当前，随着固态电池的持续发展，《科创板日报》记者注意到，锂电产业链正迎来新的变化，同时新的应用场景正加速产业化进程。①固体電池の電解質と活性物質の接触方式が固-液接触から固-固接触に変わり、これにより一連の変化が生じており、干法工程が注目されており、それに応じた機器メーカーもイテレーションしている。②全固体電池は現在、コストや製造工程などで依然として難題に直面している。③新興産業eVTOL領域の応用面が注目されており、イーハンホールディングスは現在、バッテリー材料の端末が依然としてボトルネックであると考えている。
《科創板日報》11月27日報（記者 余佳欣） 固体電池の注目度は引き続き高まっています。
近日開催された2024年高効率リチウム電池年次会議で、高効率産業研究所（GGII）所長の于德德龍氏は、GGIIは昨年、2024年の固体電池の出荷量は5GWhを超えると予測していましたが、第三四半期終了時点までのデータによると、今年年末までに予想されている固体電池の出荷量は7GWhを超え、2030年までには300GWhに達する見込みです。一方、全固体電池は2028年以降にGWhを超え、2032年前後には100GWhを達成する予定です。
現在、固体電池の持続的な発展に伴い、《科創板日報》記者はリチウム電池産業チェーンが新たな変化を迎えていることに注目し、新たな応用シーンが産業化プロセスを加速していることに気づいています。
▍液体から固体へ：材料、製造工程、機器の迅速なイテレーション
液体電池と比較して、固体電池はリチウムイオン電池の中にある電解液や隔膜を固体電解質で置き換え、最も大きな変化は電解質と活性物質の接触方式が固-液から固-固に変わり、これにより一連の変化が生じる。
卫藍新エネルギーの研究開発責任者である徐航宇氏は、固体電池の課題には、全寿命サイクルで持続的に安定した界面接触、単一の固体電解質材料を全固体電池のニーズを満たすのが難しいという点が含まれています。そのため、混合固液電池の開発戦略は単一の電解質材料の欠点を補っています。現在、同社は酸化物とポリマー固体電解質をベースに混合固液電池の量産化を実現し、製品は低空経済、新興市場車輌、蓄電などの分野に活用されています。
固体電解質の影響で、正極材料の開発も新たな変化に直面しています。
宜宾リポSディレクター技術者Zhou Yuhuanは、固体電池の正極材料開発に直面している主な問題は、インターフェースの安定性、電気化学の安定性、機械接触の安定性、およびコストの問題です。したがって、固体電池の正極材料のジオメトリーと寸法は、使用する電解質の形状に応じてカスタマイズされた設計を行い、電解質との緊密な連携を実現する必要があります。固体電池の正極材料は、より密集し、クラックのない、ひずみのない方向に向けて開発する必要があります。正極材料の表面コーティングは、より精密な制御が必要で、均一で厚さが制御可能であり、産業生産に適した新しいコーティング技術の開発が必要です。
バッテリープロセスの面では、ドライプロセスが広く注目されています。Hua Color TechnologyのCTO Chen Yangは、ドライ電極は従来の液体溶剤を捨て、固体電池の設計思想に類似しています。ドライ技術のサポートを受けて、固体電池の極板製造プロセスは完全に乾燥可能であり、湿式プロセスの乾燥と後に残る溶剤分子の問題を排除しています。さらに、接着剤を使用して固体電解質膜を製造することにより、固体電池の性能を向上させることができ、その利点には、孔隙率が低くなり、イオン伝導率が向上します。
Mannst Li Battery Coating Research Institute長Li ningは、材料レベルでは、ドライプロセスにより、液体媒体による複雑な反応が回避され、材料間の相互作用がより制御しやすくなりました。ただし、ドライプロセスは低温環境で操作可能であり、パラメータを最適化することで硫化物電解質と電極材料の優れた界面を確保できます。
新しいプロセスには新しい機器が必要です。Liyuan Hang Solid Battery TechnologyのディレクターLu Qihuiは、同社の電極ドライコーティング装置は、湿式電極工程と比較して、原材料溶剤コストを11.5％削減し、エネルギー消費を46％以上削減し、経済性に優れています。
同時に、固体電池の重要な機器には、ロール圧延熱複合一体機、極板フレーム印刷＆層積一体機、高圧成分容量装置も含まれます。中でも、極板フレーム印刷＆層積一体機の役割は、固体電池の隔膜をキャンセルし、大きな圧力化が必要なため、電池極板のエッジ変形は内部短絡の問題を引き起こしやすいです。樹脂を電極の端に印刷して反対角にし、圧力下でサポートと絶縁の役割を果たす。
同時に、高圧成分容量装置は初期の充電および放電プロセスを経て、電池材料を活性化し、電池の性能を安定させることができます。通常の電池化または制約圧力には3-10tが必要ですが、固体電池化または制約圧力には60-80t（10MPa圧力/個別のセル）が必要です。
液体電池に比べて、固体電池のワークショップ環境はより厳格になります。これには、より厳しい低露点管制、露点-50°Cが含まれます。同時に、硫化物とハロゲン化物の固体電池機器には、毒性および爆発防止設計が必要です。
全固体電池は、さまざまな問題に直面しています。eVTOLメーカーは材料面での突破を呼びかけています。
現在、業界では、固体電池はまだ初期開発段階にあり、主に半固体が主流であり、全固体電池はコスト、プロセス、安全生産など多くの問題に直面しています。
コスト面では、GGIIの長である于徳龍氏は、原料価格が高く、硫化物の価格が現在5万元/kgで、全固体のコストは液体の10倍以上です。
また、投資額の面では、江蘇省の新界が海目星から購入する2GWhの自動化バッテリー生産ライン設備に注目すると、設備購入額は約4億人民元になると予想されます。多くの業界関係者が「科創板デイリー」に、固体電池製造ライン一本当たりの投資額は製品仕様によって異なりますが、基本的にこれまでの液体電池製造ラインの2倍以上となる金額に相当し、同時に固体電池の新設備（圧縮成形設備など）1台に数百万元がかかり、コストが大幅に増加しています。
プロセス面では、全固体電池は正極のドライ法プロセス、圧縮成形プロセスなどで量産の難題に直面しています。イーハン電池の技術ディレクター、卢其輝氏は、ドライ法正極連続生産には挑戦があると述べ、ドライミックス技術や粉末定量給与技術には問題があり、製造速度や電極材料の均一な分布が低下しています。ローラーシステムの安定性と寿命には課題があり、大径鉄リチウムが膜を形成する過程で装置が詰まり、小径の膜形成過程で装置が高周波振動音を出す問題があり、またローラー表面の疲労寿命にも問題があります。
圧縮成形プロセスに関して、彼は、極めて高い圧力が電池に損傷を与え、500Mpaの圧縮成形が電池に外観損傷と内部短絡の問題を引き起こすことを述べています；圧縮成形装置の生産能力が低く、寿命が短く、各缶の最大生産量は48個（パワーソフトパックバッテリー）にすぎず、500メガパスカルの圧力下で、缶体材料は限界に達し、操作ごとに塑性変形が引き起こされます。
安全性の観点から、盟维科技の副総経理、李洪飛氏は、全固体電池の安全性と故障メカニズムについてさらなる研究が必要であると述べています。既存の一部の実験結果は全固体電池が絶対的に安全であるとは限らないことを示し、固体電解質も熱的失制御を起こすことがあるため、その安全性と熱的失制御メカニズムについてさらなる研究が必要です；全固体リチウム金属電池システム、固体電解質材料と金属リチウム負極の組み合わせでは、リチウムの枝晶が固体電解質の結晶境界、ひび割れ、隙間に沿って成長する状況が発生し、同様に電池の短絡を引き起こし、熱的失制御リスクがあります。
アプリケーションシーンでは、現在、eVTOL分野などの新興市場が関心を集めています。
今年11月14日、イーハンホールディングスは、新界エナジー、国際先進技術応用推進センター（ヘフェイ）、ロー空経済バッテリーエネルギー研究院と協力して開発した高エネルギー固体電池が重要な技術的突破を達成したことを発表しました。EH216-Sはこの電池を搭載し、単発連続飛行テストに成功し、48分10秒を達成し、異なる飛行要件に対応し、航続時間が60％〜90％向上しました。
欣界エネルギーのCEO、孫立氏は、同社の固体電池がリチウム金属負極と酸化物セラミック固体電解質を採用していることを高い工業用リチウム電池年次会議で紹介しました。既にイーハンホールディングスなど、低空飛行分野のさまざまな顧客による専門的なテストをクリアし、第1本（＞450Wh/kg）の固体電池200MWhの試作ラインは2023年末に安定生産され、2025年Q2に完成予定の（＞450Wh/kg）の固体電池2GWh生産ラインの建設計画が進行中で、総投資額は10億元、用地面積は70エーカーになります。
ただし、イーハンホールディングスの副社長である張宏氏は、電池全体がより高い容量比へ向かう場合、現在の材料では不十分であると述べました。現在、固体電池で使用可能な最高の成熟材料は、9級超高ニッケル配合第3世代ナノシリコンです。この材料体系は高倍率になるためには依然として障害に直面しています。"未来には、次世代の材料も必要であり、例えば電芯の電圧を効果的に高める材料など、低空経済分野に適した特に優れた新しい世代の正極材料はまだ明確ではないとのことであり、負極の合金リチウム金属も未熟な状態です。"
複数のメーカーが突破を求めています。その中で、金属リチウム電池メーカーである盟約テクノロジーの副総経理である李洪飛氏は、負極に金属リチウムを採用することが電池のエネルギー密度を向上させる重要な手段であると考えており、リチウムの沈着と脱出を利用してエネルギーを蓄えると述べました。金属リチウムの理論容量は3860mAh/gに達し、同時に低電極電位を持ち、次世代の負極材料の最終目標です。同氏は科創板日報に、現在同社が複数のeVTOLメーカーと共同開発中であると述べました。
リシャンバッテリーの基礎研究部の固体電池研究マネージャーである張進氏は、同社の製品は高容量の活性物質材料を採用し、単一電池のエネルギー密度を400Wh/kgを超えることができ、リチウム金属系負極単一電池のエネルギー密度は500Wh/kgを超えることができます。現在、同社はeVTOL 3社の注文を受け、累計販売額は1億元近くに達しています。
ただし、総体的にはイーハンホールディングスの副社長である張宏氏も、電池の安全性はシステムレベルでの包括的なコントロールが必要であると述べ、「システムレベルで特に優れた方法がなければ、または機全体では十分な安全な制御がなければ、我々は三元素材を使用することをお勧めしません。現在の三元素は液体であっても半固体であっても、その安全性は航空レベルでまだ向上の余地があります。そのため、私たちはまだ電池にすべてのプレッシャーをかけるのではなく、システム統合のレベルや、スマートなコントロール、および機全体の設計レベルに、みんなで協力して取り組むことを希望しています。"
