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固態(tài)電解質(zhì)膜能否獨(dú)立成為鋰電新環(huán)節(jié)？產(chǎn)業(yè)化面臨哪些關(guān)鍵挑戰(zhàn)？
11月以來，隔膜企業(yè)星源材質(zhì)接連宣布兩項(xiàng)在“固態(tài)電解質(zhì)膜”領(lǐng)域的重要合作；同一月份，電池企業(yè)太藍(lán)新能源推出“無隔膜”固態(tài)電池技術(shù)。
如何理解這兩個(gè)概念，以及兩家企業(yè)代表的產(chǎn)業(yè)鏈不同環(huán)節(jié)之間的微妙關(guān)系，要厘清這些問題，首先需要了解固態(tài)電解質(zhì)膜在固態(tài)電池中的應(yīng)用邏輯。
如何理解“固態(tài)電解質(zhì)膜”？
具體來看，星源材質(zhì)先后與大曹化工、中科深藍(lán)匯澤達(dá)成合作。
其中，大曹化工為星源材質(zhì)提供聚合物，星源材質(zhì)加工后批量交付半固態(tài)電池隔膜。
與中科深藍(lán)匯澤的合作，則著眼于固態(tài)電解質(zhì)膜的聯(lián)合開發(fā)、生產(chǎn)及銷售，星源材質(zhì)還將為其提供工廠建設(shè)和體系搭建支持。
中科深藍(lán)匯澤以中科院青島生物能源與過程研究所崔光磊團(tuán)隊(duì)為技術(shù)支撐，在室溫電導(dǎo)率高的新型聚合物基固態(tài)電解質(zhì)、剛性骨架支撐材料，原位固化工藝等方面均有重要突破，是固態(tài)電解質(zhì)膜產(chǎn)業(yè)化的研發(fā)基礎(chǔ)。
綜合產(chǎn)業(yè)定義來看，固態(tài)電解質(zhì)膜既可以指代將固態(tài)電解質(zhì)涂覆于基膜、極片或其他支撐材料上，或者采用傳統(tǒng)隔膜干、濕法工藝（相分離、熔融拉伸）制備，也包含了固態(tài)電解質(zhì)在粘結(jié)劑和干法電極工藝（原纖化法、靜電法）的支持下獨(dú)立成膜。
前者的優(yōu)勢(shì)在于現(xiàn)有隔膜量產(chǎn)工藝可助力其工程化，后者雖面臨強(qiáng)度、厚度控制，材料配方組合、干法制備等挑戰(zhàn)，但在環(huán)保與成本控制上具備長(zhǎng)期潛力。
太藍(lán)新能源提出“無隔膜”固態(tài)電池的概念，實(shí)質(zhì)上是以固態(tài)電解質(zhì)膜替代傳統(tǒng)鋰電隔膜。這種膜狀或片狀的形式，能夠提供均勻界面并適應(yīng)形變，是固態(tài)電解質(zhì)在電池中的重要存在方式，類似于正負(fù)極材料以極片形式存在的模式。
掌握固態(tài)電解質(zhì)材料技術(shù)，與有鋰電隔膜產(chǎn)品開發(fā)、量產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的企業(yè)，都是這一品類成型、量產(chǎn)的中游力量。當(dāng)前雙方既交織在一起，以互補(bǔ)、協(xié)同的方式推動(dòng)固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化進(jìn)度，也在研發(fā)、產(chǎn)能等布局上競(jìng)逐較量。
星源材質(zhì)已組建起“固態(tài)電解質(zhì)隔膜開發(fā)項(xiàng)目組”，其產(chǎn)品進(jìn)入客戶測(cè)試階段并形成小批量供貨；湖南恩捷則完成了硫化物電解質(zhì)膜的實(shí)驗(yàn)室技術(shù)驗(yàn)證，正向卷對(duì)卷連續(xù)化中試生產(chǎn)邁進(jìn)。此外，恩捷股份與北京衛(wèi)藍(lán)、天目先導(dǎo)合資成立的江蘇三合，則已落地兩條氧化物電解質(zhì)涂覆隔膜的產(chǎn)線。
固態(tài)電解質(zhì)材料企業(yè)中，中科固能、瑞固新材等已有量產(chǎn)固態(tài)電解質(zhì)膜（分別是硫化物、氧化物）的規(guī)劃，滄州中孚新能源則在11月最新透露，其總投資25億元、規(guī)劃年產(chǎn)15億平米（一期5000萬平米）的“準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)隔膜”產(chǎn)能即將竣工。
而從下游電池企業(yè)的角度出發(fā)，提出“無隔膜”概念，無非是看到了固態(tài)電池作為全新產(chǎn)品所蘊(yùn)含的重塑產(chǎn)業(yè)生態(tài)的機(jī)會(huì)，并希望提前搶占產(chǎn)品定義權(quán)。就像輝能科技同樣提出“無隔膜”概念，也有企業(yè)將超薄鋰金屬負(fù)極、組裝時(shí)沒有負(fù)極（將鋰離子摻混于正極中，首次充電時(shí)在銅箔上生成鋰金屬負(fù)極）冠以“無負(fù)極”概念。
固態(tài)電解質(zhì)膜是否有成為獨(dú)立環(huán)節(jié)的可能性？
恩捷股份曾在投資者交流中表示，固態(tài)電池成膜環(huán)節(jié)的定位，取決于電池廠商的研發(fā)進(jìn)展和方向選擇：“部分企業(yè)直接使用固態(tài)電解質(zhì)涂覆在正負(fù)極上，而一些則通過獲取電解質(zhì)膜進(jìn)行熱壓或者轉(zhuǎn)印。”今年，固態(tài)電解質(zhì)膜產(chǎn)品需求主要來自向下游客戶送樣，出貨規(guī)模不大。
實(shí)際上，固態(tài)電解質(zhì)的“使用方法”還包括，將固態(tài)電解質(zhì)包覆在正負(fù)極顆粒表面以以減少副反應(yīng)、降低阻抗；或?qū)㈦娊赓|(zhì)粉體共混于活性材料或聚合物等之中，直接提高材料整體的兼容性；以及近年來成為業(yè)內(nèi)熱詞的原位固化。相較于涂覆，包覆、共混、原位固化均更集中于內(nèi)部而非表面兼容性的改良。
從公開論文和專利來看，學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界對(duì)于以上方案都保持著共存和開放的心態(tài)，因此對(duì)于材料企業(yè)來說，同時(shí)布局固態(tài)電解質(zhì)粉體、漿料和電解質(zhì)膜更具綜合優(yōu)勢(shì)，但實(shí)際上也是對(duì)企業(yè)研發(fā)、資金實(shí)力的考驗(yàn)。
在2024高工鋰電年會(huì)上，參會(huì)企業(yè)也對(duì)于這一議題展開了探討。
如藍(lán)廷新能源認(rèn)為，固態(tài)電解質(zhì)膜將獨(dú)立成為一個(gè)環(huán)節(jié)，供應(yīng)企業(yè)的核心在于對(duì)復(fù)合材料體系的把控能力，包括電解質(zhì)、輔助成型材料（骨架材料）等。
超威集團(tuán)從終端需求的角度出發(fā)，提出固態(tài)電解質(zhì)膜是否獨(dú)立存在，還取決于制備工藝。若能收卷、密封保存并單獨(dú)運(yùn)輸，則可以作為商品存在。考慮到硫化物、氧化物電解質(zhì)的不穩(wěn)定性，采用電解質(zhì)膜供應(yīng)商提供技術(shù)、電池廠生產(chǎn)的合作模式可能更為高效，
從全局來看，固態(tài)電解質(zhì)膜的“獨(dú)立之路”面臨的是更為綜合的挑戰(zhàn)。
首先，固態(tài)電解質(zhì)、正負(fù)極（尤其是富錳正極、鋰金屬或硅負(fù)極等新型材料）、集流體、添加劑（包括粘結(jié)劑、導(dǎo)電劑等）等等相互作用的復(fù)雜性，也就是所謂的“固固界面”問題，需要開發(fā)者從全電池（材料-電極-電芯）角度出發(fā)，深入研究各成分之間的物理、電化學(xué)反應(yīng)。
也就是說，電解質(zhì)材料與固態(tài)電池技術(shù)能力的提升，需要保持相對(duì)一致的節(jié)奏。
其次，若固態(tài)電解質(zhì)膜作為獨(dú)立產(chǎn)品投入市場(chǎng)，塑造核心競(jìng)爭(zhēng)力將是必經(jīng)之路。前期核心在于技術(shù)與成本的協(xié)同平衡，即如何通過原材料降本、制備工藝突破進(jìn)行成本控制。
從降低BOM成本出發(fā)，尤其是在硫化物技術(shù)路線中，硫化鋰合成還存在巨大降本空間（單噸成本至少需降至50萬元）；氧化物固態(tài)電解質(zhì)所對(duì)應(yīng)的氧化鋯、氧化鋁等原材料，則還處于較為劇烈的價(jià)格波動(dòng)中。
從降低制造費(fèi)用出發(fā)，在技術(shù)或產(chǎn)品方案定型后，固態(tài)電解質(zhì)膜量產(chǎn)，還需要解決超薄、連續(xù)制備的工程化挑戰(zhàn)。若涉及干法工藝，則挑戰(zhàn)更大。
并且，如果電池廠商決定外采固態(tài)電解質(zhì)膜進(jìn)行生產(chǎn)，還可能需要在流程中多出轉(zhuǎn)印環(huán)節(jié)。
固態(tài)電解質(zhì)（尤其是氧化物基）材料脆性高，直接與電極材料進(jìn)行疊片或卷繞易導(dǎo)致裂紋或破損。采用轉(zhuǎn)印設(shè)備將固態(tài)電解質(zhì)膜轉(zhuǎn)移至電極表面，則可以在批量制造中尋求更高精度、更低缺陷并提高良率。目前，已有包括利元亨在內(nèi)的設(shè)備企業(yè)，對(duì)電解質(zhì)連續(xù)轉(zhuǎn)印所需設(shè)備進(jìn)行研發(fā)布局。
以上均對(duì)固態(tài)電解質(zhì)膜企業(yè)的產(chǎn)業(yè)同頻、協(xié)作能力提出更高要求。目前，不少固態(tài)電解質(zhì)企業(yè)，積極規(guī)劃了固態(tài)電池的試驗(yàn)產(chǎn)線，這便是在全電池體系這種驗(yàn)證自家產(chǎn)品的考量。一方面這是技術(shù)實(shí)力和資本認(rèn)可的證明，但另一方面，電解質(zhì)企業(yè)與電池企業(yè)對(duì)于固態(tài)電芯、電池、系統(tǒng)設(shè)計(jì)的思考，總不可能全然相同，這也是電解質(zhì)企業(yè)前期投入的風(fēng)險(xiǎn)所在。
值得注意的是，產(chǎn)業(yè)中還有另一股力量，固態(tài)電池初創(chuàng)企業(yè)，其產(chǎn)品布局也包括了固態(tài)電解質(zhì)、固態(tài)電解質(zhì)膜。
如Quantumscape，以氧化物固態(tài)電解質(zhì)膜為創(chuàng)新核心，已經(jīng)為其開發(fā)了專用的隔膜設(shè)備。本月該公司發(fā)布固態(tài)電解質(zhì)膜設(shè)備Cobra，并宣布于2025 年將其整合到其電池生產(chǎn)基線中，推動(dòng)公司固態(tài)電池商業(yè)化樣品QSE-5 B按規(guī)劃進(jìn)入量產(chǎn)階段。
國(guó)內(nèi)如清陶能源、衛(wèi)藍(lán)新能源等，均在固態(tài)電解質(zhì)膜上有深入布局。
清陶能源于12月最新公布的固態(tài)電解質(zhì)膜專利，便提出了減少固態(tài)電解質(zhì)膜壓制次數(shù)、同時(shí)提高致密度的制備方法；另通過引入熔噴紡絲工藝形成基材層，對(duì)比靜電紡絲可省去外加電場(chǎng)與額外溶劑?？梢钥闯觯疽呀?jīng)在切實(shí)考慮固態(tài)電解質(zhì)膜的量產(chǎn)工藝及制造降本。
可以更現(xiàn)實(shí)的說，固態(tài)電解質(zhì)作為固態(tài)電池的核心構(gòu)成，其在產(chǎn)品定義（不僅是材料-電極-電芯層級(jí)，也涉及整車及電池系統(tǒng)層級(jí)）、利潤(rùn)分配等方面還都將迎來博弈。博弈既在于產(chǎn)業(yè)鏈不同角色企業(yè)之間，更在于技術(shù)本身與產(chǎn)業(yè)之間。對(duì)于固態(tài)電解質(zhì)膜企業(yè)來說，從材料開發(fā)到產(chǎn)品開發(fā)，也還有更復(fù)雜的路徑需要走。
不過，固態(tài)電池性能上限高，政策支持與產(chǎn)業(yè)聚力協(xié)同才剛剛開始，目前還能給初創(chuàng)企業(yè)更多的探索機(jī)會(huì)、空間與時(shí)間。
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