國(guó)內(nèi)車(chē)企真的需要固態(tài)電池嗎？

時(shí)間:2024-07-30 21:34來(lái)源:車(chē)百智庫(kù) 作者:小剛
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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(chē)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。
 
1
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(zhuān)利授權(quán)顯示，這一專(zhuān)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(zhuān)利的同時(shí)，特斯拉也公開(kāi)了一則固態(tài)電池專(zhuān)利信息。該專(zhuān)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(chē)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(chē)輛。據(jù)悉，大眾汽車(chē)的電池部門(mén)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(chē) OEM 提供的固態(tài)電池單元 B 樣品。”Factorial方面稱(chēng)。
 
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(chē)先行者大會(huì)上，智己汽車(chē)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(chē)。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(chē)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(chē)2023年業(yè)績(jī)說(shuō)明會(huì)上，長(zhǎng)安汽車(chē)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(chē)企也宣布了半固態(tài)電池裝車(chē)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(chē)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(chē)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(chē)，其余車(chē)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。
 
2
固態(tài)電池為何讓車(chē)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(lèi)：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(chē)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(chē)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。可以說(shuō)，如果固態(tài)電池真的得到量產(chǎn)，一直困擾電動(dòng)汽車(chē)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(chē)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(chē)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(chē)什么事兒了。
 
3
國(guó)內(nèi)車(chē)企真需要固態(tài)電池嗎？
 
車(chē)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(chē)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(chē)企。
 
其中日系車(chē)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(chē)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(chē)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(chē)。
 
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(chē)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(chē)成本的大頭部分，約為30%左右，是車(chē)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(chē)型的“享用品”，而是能搭載到更多中低端車(chē)型上做到技術(shù)平權(quán)。這既是車(chē)企們的期待，也是消費(fèi)者的期待。
 
只是，各家車(chē)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(chē)企對(duì)外宣傳最高續(xù)航可達(dá)700km/h。
 
國(guó)家863電動(dòng)車(chē)重大專(zhuān)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(zhuān)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。
 
4
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(chē)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)
文章標(biāo)簽： 固態(tài)電池
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