度用1到9表示,1是刚起步,9是可以大规模生产,那么当前行业最高水平大概在4。这意味着虽然能做出样品,但可能还需要极端条件(比如高压)才能工作,距离真正的商业化应用还有距离。他提到,核心难题在于“固-固界面”问题,并预计2027年宁德时代有望实现小批量生产。

中科院物理所的李泓老师也提到,真正的量产需要满足上游材料供应、装备成熟度、单体器件上百个指标等多个条件,还需要比较长的时间。这些观点都让行业对量产时间表的预期变得更加理性。

3、科研在持续突破,主要围绕解决“固-固界面”难题

尽管产业化道路漫长,但科研层面的突破一直在进行,而且很活跃。近期,国内多个顶尖科研团队的工作被广泛报道,目标都直指全固态电池最核心的“固-固界面”接触和稳定性问题:

  • 自适应修补思路:中科院物理所等团队开发了一种像“特殊胶水”的材料,它能在电池工作时主动流动到界面上,填充电极和固态电解质之间的微小缝隙,让两者接触更紧密。

  • 柔性强化思路:中科院金属所的科学家给电解质加上了一层柔性的聚合物“骨架”,让电池像加强版的保鲜膜,既能弯折两万次,还能提升储电能力。

  • 耐高压保护思路:清华大学团队利用含氟材料在电极表面形成稳定的“氟化物保护壳”,提高了电解质耐高压的能力,使电池在针 刺、高温测试中更安全。

这些“基础研究”的探索,为未来解决工程化问题提供了重要的科学基础。

4、产业化的路径和时间表逐渐清晰,形成阶段性共识

基于对技术难度的共同认识,行业对于全固态电池的产业化步骤,目前形成了一个比较清晰的阶段性共识:

  • 2025-2026年:被认为是 “工程化验证与中试量产” 的关键期。这段时间,半固态电池会率先量产装车,满足一部分市场需求。而全固态电池的重点在于建设中试线、完成车规级样品的验证。像广汽集团宣布建成的首条大容量全固态电池产线,以及北京纯锂新能源在河南投产的产线,其主要意义就在于打通制造全流程,进行工程化验证。

  • 2027年:被普遍视为 “全固态电池装车示范应用的起点” 。多家企业和车企(如宁德时代、长安汽车)都提出了在这一时间点前后实现小批量示范装车的目标。欧阳明高院士也提出,第一代全固态电池(石墨/低硅负极、硫化物电解质,能量密度200-300Wh/kg)预计在2025-2027年实现量产

  • 2030年以后:被认为是 “规模化量产” 的真正开端。无论是欧阳明高院士提到的以硫化物电解质为主体电解质,匹配高镍三元正极和硅碳负极的第二代(400Wh/kg)、锂负极硫化物第三代(500Wh/kg)全固态电池的量产时间点,还是蜂巢能源杨红新、长安汽车邓承浩等产业界人士的预判,以及中国全固态电池产学研协同创新平台副理事长吴志新“2032-2033年进入商业使用期”的观点,都指向2030年之后,全固态电池才可能具备大规模商业化的条件。届时,其应用可能会扩展到高端电动车、eVTOL(电动垂直起降飞行器)等领域。


总的来看,全固态电池的研发正在两条线上推进:一条是科研线,不断在材料和界面的基础研究上取得突破;另一条是产业线,正在努力解决工程化、成本和大规模制造的难题。行业目前的心态比前两年更加冷静和务实,对“半固态”和“全固态”有了更清晰的区分,也对量产时间形成了“先示范、后量产”的渐进式共识。这是一个长周期的研发进程,需要科学、工程和产业链的协同努力。


来源:锂想生活
汽车新能源材料储能试验
著作权归作者所有,欢迎分享,未经许可,不得转载
首次发布时间:2025-12-11
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堃博士
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锂电池P2D模型的几何尺寸

在锂离子电池伪二维(P2D)电化学模型中,正、负极和隔膜都是用线段表示的,假定给电池输入一个电流I,通过解前几篇描述的5个方程计算任意时刻和任意x位置的锂浓度、固相电势、液相电势,最终输出正负极两端的电压,从而模拟电池性能,计算基本过程如下图所示:其实,这是一个一维问题,为什么叫伪二维呢?这个模型主要是通过解液相电势、固相电势、液相锂浓度一维方程来模拟电化学性能的,但是在处理固相颗粒的锂离子扩散方程时引入了颗粒半径这个维度,而且仅仅研究固相锂扩散才引入r变量,因此模型称为“伪二维”模型。在模拟计算中,体积和面积是重要参数,锂浓度和局部电流密度都是根据体积计算的,而荷电状态又是通过锂浓度计算的。线段中的任意一点x,代表一个截面为单位面积(如,1m^2)的电池内部位置。本篇展开介绍模型中的面积和体积。 电化学模型和实际电池关联时,需要将电池的实际几何参数输入模型,主要参数如下表所示:假定给电池以一个电流I充放电,电化学模型施加电流密度i,该电流密度根据极片有效面积A计算,即:i=I/A。因为中间集流体的电流分别进入两侧的电极涂层中,每一个双面涂布的极片需要分别计算两侧的面积,另外,电池设计一般负极涂层会比正极涂层盈余一些以避免枝晶产生,因此面积A一般使用正极涂层的面积。模型一般只考虑了集流体和极片内的欧姆内阻,忽略了电极材料与集流体界面处的接触内阻。 在多孔电极中,涂层由活性物质、导电剂、粘结剂和孔隙组成,各相的体积分数具有下式所描述的关系:其中,εs 为活性物质相体积分数,εCA为导电剂相体积分数,εB为粘结剂相体积分数,εe为极片孔隙率,即电解液相体积分数。 锂浓度是直接决定电池容量的参数,一般在模型中针对具体的活性材料设定参照的最大锂浓度Cmax,表示锂离子活性材料最大可嵌入锂浓度。SOC定义为材料颗粒表面当前锂离子浓度与最大锂离子浓度的比值:SOC = Csurface / Cmax。 设定初始锂浓度C0,即设定了初始的荷电状态,根据材料的平衡电势可以计算初始的电压。 一般依据材料的放电比容量Xmax,计算材料的锂浓度C,对于正极材料,假定完全充电时锂浓度为Cs(0),最大锂浓度为Cmax,则容量与锂浓度关系计算方法为: 式中,Mw是分子量。 因此,电极总容量与活性材料的最大锂浓度、多孔电极中活性物质的体积相关,而在模型中,活性物质的体积根据电极厚度(Ln或Lp)和活性物质体积分数(εs )计算。 电极厚度越大,则电池电极的活性物质总量越多,锂离子数量越多,电池容量就越大,但是厚度方向的锂浓度分布均匀性与电极厚度密切相关。增加电极厚度,锂浓度差会增大,反之,会减小。厚度的变化使液相扩散的路程发生了变化,在扩散系数不变的情况下,锂离子通过电解液输运到电极内部所需的时间也会相应的改变。因此,为减小液相扩散极化,适当减小电极厚度。 初始的电解质盐浓度cl,单位为 mol/m3,其数值范围一般为1000-2000mol/m3。电解质盐浓度通过影响锂离子的迁移速率直接影响电化学反应的速率。另外,前面已经提到,对于固相的电子传导和液相的锂离子传导,有效扩散率、传导率等Deff传输采用Bruggeman关系式表示,取系数ɑ =1.5来估计多孔电极的有效物性。电子和锂离子的传输也和电极中的各相体积分数有关系,但是模型中计算电子电导率时,采用固相体积分数计算,而一般固相体积分数都是设定活性物质的体积分数,特别是正极的电导率主要通过导电剂网络传输,因此多孔电极的电子有效电导率应该进行修正,选用其他数学模型。 电极中存在电子电流和锂离子电流,传输的电子或离子通量与局部反应电流之间的关系式为:反应活性面积as一般根据活性物质的体积分数εs 和粒径r计算:as = 3εs/r 粒径减小,能增大活性物质的比表面积,当电极的放电电流密度一定时,比表面积越大,电极的表面局部电流密度就会随之减小,从而固相扩散的极化也越小 SEI膜也存在一定的欧姆内阻,模型中可以考虑这这个因素的影响,一般输入SEI膜电阻参数RSEI,单位为Ω·m2。 正负极材料的尺寸大小r影响着锂离子的扩散路径,粒径越大颗粒扩散的路径越长,导致表面锂离子浓度与平均浓度相差越大。平均浓度决定了电池的剩余电量,而根据能斯特(Nernst)方程电极电势只取决于电极表面的锂离子浓度,因此粒径影响着电池端电压以及放电截止点。电化学模型中,根据材料实际粒径分布可以选择不同的粒径分布模型。 当隔膜厚度Ls改变时,电池的放电容量不变,这主要是因为隔膜厚度只影响锂离子的传递时间,并不影响电池正负极活性物质的总量。但是当隔膜厚度增加时,电池的电压有细微的下降,这主要是因为隔膜厚度增加时,锂离子在隔膜中传递的时间变长,反映出来即为电池内阻增加。 依据这些理论,锂离子电池伪二维模型可以研究极片厚度、孔隙率、活性物质比例对电池性能的影响。来源:锂想生活

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