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下一个市场风口?固态电池“一夜爆火”

原创 作者: 百车网 2021-05-12

近日,福特宝马宣布向美国固态电池企业Solid Power扩大出资,而在此前几个月,蔚来比亚迪等车企也公布了相关布局,仿佛就在一夜之间,固态电池成为了2021年起动力电池领域最热的关键词。那么,当前都有哪些企业选择固态电池?与被此前广泛应用的三元锂电池以及磷酸铁锂电池相比,固态电池为何备受追捧?它的到来又将给消费者带来什么改变呢?

“新老势力”先后转向固态电池

一直以来,动力电池都是电气化时代颇受关注的关键环节,不过在最近一段时间,这一领域似乎出现了“新贵”——固态电池。

从外媒获悉,德国宝马与美国福特在5月3日正式宣布向美国固态电池企业Solid Power扩大出资,再加上其他公司,此次Solid Power共计拿到了1.3亿美元资金。而值得注意的是,这并不是近期唯一受到市场追捧的固态电池企业。2020年11月,一家名为Quantum Scape(简称QS)的美国固态电池企业借壳上市登陆美国纽交所,尽管销售额为0,但市值一直超过1000亿元,甚至股价最高时市值一度超过3000亿元,成为股民口中的电池领域“妖股”。


在资本市场之外,近期在全球汽车市场中,固态电池产品也是高频出现。国内方面,2021年1月,蔚来汽车在NIO Day上正式宣布,其将在2022年发布一款单体能量密度达360Wh/kg的固态电池包产品,支持其新款车型ET7续航突破1000公里。2021年4月,长城汽车旗下的蜂巢能源宣布联手中科院建设固态电池技术研究中心,计划2025年在量产车上应用能量密度达350-500Wh/kg的固态电池。

国外方面,现代汽车正在加速推进固态电池的研发工作,并计划在2025年试生产配备固态电池的电动车,2027年部分批量生产;QS预计最早将在2024年为大众电动汽车生产固态电池;丰田汽车计划在2025年与松下合作推出一款使用固态电池的限量发售的电动汽车;本田本年度将开始全固态电池生产技术验证,并力争应用到2020年代后期的车型上。

固态电池为什么能获得市场的青睐?

从国内的蔚来、长城再到国外的丰田、宝马等跨国巨头,就当前产品规划来看,固态电池已然成为他们比拼的下一个关键战场。而在动力电池市场的这种转变背后,依旧是电池能量密度和安全的博弈。

众所周知,按照材料划分动力电池有多种技术发展路线。不过,当下市场中主流的只有磷酸铁锂和三元锂电池两种。其中,成本低、材料结构稳定、安全性更高的磷酸铁锂电池,在能量密度、充放电功率以及体积上表现较差;能量密度更高、体积更小的三元锂电池,成本高昂同时在安全性上则有所欠缺。由于彼此存在的优劣,在过去几年里,磷酸铁锂和三元锂电池从来没有以绝对性优势压倒对方。但值得注意的是,磷酸铁锂电池和三元锂电池当前这种“二分天下的和平局势”已经越来越脆弱。


磷酸铁锂电池的代表产品:刀片电池

伴随着新能源汽车的不断发展,当前市场对于动力电池的要求越来越高,无论是在续航、能量密度还是安全方面,优缺点明显的各类锂电池已经明显不太适应新时代的要求。公开数据显示,自2008年锂电池应用到新能源汽车领域以来,动力电池的能量密度已经由最初的100Wh/kg提高到250Wh/kg。行业普遍认为,300Wh/kg的能量密度将是液态电解质锂电池的天花板,这也就意味着,使用当前技术路线的动力电池产品的潜力几近被榨干。

事实上,就在今年第七届中国电动汽车百人会论坛上,中国工程院院士陈立泉就曾当众呼吁“固态锂电池要大干快上,引领电动中国。”陈立泉表示,液态锂电池容易引发安全忧虑,能量密度也已到达极限,下一步要发展固态电池,或者逐渐过渡到全固态锂电池。

据了解,与磷酸铁锂/三元锂电池不同,固态电池将液态电解质替换为固态电解质,不易起火和爆炸,极大地降低了热失控风险,同时得益于封装及冷却的不同,固态电池可以在有限空间里进一步缩减电池重量,体积能量密度较液态锂电池(石墨负极)提升70%以上,达到500Wh/kg。

值得一提的是,来自国信证券经济研究所整理的资料显示,伴随着固态电池规模化生产以及工艺改进,其成本有望迅速降低。以辉能固态电池包为例,当其电芯产能达到 20GWh时,虽然电芯成本依然是相同能量密度的液态电芯的1.1 倍,但电池包成本只有98%;如果采用MAB(固态电池的一种架构),其成本仅有同类别液态电池的7成。

从实验室到落地 固态电池仍需5-10年

从安全性、能量密度以及成本方面来看,固态电池都已经完全打破了液态电解质锂电池身上的桎梏,甚至可以说是新能源汽车续航里程更上一层楼的希望所在。不过,任何一项新兴技术从诞生到量产都需要走过很长一段时间,固态电池也不例外。

爱卡汽车行业频道了解到,限制固态电池落地的核心技术难点就在于电解质。当前,固态电池可根据电解质的不同细分为四大技术路线:聚合物、薄膜、硫化物和氧化物。其中,日韩企业多采用硫化物固态电解质技术路线,中国企业以氧化物路线为主,欧美企业发展则更为均衡,如宝马福特押注的Solid Power主要研发基于硫化物的全固体电池,“妖股”QS固态电池走的是氧化物路线。不过,无论采用哪种电解质材料,想要实现量产,都仍存在巨大的挑战。


“薄膜固态电池和氧化物固态电池难以研制大容量动力或储能电池;聚合物固态电池受限于现有PEO(聚氧化乙烯)材料体系,无法在室温下工作且难以兼容高电压正极;硫化物固态电池则面临电解质对空气敏感、制造条件苛刻、原材料昂贵、规模化生产技术不成熟等问题。”一位来自中国科学院物理研究所的相关专家告诉爱卡汽车,“受当前技术水平的限制,距离固态电池规模化量产预计还需要5-10年时间。从液态到全固态,中间还应该通过一个‘固液混合’电池实现过渡。”

事实上,将于2022年量产的蔚来ET7采用的也是这种技术路线,而非一步到位的全固态电池。解释起来比较拗口,但本质上蔚来ET7的固态电池就是同时含有固态电解质和液态电解质的锂电池,即过渡时期的“固液混合”技术路线。

至于全固态电池,各大动力电池企业以及主机厂也在想办法攻克难关。据悉,宝马和福特看好的Solid Power已经开始生产20Ah的全固体电池,计划2022年在试制生产线上生产大容量的100Ah的产品。宝马电池技术主管Peter Lamp称,拿到B轮融资后的Solid Power有望在未来10年内量产供应电动车所需固态电池。QS则将量产时间定在2024年,并表示将与大众集团成立合资企业生产固态电池,并为其电动车供应电池。

得到一汽、天际、蔚来以及爱驰青睐的国内固态电池企业辉能科技此前同样公布了时间节点,预计将在2023年进行试产,2024年量产。此外,爱卡汽车还了解到,辉能科技的原型电池已经制造出来,质量能量密度达到383Wh/kg,体积能量密度为1025Wh/L,循环测试可以做到500次。在这三家市场龙头之外,丰田也是业内公认的固态电池领域最有实力的玩家之一。按照规划,丰田计划于2021年推出原型车,2025年左右开始量产。

就目前各企业公布的信息来看,各家的全固态电池的量产时间都非常接近,20205年已经成为一个关键时间节点。而在此之前,如蔚来ET7一般采用的“固液混合”技术路线的产品将会抢先一步上市,动力电池市场新一轮比拼或许就此展开。

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