固態電池,陡然生變
2021年01月20日10:41

  來源:鞭牛士

  作者:張宇

  蔚來首款轎車ET7的推出,卻意外讓固態電池成了香餑餑。

  1月9日,在蔚來舉辦的“2020 NIO Day”上,除了號稱是“目前最先進技術集成”的ET7正式亮相之外,還宣佈將在2022年第四季度裝備150kWh的固態電池。該固態電池可實現360Wh/kg超高能量密度,將續航里程提升至1000公里。

  面對外界對固態電池供應商的諸多猜測,蔚來創始人李斌表示,蔚來汽車與固態電池供應商之間有著非常緊密的合作關係,且肯定是業內最領先的公司,“但現在還不方便提。”

  從李斌的隻言片語中,外界猜想這家固態電池供應商很可能是寧德時代,但據「鞭牛士」瞭解,蔚來ET7的固態電池供應商並非寧德時代,而是中國科學院物理研究所旗下的產業化平台北京衛藍新能源科技有限公司。

  無論是寧德時代還是北京衛藍,一個來自車企與車主的共識早已達成——如果把新能源汽車看作是一場動力變革,那麼固態電池的出現,無疑是這場變革中一個裡程碑式的跨越。

  “新能源汽車發展至今面臨的大部分問題,比如里程焦慮、安全等,固態電池都可以完美解決。”一位供職於某新能源車企的員工楊林凱告訴「鞭牛士」,“可以這麼說,固態電池的出現,基本掃清了新能源汽車發展過程當中最大的阻礙,固態電池絕不只是一個噱頭,而是下一代高性能動力電池的技術製高點。”

  行業格局陡然生變

  對於國產新能源車企來說,剛剛過去的2020年是極具轉折性的一年,補貼全面退坡、“雙積分”接棒、外資品牌殺入國內市場,新能源車企也因此被迫走出“溫室”,應對殘酷的叢林法則。

  戰火順著新能源汽車供應鏈,一直燒到了動力電池領域。

  動力電池是新能源汽車的“心臟”,占整車成本的30%至40%,也正因如此,動力電池產業一度被認為是汽車工業下一個時代的突破點,然而隨著政策降溫、外資品牌捲土重來,動力電池行業也面臨著和新能源汽車行業一樣的嚴峻挑戰。

  “目前來看,動力電池行業確實迎來了新的變數,比亞迪的開放,日韓的回歸,以及被看好的幾家電池供應商如欣旺達、億緯鋰能、中航鋰電等等,這些都會是變量。”楊林凱說道。

  一家動力電池企業實力究竟如何,最直觀的數據體現在裝機量上。

  1月13日,韓國市場研究機構SNE Research公佈了2020年全球動力電池市場相關數據。數據顯示,2020年全球動力電池在電動車上的裝機量達137GWh,同比增長17%,其中寧德時代連續第4年奪得冠軍位置,全年裝機量達34GWh,同比增長2%。

  而作為全球第一的寧德時代,在中國動力電池市場進入開放式競爭格局後,自然會首先遭受到衝擊。

  早在2015年,由於無法進入《汽車動力蓄電池行業規範條件》(業內俗稱白名單),作為外資車企全球供應商的日韓動力電池企業在華佈局受阻。因此,無論是外資車企還是國產新能源車企,都只能使用國產動力電池。

  2019年6月24日,工信部官網發佈文件稱,決定廢止《汽車動力蓄電池行業規範條件》,相關部門將於2020年徹底取消對新能源汽車行業的補貼政策。

  實際上,對於中國市場這塊肥肉,外資動力電池企業早已蠢蠢欲動。2018年以來,日韓動力電池企業如SamsungSDI、LG化學、SKI等開始加速“反撲”中國市場,擴建動力電池產能,背後的野心不言而喻,其中,SKI與天齊鋰業簽訂供貨合同,收購了電池材料企業靈寶華鑫;LG化學與華友鈷業合資;SamsungSDI在2018年年底重啟西安電池項目;Panasonic則計劃斥資數億美元,在其位於中國的電池工廠部署兩條新生產線,這兩條新生產線將使Panasonic在中國的電池產能增加80%。

  據不完全統計,僅Panasonic、SKI、LG化學、SamsungSDI四家企業,近一年在華投資動力電池產業的總額已超過500億元,在全球動力電池企業投資總額中,有超過40%針對中國市場。

  攻勢最猛的是LG化學,由於Tesla上海超級工廠生產的Model 3系列使用的是LG化學的電池,因此不僅帶動了LG化學飛速增長,也使得寧德時代遭受阻擊。2020年第一季度,原來排名第三的LG化學一舉超越寧德時代,成為全球市占率第一的動力電池廠商。

  外資巨頭虎視眈眈,伺機回歸,國內動力電池企業比亞迪也坐不住了。

  自2017年動力電池龍頭老大的位子被寧德時代搶走之後,比亞迪才幡然醒悟,在改變了自產自銷的封閉局面後,比亞迪已和長安汽車等多家主機廠建立戰略合作關係。

  2018年10月,比亞迪董事長兼總裁王傳福曾透露,在全面開放的大戰略下,比亞迪電池的獨立拆分已提上日程,並預計將在2022年左右進行IPO。

  2020年3月,比亞迪推出了磷酸鐵鋰的“刀片電池”,該電池的優勢在於體積能量密度提升30%以上,物料與人工成本等下降30%左右,而且散熱性能更好。王傳福聲稱:刀片電池將引領全球動力電池技術路線重回正道,“把‘自燃’這個詞從新能源汽車的字典里徹底抹掉。”

  事實上,刀片電池更多是對電池生產和加工工藝做了改進,並未對材料及技術上進行突破性革新。“目前電動汽車通常使用的三元鋰電池與磷酸鐵鋰電池,兩者都屬於鋰離子電池,不過,鋰離子的電池能量密度很難得以進一步提升。”楊林凱告訴「鞭牛士」,“目前能量密度最高的鋰電池為260Wh/kg,業內普遍認為鋰離子電池能量密度已經接近極限,很難突破300Wh/kg。”

  相較於傳統鋰離子電池,固態電池具備能量密度更高、安全性更好、體積更小等諸多優勢,被業界認為是動力電池的終極發展方向。

  “哪怕寧德時代依舊獨占鼇頭,但在不具備突出技術優勢的情況下,還是很難在群狼口中獨占半壁江山,因此固態電池將是關鍵一戰。”楊林凱說道,“2021年,基於固態電池的卡位戰將會在各大動力電池企業間打響。”

  固態電池或成分水嶺

  被認為是動力電池終極發展方向的固態電池,究竟是一種什麼樣的技術呢?

  簡單來說,固態電池就是將現有電池體系中的液態電解質,完全替換為固態電解質。

  在中國科學院物理研究所李泓博士看來,固態電解質是一種通用型策略,一旦開發成功,再搭配不同的正負極材料,能滿足消費類電子、無人機、動力儲能、航空航天、軌道交通等諸多領域的需求。

  固態電解質的“全能”特性,源於其具有高溫下穩定、不易燃的理化特性,而且其機械結構也能抑製鋰枝晶生長,避免其刺穿隔膜造成電池短路,同時,常規液態電解質高壓之下易氧化的特點對於固態電解質而言也不複存在,因此固態電池具備更高的能量密度、更大的放電倍率,以及更長的循環壽命。

  而這些技術優勢,決定了固態電池將會是未來十年內最適合電動汽車的動力電池——自新能源汽車問世以來,關於自燃的現象就一直沒有停止過,而新能源汽車自燃的原因不外乎鋰電池內部發生短路後熱失控,具有易燃特點的電解液“火上澆油”所致。

  2020年,我國共實施汽車召回199次,涉及汽車678.23萬輛,其中新能源汽車召回31次,在新能源汽車召回中,動力電池可能存在熱失控和自燃等安全隱患仍然是新能源汽車召回的主要原因。相比之下,固態電解質最大的特點就是不易燃燒,從而在根本上改善新能源汽車的安全性。

  最先實現固態電池技術突破的是豐田。在2019年10月的東京車展上,豐田曾表示將在2020年實現固態電池裝車,隨後豐田宣佈將在2025年之前量產固態電池。據豐田透露,這種電池能量密度是鋰電池的2倍以上,電池里沒有氣體和液體存在,所以更輕也更安全。

  與此同時,北汽新能源也宣佈完成對首台搭載固態電池系統的純電動樣車的調試。2020年初,北汽新能源發佈了“2029計劃”,其中包括未來十年的電池規劃——以鋰離子電池、固態電池、燃料電池“三位一體”的能源驅動系統構建多元化能源體系。

  在楊林凱看來,誰能搶先實現固態電池技術的商用,誰就能搶下未來十年內新能源產業發展的先機,“當下,寧德時代、國軒高科、億緯鋰能等企業紛紛湧入固態電池領域,試圖在固態電池技術尚未成熟之前完成卡位,而一旦有了顛覆性的技術突破,就意味著動力電池市場進入了洗牌期,因此,固態電池很可能會成為一道行業中的分水嶺。”

  商業化進展不順

  儘管固態電池有著種種優勢,但其商業化的進展並不順利,一個難以突破的技術難題是固體電池的充放電效率很低。

  由於固態電解質電導率比液體電解質低10倍以上,導致固態電池無法實現快充,同時放電性能也極差,這也就意味著,當汽車需要高功率電力輸出時,電池組會出現供電不足的情況,而且由於導電率差,電量實際轉化為可用電量的效率也會很低。

  解決上述技術難題的關鍵在於,如何找到高電導率的固態電解質。近兩年,隨著硫化物固態電解質的應用,這一問題雖然得以逐步解決,但固態電池商業化的進展仍然不太順利。

  2017年,菲斯克、豐田等車企曾大肆吹鼓固態電池技術,但其量產車型落地時間卻一推再推。2020年3月,哪吒汽車發佈了一款搭載固態電池的新車型哪吒U,據哪吒汽車透露,哪吒U計劃於去年10月份申報工信部公告,年底前量產500台。然而截至目前,500台哪吒固態電池汽車仍不見蹤影。

  “除了技術難題,固態電池製作工藝複雜、批量化生產的效率較低,導致生產成本過高,蔚來此次發佈的固態電池,實則是半固態電池。”楊林凱說道,“半固態電池同樣要用到隔膜和電解液,只是電解液的用量會少一些。”

  在ET7發佈後,李斌也表示此次發佈的固態電池仍帶有電解液,全固態電池的量產還是很遠的事情。

  “在現有技術條件下,固態電池的發展路徑需要從半固態逐漸過渡到全固態電池。技術進步是一個日積月累的過程,即便是蔚來所採用的半固態電池,實現量產仍有難度。”楊林凱認為固態電池產業化仍然需要時間,“業內普遍認為,到2025年半固態電池或許能得到大規模商用,而全固態電池至少要等到10年以後。”

  儘管如此,以寧德時代為首的動力電池企業仍在爭分奪秒地實現技術突破,對整個動力電池行業而言,固態電池是下半場戰事的必爭高地,變局已經在悄悄醞釀,新一輪電池技術革命即將到來。

  (註:應受訪者要求,楊林凱為化名。)

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