今年以來(lái),固態(tài)
電池概念持續(xù)火爆,國(guó)內(nèi)外各大車企、
電池供應(yīng)商、科研院所的技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)持續(xù)升溫。
可以說(shuō),固態(tài)江湖有任何風(fēng)吹草動(dòng),幾乎都會(huì)刮起一陣市場(chǎng)熱論,或者資本風(fēng)暴。
更何況,最近,固態(tài)電池領(lǐng)域的消息實(shí)在讓人目不暇接。
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大戰(zhàn)一觸即發(fā)
7月18日,四川首個(gè)固態(tài)電池創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)園項(xiàng)目在宜賓市啟動(dòng),總投資額高達(dá)95億元。據(jù)悉,該項(xiàng)目主要建設(shè)4GWh高安全電池生產(chǎn)線、30MWh全固態(tài)電池小試線。
隨著我國(guó)政府和企業(yè)在全固態(tài)電池領(lǐng)域加大投入,固態(tài)電池相關(guān)技術(shù)不斷取得突破。寧德時(shí)代于7月16日獲得的一固態(tài)電池實(shí)用新型專利授權(quán)顯示,這一專利申請(qǐng)?zhí)朇N202420873452.X的電池測(cè)試模具及電池測(cè)試裝置,可分為夾持件和壓緊件兩部分,夾持件可裝載固態(tài)電池粉體,壓緊件可復(fù)制夾持件來(lái)進(jìn)行操作。
幾乎在寧德時(shí)代獲上述專利的同時(shí),特斯拉也公開(kāi)了一則固態(tài)電池專利信息。該專利顯示,其研發(fā)團(tuán)隊(duì)用新材料將電池循環(huán)壽命提升了10%,原理為富錳正極材料中加入蘇打粉(碳酸鈉),用摻雜金屬離子的方法改善材料結(jié)品性和穩(wěn)定性,減少溶出和析出,降低電壓衰減。
除特斯拉,大眾汽車7月11日宣布,將大幅提高與美國(guó)初創(chuàng)公司QuantumScape開(kāi)發(fā)的固態(tài)電池的產(chǎn)量,目標(biāo)是將這項(xiàng)技術(shù)引入更多車輛。據(jù)悉,大眾汽車的電池部門PowerCo已與QuantumScape達(dá)成協(xié)議,以實(shí)現(xiàn)QuantumScape下一代固態(tài)鋰金屬的工業(yè)化電池技術(shù)。
此外,美國(guó)固態(tài)電池廠商Factorial于今年6月初宣布,將向其開(kāi)發(fā)合作伙伴梅賽德斯-奔馳提供下一階段的固態(tài)電池B樣品。“這是世界上第一個(gè)(宣布的)向全球汽車 OEM 提供的固態(tài)電池單元 B 樣品。”Factorial方面稱。
量產(chǎn)方面,7月3日,國(guó)內(nèi)頭部電池企業(yè)欣旺達(dá)透露,公司預(yù)計(jì)可以在2026年將聚合物體系的全固態(tài)電池成本降至2元/Wh,與半固態(tài)電池成本接近,這也是欣旺達(dá)首次對(duì)外詳細(xì)公開(kāi)在全固態(tài)電池上的進(jìn)展。同日,寧德時(shí)代在接受調(diào)研時(shí)表示,公司在全固態(tài)電池上持續(xù)堅(jiān)定投入,技術(shù)處于行業(yè)領(lǐng)先水平,2027年有望實(shí)現(xiàn)小批量生產(chǎn)。
在稍早前的未來(lái)汽車先行者大會(huì)上,智己汽車聯(lián)席CEO劉濤透露,上汽集團(tuán)與清陶能源聯(lián)合研發(fā)的光年固態(tài)電池將于今年10月實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)上車。在此之前,廣汽集團(tuán)表示,其自主研發(fā)的全固態(tài)電池技術(shù)并將于2026年量產(chǎn)搭載于廣汽昊鉑高端車型,能量密度超過(guò)400Wh/kg,續(xù)航里程將超過(guò)1000公里。長(zhǎng)安汽車2023年業(yè)績(jī)說(shuō)明會(huì)上,長(zhǎng)安汽車董事長(zhǎng)朱華榮表示,集團(tuán)研發(fā)的半固體電池將于2026年年底上市。
據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),除上汽、長(zhǎng)安及廣汽外,蔚來(lái)、賽力斯、哪吒等車企也宣布了半固態(tài)電池裝車量產(chǎn)計(jì)劃。動(dòng)力電池廠商方面,寧德時(shí)代、清陶能源、中創(chuàng)新航、蜂巢能源、輝能科技、贛鋒鋰業(yè)、億緯鋰能、國(guó)軒高科、比克電池、欣旺達(dá)、力神電池等均公布了各自固態(tài)電池的上車計(jì)劃。
中金公司研報(bào)認(rèn)為,2024年為半固態(tài)/固態(tài)電池裝車元年,蔚來(lái)、上汽、廣汽已發(fā)布固態(tài)電池方案并部分實(shí)現(xiàn)裝車,其余車企有望持續(xù)跟進(jìn);而海外電池廠商LGES、三星SDI等亦加速推進(jìn)固態(tài)電池布局,計(jì)劃2027—2028年量產(chǎn)全固態(tài)電池。
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固態(tài)電池為何讓車企瘋狂?
不同于目前主流的鋰離子電池和鋰離子聚合物電池,固態(tài)電池的最大特點(diǎn)就是使用了固體電極和固體電解質(zhì)。
從液態(tài)到固態(tài),區(qū)別看似不大,卻有研發(fā)者直呼“全固態(tài)電池的開(kāi)發(fā)難度堪比攀登珠穆朗瑪峰”。那么,固態(tài)電池研發(fā)到底難在哪兒?
難就難在固態(tài)電解質(zhì)的設(shè)計(jì)。
目前,研發(fā)最深入、最具前景的固態(tài)電解質(zhì)可分為三類:氧化物、硫化物和聚合物。但是,無(wú)論哪一種,都有著或穩(wěn)定、或性能上的缺陷,很難找到符合要求的材料。
廣泛存在的固-固界面、電池內(nèi)部的電化學(xué)反應(yīng)等問(wèn)題,都嚴(yán)重影響著固態(tài)電池的使用壽命和安全性。并且,由于固態(tài)電解質(zhì)具有脆性,在生產(chǎn)中極可能出現(xiàn)破損。這就對(duì)固態(tài)電池的組裝工藝也提出了要求。
最重要的是——成本。要知道,即使是蔚來(lái)ET7所搭載的150kWh的半固態(tài)電池,其造價(jià)也接近了30萬(wàn)元。而從目前實(shí)驗(yàn)室中公布的數(shù)據(jù)推算,全固態(tài)電池組造價(jià)很可能在200萬(wàn)元以上。這樣的價(jià)格自然無(wú)望工業(yè)化。因此,盡管實(shí)驗(yàn)室中已經(jīng)取得了一系列進(jìn)展,但無(wú)論從技術(shù)還是成本上來(lái)說(shuō),固態(tài)電池的量產(chǎn)還有一場(chǎng)攻堅(jiān)戰(zhàn)要打。
那么問(wèn)題來(lái)了,既然固態(tài)電池要上車這么難,為什么還要去搞?
無(wú)他,只因固態(tài)電池?fù)糁辛四壳凹冸妱?dòng)汽車的核心痛點(diǎn)。
先說(shuō)續(xù)航。目前,固態(tài)電池的能量密度能夠達(dá)到400Wh/Kg左右,遠(yuǎn)超液態(tài)鋰電池的能量密度上限。并且隨著技術(shù)的進(jìn)步,這個(gè)數(shù)字還會(huì)進(jìn)一步提升。這就意味著同體積下更長(zhǎng)的續(xù)航里程。目前的固態(tài)電池,已經(jīng)可以輕松實(shí)現(xiàn)1000+公里的續(xù)航里程。而且固態(tài)電池不存在電解液凝固的問(wèn)題,冬天的續(xù)航能力也同樣出色?梢哉f(shuō),如果固態(tài)電池真的得到量產(chǎn),一直困擾電動(dòng)汽車的續(xù)航問(wèn)題將迎刃而解。
再說(shuō)令很多人對(duì)電動(dòng)汽車望而卻步的安全問(wèn)題。不論是磷酸鐵鋰電池還是三元鋰電池,都因其有機(jī)液態(tài)電解質(zhì)的易燃性和高腐蝕性,存在著嚴(yán)重的自燃風(fēng)險(xiǎn)。而采用固態(tài)電解質(zhì)的固態(tài)電池就可以很好地進(jìn)行規(guī)避。
固態(tài)電池的快充能力也是一大亮點(diǎn)。由于固態(tài)電解質(zhì)中離子的移動(dòng)速度更快,固態(tài)電池具有更高的離子導(dǎo)電性,充電速度相對(duì)于液態(tài)鋰電池也就要優(yōu)秀很多,充電10分鐘就能跑800公里。
除了續(xù)航、安全和充電速度方面表現(xiàn)優(yōu)秀外,固態(tài)電池更具有體積更小、循環(huán)壽命更強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),可謂是電池界的“六邊形戰(zhàn)士”。
面對(duì)著這樣一款解決了電動(dòng)汽車絕大多數(shù)問(wèn)題的電池,哪個(gè)廠商會(huì)不心動(dòng)?可以說(shuō),固態(tài)電池如果能夠工業(yè)化量產(chǎn),那就真沒(méi)燃油車什么事兒了。
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國(guó)內(nèi)車企真需要固態(tài)電池嗎?
車企們的拉鋸戰(zhàn),本質(zhì)上也加速了固態(tài)電池的研發(fā)速度。
目前,國(guó)內(nèi)以市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)為主,尚未出臺(tái)固態(tài)電池補(bǔ)貼政策,所以,短期仍大概率聚焦半固態(tài)電池技術(shù),同時(shí)布局硫化物路線。
目前,包括衛(wèi)藍(lán)新能源、清陶能源等廠商,也包括傳統(tǒng)鋰電子電池企業(yè)如寧德時(shí)代、贛鋒鋰業(yè)、比亞迪等,均在硫化物、氧化物和聚合物電解質(zhì)路線上有布局。
此外,車企綁定電池廠共同研發(fā)成為布局固態(tài)電池技術(shù)的一種主流方案,但現(xiàn)在處于領(lǐng)先地位的仍是海外車企。
其中日系車企布局較早,受政策驅(qū)動(dòng),與電池企業(yè)共同研發(fā);歐美車企則通過(guò)投資初創(chuàng)企業(yè)進(jìn)行布局。
海外整體布局領(lǐng)先一大原因,是因?yàn)閼{借大額補(bǔ)貼能搶先押注全固態(tài)電池技術(shù)。
比如日本車企和電池廠共同研發(fā)的體系支撐,當(dāng)?shù)卣Y金扶持力度超2千億日元(約100億元人民幣),力爭(zhēng) 2030年實(shí)現(xiàn)全固態(tài)電池商業(yè)化,能量密度目標(biāo)500Wh/kg。
韓國(guó)政府提供稅收抵免支持固態(tài)電池研發(fā),疊加動(dòng)力電池巨頭聯(lián)合推進(jìn),目標(biāo)于2025-2028年開(kāi)發(fā)出能量密度 400Wh/kg的商用技術(shù),2030年完成裝車。
歐洲國(guó)家中德國(guó)研發(fā)布局投入最大。美國(guó)由能源部出資,初創(chuàng)公司主導(dǎo)研發(fā),并與眾多車企達(dá)成合作,目標(biāo)在 2030年達(dá)到能量密度500Wh/kg。
強(qiáng)大的性能誘惑之下,即便克服固態(tài)電池技術(shù)困難重重,但總會(huì)有人躬身入局啃硬骨頭。
所以,業(yè)內(nèi)關(guān)注固態(tài)電池最新進(jìn)展,還需要將眼光更多瞄向中日韓等國(guó)。
目前,電池仍占一輛新能源車成本的大頭部分,約為30%左右,是車企們控制利潤(rùn)率時(shí)的首要考量因素。
根據(jù)全球能源智庫(kù)RMI公司日前發(fā)布的一份研究報(bào)告表示,電池成本在未來(lái)幾年可能會(huì)大幅下降。報(bào)告認(rèn)為,自從1991年以來(lái)電池產(chǎn)量每增加一遍,其平均成本下降19%。所以,隨著時(shí)間推移,電池成本將不斷下降。
如若固態(tài)電池有一天技術(shù)與成本達(dá)到“Scaling Law”時(shí)刻,性能得以大幅提高,那一定不會(huì)僅作為高端車型的“享用品”,而是能搭載到更多中低端車型上做到技術(shù)平權(quán)。這既是車企們的期待,也是消費(fèi)者的期待。
只是,各家車企們搭載的都是半固態(tài)電池,平均真實(shí)續(xù)航里程在600km/h左右。即便如此,但已經(jīng)有某幾家車企對(duì)外宣傳最高續(xù)航可達(dá)700km/h。
國(guó)家863
電動(dòng)車重大專項(xiàng)動(dòng)力電池測(cè)試中心原主任王子冬認(rèn)為,固態(tài)電池量產(chǎn)的時(shí)間在5年內(nèi)的窗口實(shí)現(xiàn)是有難度的。他表示,2026年前全固態(tài)電池量產(chǎn)的可能性非常小。
寧德時(shí)代一位研發(fā)工程師也認(rèn)為,固態(tài)電池現(xiàn)在要突破的技術(shù)難點(diǎn)比較多,電解質(zhì)、負(fù)極材料、界面、生產(chǎn)工藝方面都亟待解決。目前也有很多學(xué)者專家都在研究這個(gè)問(wèn)題,這些問(wèn)題不可能在短時(shí)間里得到解決。
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結(jié)語(yǔ)
為追求技術(shù)上的差異擺脫內(nèi)卷局面,某種程度上,固態(tài)電池的象征意義已經(jīng)大于實(shí)際意義。對(duì)車企來(lái)說(shuō),存活在實(shí)驗(yàn)室階段的固態(tài)電池技術(shù),更像是一筆“風(fēng)險(xiǎn)投資”。
(責(zé)任編輯:子蕊)