固态电池,陡然生变

固态电池,陡然生变
2021年01月20日 00:13 锌财经

文/张宇

蔚来首款轿车ET7的推出,却意外让固态电池成了香饽饽。

1月9日,在蔚来举办的“2020 NIO Day”上,除了号称是“目前最先进技术集成”的ET7正式亮相之外,还宣布将在2022年第四季度装备150kWh的固态电池。该固态电池可实现360Wh/kg超高能量密度,将续航里程提升至1000公里。

面对外界对固态电池供应商的诸多猜测,蔚来创始人李斌表示,蔚来汽车与固态电池供应商之间有着非常紧密的合作关系,且肯定是业内最领先的公司,“但现在还不方便提。”

从李斌的只言片语中,外界猜想这家固态电池供应商很可能是宁德时代,但据「鞭牛士」了解,蔚来ET7的固态电池供应商并非宁德时代,而是中国科学院物理研究所旗下的产业化平台北京卫蓝新能源科技有限公司。

无论是宁德时代还是北京卫蓝,一个来自车企与车主的共识早已达成——如果把新能源汽车看作是一场动力变革,那么固态电池的出现,无疑是这场变革中一个里程碑式的跨越。

“新能源汽车发展至今面临的大部分问题,比如里程焦虑、安全等,固态电池都可以完美解决。”一位供职于某新能源车企的员工杨林凯告诉「鞭牛士」,“可以这么说,固态电池的出现,基本扫清了新能源汽车发展过程当中最大的阻碍,固态电池绝不只是一个噱头,而是下一代高性能动力电池的技术制高点。”

行业格局陡然生变

对于国产新能源车企来说,刚刚过去的2020年是极具转折性的一年,补贴全面退坡、“双积分”接棒、外资品牌杀入国内市场,新能源车企也因此被迫走出“温室”,应对残酷的丛林法则。

战火顺着新能源汽车供应链,一直烧到了动力电池领域。

动力电池是新能源汽车的“心脏”,占整车成本的30%至40%,也正因如此,动力电池产业一度被认为是汽车工业下一个时代的突破点,然而随着政策降温、外资品牌卷土重来,动力电池行业也面临着和新能源汽车行业一样的严峻挑战。

“目前来看,动力电池行业确实迎来了新的变数,比亚迪的开放,日韩的回归,以及被看好的几家电池供应商如欣旺达亿纬锂能、中航锂电等等,这些都会是变量。”杨林凯说道。

一家动力电池企业实力究竟如何,最直观的数据体现在装机量上。

1月13日,韩国市场研究机构SNE Research公布了2020年全球动力电池市场相关数据。数据显示,2020年全球动力电池在电动车上的装机量达137GWh,同比增长17%,其中宁德时代连续第4年夺得冠军位置,全年装机量达34GWh,同比增长2%。

而作为全球第一的宁德时代,在中国动力电池市场进入开放式竞争格局后,自然会首先遭受到冲击。

早在2015年,由于无法进入《汽车动力蓄电池行业规范条件》(业内俗称白名单),作为外资车企全球供应商的日韩动力电池企业在华布局受阻。因此,无论是外资车企还是国产新能源车企,都只能使用国产动力电池。

2019年6月24日,工信部官网发布文件称,决定废止《汽车动力蓄电池行业规范条件》,相关部门将于2020年彻底取消对新能源汽车行业的补贴政策。

实际上,对于中国市场这块肥肉,外资动力电池企业早已蠢蠢欲动。2018年以来,日韩动力电池企业如三星SDI、LG化学、SKI等开始加速“反扑”中国市场,扩建动力电池产能,背后的野心不言而喻,其中,SKI与天齐锂业签订供货合同,收购了电池材料企业灵宝华鑫;LG化学与华友钴业合资;三星SDI在2018年年底重启西安电池项目;松下则计划斥资数亿美元,在其位于中国的电池工厂部署两条新生产线,这两条新生产线将使松下在中国的电池产能增加80%。

据不完全统计,仅松下、SKI、LG化学、三星SDI四家企业,近一年在华投资动力电池产业的总额已超过500亿元,在全球动力电池企业投资总额中,有超过40%针对中国市场。

攻势最猛的是LG化学,由于特斯拉上海超级工厂生产的Model 3系列使用的是LG化学的电池,因此不仅带动了LG化学飞速增长,也使得宁德时代遭受阻击。2020年第一季度,原来排名第三的LG化学一举超越宁德时代,成为全球市占率第一的动力电池厂商。

外资巨头虎视眈眈,伺机回归,国内动力电池企业比亚迪也坐不住了。

自2017年动力电池龙头老大的位子被宁德时代抢走之后,比亚迪才幡然醒悟,在改变了自产自销的封闭局面后,比亚迪已和长安汽车等多家主机厂建立战略合作关系。

2018年10月,比亚迪董事长兼总裁王传福曾透露,在全面开放的大战略下,比亚迪电池的独立拆分已提上日程,并预计将在2022年左右进行IPO。

2020年3月,比亚迪推出了磷酸铁锂的“刀片电池”,该电池的优势在于体积能量密度提升30%以上,物料与人工成本等下降30%左右,而且散热性能更好。王传福声称:刀片电池将引领全球动力电池技术路线重回正道,“把‘自燃’这个词从新能源汽车的字典里彻底抹掉。”

事实上,刀片电池更多是对电池生产和加工工艺做了改进,并未对材料及技术上进行突破性革新。“目前电动汽车通常使用的三元锂电池与磷酸铁锂电池,两者都属于锂离子电池,不过,锂离子的电池能量密度很难得以进一步提升。”杨林凯告诉「鞭牛士」,“目前能量密度最高的锂电池为260Wh/kg,业内普遍认为锂离子电池能量密度已经接近极限,很难突破300Wh/kg。”

相较于传统锂离子电池,固态电池具备能量密度更高、安全性更好、体积更小等诸多优势,被业界认为是动力电池的终极发展方向。

“哪怕宁德时代依旧独占鳌头,但在不具备突出技术优势的情况下,还是很难在群狼口中独占半壁江山,因此固态电池将是关键一战。”杨林凯说道,“2021年,基于固态电池的卡位战将会在各大动力电池企业间打响。”

固态电池或成分水岭

被认为是动力电池终极发展方向的固态电池,究竟是一种什么样的技术呢?

简单来说,固态电池就是将现有电池体系中的液态电解质,完全替换为固态电解质。

在中国科学院物理研究所李泓博士看来,固态电解质是一种通用型策略,一旦开发成功,再搭配不同的正负极材料,能满足消费类电子、无人机、动力储能、航空航天、轨道交通等诸多领域的需求。

固态电解质的“全能”特性,源于其具有高温下稳定、不易燃的理化特性,而且其机械结构也能抑制锂枝晶生长,避免其刺穿隔膜造成电池短路,同时,常规液态电解质高压之下易氧化的特点对于固态电解质而言也不复存在,因此固态电池具备更高的能量密度、更大的放电倍率,以及更长的循环寿命。

而这些技术优势,决定了固态电池将会是未来十年内最适合电动汽车的动力电池——自新能源汽车问世以来,关于自燃的现象就一直没有停止过,而新能源汽车自燃的原因不外乎锂电池内部发生短路后热失控,具有易燃特点的电解液“火上浇油”所致。

2020年,我国共实施汽车召回199次,涉及汽车678.23万辆,其中新能源汽车召回31次,在新能源汽车召回中,动力电池可能存在热失控和自燃等安全隐患仍然是新能源汽车召回的主要原因。相比之下,固态电解质最大的特点就是不易燃烧,从而在根本上改善新能源汽车的安全性。

最先实现固态电池技术突破的是丰田。在2019年10月的东京车展上,丰田曾表示将在2020年实现固态电池装车,随后丰田宣布将在2025年之前量产固态电池。据丰田透露,这种电池能量密度是锂电池的2倍以上,电池里没有气体和液体存在,所以更轻也更安全。

与此同时,北汽新能源也宣布完成对首台搭载固态电池系统的纯电动样车的调试。2020年初,北汽新能源发布了“2029计划”,其中包括未来十年的电池规划——以锂离子电池、固态电池、燃料电池“三位一体”的能源驱动系统构建多元化能源体系。

在杨林凯看来,谁能抢先实现固态电池技术的商用,谁就能抢下未来十年内新能源产业发展的先机,“当下,宁德时代、国轩高科、亿纬锂能等企业纷纷涌入固态电池领域,试图在固态电池技术尚未成熟之前完成卡位,而一旦有了颠覆性的技术突破,就意味着动力电池市场进入了洗牌期,因此,固态电池很可能会成为一道行业中的分水岭。”

商业化进展不顺

尽管固态电池有着种种优势,但其商业化的进展并不顺利,一个难以突破的技术难题是固体电池的充放电效率很低。

由于固态电解质电导率比液体电解质低10倍以上,导致固态电池无法实现快充,同时放电性能也极差,这也就意味着,当汽车需要高功率电力输出时,电池组会出现供电不足的情况,而且由于导电率差,电量实际转化为可用电量的效率也会很低。

解决上述技术难题的关键在于,如何找到高电导率的固态电解质。近两年,随着硫化物固态电解质的应用,这一问题虽然得以逐步解决,但固态电池商业化的进展仍然不太顺利。

2017年,菲斯克、丰田等车企曾大肆吹鼓固态电池技术,但其量产车型落地时间却一推再推。2020年3月,哪吒汽车发布了一款搭载固态电池的新车型哪吒U,据哪吒汽车透露,哪吒U计划于去年10月份申报工信部公告,年底前量产500台。然而截至目前,500台哪吒固态电池汽车仍不见踪影。

“除了技术难题,固态电池制作工艺复杂、批量化生产的效率较低,导致生产成本过高,蔚来此次发布的固态电池,实则是半固态电池。”杨林凯说道,“半固态电池同样要用到隔膜和电解液,只是电解液的用量会少一些。”

在ET7发布后,李斌也表示此次发布的固态电池仍带有电解液,全固态电池的量产还是很远的事情。

“在现有技术条件下,固态电池的发展路径需要从半固态逐渐过渡到全固态电池。技术进步是一个日积月累的过程,即便是蔚来所采用的半固态电池,实现量产仍有难度。”杨林凯认为固态电池产业化仍然需要时间,“业内普遍认为,到2025年半固态电池或许能得到大规模商用,而全固态电池至少要等到10年以后。”

尽管如此,以宁德时代为首的动力电池企业仍在争分夺秒地实现技术突破,对整个动力电池行业而言,固态电池是下半场战事的必争高地,变局已经在悄悄酝酿,新一轮电池技术革命即将到来。

(应受访者要求,杨林凯为化名)

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