中國儲能網(wǎng)訊：21世紀新汽車研究院研究員 左茂軒 北京報道
中國新能源汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，大力推動著我國動力電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，培育出了寧德時代、比亞迪等龍頭企業(yè)，我國鋰電池技術(shù)和市場發(fā)展規(guī)模目前均處于全球領(lǐng)先水平。
未來幾年，動力電池裝機量將隨著電動汽車市場的快速增長而爆發(fā)。
12月2日，中國科學(xué)院院士、中國電動汽車百人會副理事長歐陽明高表示，今年1到9月份，國內(nèi)動力電池的裝車量共計0.92億千瓦時，預(yù)計全年將達到1.5億千瓦時左右。而2025年將達到約6億千瓦時，2030年則將在15億-20億千瓦時之間。
規(guī)模擴大的同時，動力電池的技術(shù)仍在發(fā)展。除了進一步提升目前市場主流的磷酸鐵鋰電池及三元鋰電池的能量比之外，動力電池的材料革新同樣值得期待。能量比更高、性能更高、更加安全的固態(tài)電池，被視作下一代動力電池技術(shù)發(fā)展的風向。
即將上市的蔚來ET7將首次在量產(chǎn)車上搭載半固態(tài)電池，由此逐步開啟半固態(tài)電池及固態(tài)電池的市場化。
綜合行業(yè)內(nèi)主要參與車企及動力電池企業(yè)的技術(shù)路線圖和相關(guān)產(chǎn)業(yè)規(guī)劃，21世紀新汽車研究院預(yù)計，在2025年前，半固態(tài)電池會逐步實現(xiàn)商業(yè)化，在動力電池的整體市場上逐漸形成一定規(guī)模；2025年左右，全固態(tài)電池將開始小規(guī)模搭載在實車上；2030年左右，第一代固態(tài)電池將實現(xiàn)小規(guī)模產(chǎn)業(yè)化；2035年左右，新一代固態(tài)電池可能會加速提升固態(tài)電池的市場化規(guī)模，而液態(tài)電解質(zhì)電池的市場份額出現(xiàn)下滑。
目前，固態(tài)電池領(lǐng)域的主要玩家包括三類：第一類是車企自主研發(fā)，主要代表包括日本的豐田、本田、日產(chǎn)等企業(yè)；第二類則是動力電池企業(yè)，目前中日韓等國的動力電池龍頭企業(yè)都在加大動力電池的研發(fā)；第三類則是初創(chuàng)企業(yè)，其中不少企業(yè)已經(jīng)獲得了知名跨國企業(yè)的投資。
不過，需要指出的是，目前歐美和日韓企業(yè)在下一代固態(tài)電池領(lǐng)域的研發(fā)上處于領(lǐng)先地位，我國固態(tài)電池行業(yè)與其存在一定差距。
歐陽明高認為，從國家角度來看，日本對于全固態(tài)電池最為重視、做得最好、規(guī)模最大。日本有很大的國家計劃，分工細致。而在研發(fā)全固態(tài)電池上，我國現(xiàn)在還處于“各自為政”階段，沒有一個完整的國家計劃來推動，相比之下，日本較中國超前5年。
固態(tài)電池已經(jīng)行走在風口之上。站酷海洛
發(fā)展固態(tài)電池是大勢所趨
從1991年索尼公司將含有液態(tài)電解質(zhì)的鋰離子電池帶入電子設(shè)備應(yīng)用至今，液態(tài)鋰電池已經(jīng)成為目前最為成熟、使用最廣泛的技術(shù)路線之一。
在新能源汽車領(lǐng)域，磷酸鐵鋰和三元鋰電池已經(jīng)發(fā)展成行業(yè)的主流技術(shù)。但是，固態(tài)電池于近年被視為可以繼承鋰離子電池地位的電池。與鋰離子電池相比，固態(tài)電池是一種使用固體電極和固體電解液的電池。固態(tài)電池一般功率密度較低，能量密度較高，非常適合用于電動汽車之上。
從技術(shù)角度而言，固態(tài)電池替代傳統(tǒng)鋰電池是大趨勢。盡管近年來鋰離子電池的能量密度不斷提升，但是從化學(xué)屬性上來看存在一定上限。而固態(tài)電池除了能量密度更高之外，也擁有更高的安全性和更長的使用壽命。
固態(tài)電池需要找到合適的固態(tài)電解質(zhì)，目前主要有硫化物和氧化物兩種路線。其中，豐田以及鋰電行業(yè)的巨頭主要都選擇硫化物這一技術(shù)路線。目前，固態(tài)電解質(zhì)是固態(tài)電池行業(yè)想取得突破要面對的最主要問題，需要解決成本、穩(wěn)定性等一系列難點。
此外，真正的固態(tài)電池是要用鋰金屬作為負極，鋰在循環(huán)過程中即使沒有鋰枝晶，也要面對粉化、循環(huán)壽命的問題。
整體而言，固態(tài)電池的商業(yè)化還需要較長一段時間。因此整個動力電池行業(yè)在未來將呈現(xiàn)從液態(tài)到半固態(tài)再到全固態(tài)的技術(shù)發(fā)展趨勢。
半固態(tài)電池是在目前工藝、技術(shù)方面比較成熟的前提下，可以快速實現(xiàn)的方案。半固態(tài)電池不一定用鋰金屬作為負極，可以用高硅的負極、高鎳的正極，中間也有隔膜，有固態(tài)電解質(zhì)，還有少量的電解液。
歐陽明高認為，固態(tài)電池真正投入大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用，大概的時間是在2025-2030年之間。當前這一代鋰離子電池的比能量上限大約為300wh/kg。2025年會出現(xiàn)與現(xiàn)有液態(tài)電解質(zhì)鋰離子電池比能量大體相當?shù)牡谝淮虘B(tài)電池。2030年后將出現(xiàn)第二代采用新型正負極材料的全固態(tài)電池，比能量會提升到500wh/kg，還會有高比能量鋰-硫電池、金屬空氣電池。
歐陽明高預(yù)計，現(xiàn)有的鋰離子電池包括固液混合的鋰離子電池在2030年之前處于絕對主導(dǎo)地位。第一代全固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化，占市場比例接近1%的時間點可能在2030年左右。2035年之后，新一代固態(tài)電池，鉀、鎂、鈉、鋰-硫等各類電池進入市場。到2050年，液態(tài)鋰離子電池有可能減少到大約20%。
全球車企爭相布局發(fā)力
2021年以來，多家跨國企業(yè)在宣布電動汽車發(fā)展規(guī)劃時，均提及了對于電池行業(yè)的布局，多家企業(yè)已經(jīng)制定了固態(tài)電池商業(yè)規(guī)劃，并開展相關(guān)業(yè)務(wù)布局。
不同車企布局固態(tài)電池的方式存在差異，目前的主要形式包括自己研發(fā)和對外投資兩種。
車企自研固態(tài)電池的代表性企業(yè)，包括豐田、本田、日產(chǎn)等日本企業(yè)。其中，豐田是最早研發(fā)固態(tài)電池的企業(yè)之一，擁有最多相關(guān)技術(shù)專利。
盡管日本車企目前在純電動汽車領(lǐng)域的發(fā)展較為遲緩，但均極為重視下一代固態(tài)電池的開發(fā)和商業(yè)化。豐田計劃在2025年，實現(xiàn)全固態(tài)電池的小規(guī)模量產(chǎn)，首先搭載在混動車型上；到2030年，實現(xiàn)全固態(tài)電池持續(xù)的、穩(wěn)定的量產(chǎn)。日產(chǎn)汽車則計劃到2028年推出搭載獨創(chuàng)全固態(tài)電池的電動車型，并計劃2024年在日本橫濱建造試點工廠。
歐洲及美國車企則通過投資頭部初創(chuàng)企業(yè)的方式來進行相關(guān)業(yè)務(wù)布局，并持續(xù)加碼投資，2021年多家企業(yè)有不少新動作。
早在2018年，大眾汽車集團就投資了美國固態(tài)電池公司Quantum Scape1億美元，并開展合作，2020年追加2億美元投資。該公司于2020年9月上市，大眾持有其A類股票31.05%。
通用汽車則在2018年參與了美國固態(tài)電池公司Solid Energy Systems（SES）的B輪融資。2021年4月，SES完成了1.39億美元的D輪融資，由通用汽車領(lǐng)投。
2021年5月，寶馬集團和福特汽車則宣布聯(lián)合向固態(tài)電池初創(chuàng)企業(yè)Solid Power投資1.39億美元；2021年12月，戴姆勒和Stellantis表示將對固態(tài)電池制造商Factorial Energy進行戰(zhàn)略投資，并與其展開業(yè)務(wù)合作，不過，目前戴姆勒、Stellantis和Factorial還沒有對外透露投資的財務(wù)細節(jié)。
現(xiàn)代汽車則除了在2018年與三星SDI聯(lián)合投資Solid Power之外，還在2021年投資了與通用汽車關(guān)系密切的SES。
目前國際上的主流跨國汽車企業(yè)均在擴大對固態(tài)電池領(lǐng)域的布局，國內(nèi)車企方面，目前有較為明確動作的，則主要包括上汽集團、長城汽車、蔚來、北汽新能源等少數(shù)企業(yè)。
上汽集團與Quantum Scape、Solid Energy、清陶等固態(tài)電池初創(chuàng)企業(yè)開展了戰(zhàn)略合作；長城汽車旗下的蜂巢能源也提出了非常具體的固態(tài)電池技術(shù)發(fā)展規(guī)劃。
整體而言，中國本土車企對于固態(tài)電池的研發(fā)熱情并沒有海外的跨國汽車集團高。
從量產(chǎn)時間表來看，盡管蔚來將率先搭載半固態(tài)電池，但除了上汽稱其將在2025年投產(chǎn)固態(tài)電池之外，國內(nèi)暫未有其他車企給出固態(tài)電池商業(yè)化的明確時間節(jié)點?？鐕嚻蠓矫妫蟛糠謩t提出在2025年左右推出搭載固態(tài)電池的原型車或者實現(xiàn)小規(guī)模生產(chǎn)，2030年左右實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。
因此，未來5-10年將是固態(tài)電池行業(yè)發(fā)展的重要窗口期，各家企業(yè)的主要任務(wù)將是潛心研發(fā)，以實現(xiàn)將相關(guān)產(chǎn)品更快地投向市場這一目標。
動力電池的下一個戰(zhàn)場
目前的汽車動力電池市場的頭部玩家，以中日韓企業(yè)為主。在三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池領(lǐng)域，我國動力電池材料結(jié)構(gòu)創(chuàng)新走在全球前列，擁有技術(shù)和市場優(yōu)勢。寧德時代和比亞迪等企業(yè)也受到資本追捧，股價不斷走高。
但是，隨著技術(shù)的進步和發(fā)展，固態(tài)電池的商業(yè)化有可能帶來市場的重新洗牌，這也會帶來巨大的商業(yè)前景。此前在電動汽車電池市場不及中國企業(yè)的歐美及日韓等國，都已經(jīng)將此作為趕超的機遇。
不少初具實力的固態(tài)電池初創(chuàng)企業(yè)，正在受到資本的追捧。
美國的Quantum Scape、Solid Energy Systems、Solid Power、Factorial Energy等企業(yè)大都源于頂尖高校研究所，正在盡力將研究成果從實驗室?guī)鲜袌?。這四家公司都已經(jīng)得到了不同頭部車企的投資。
Quantum Scape于2020年9月通過與一家SPAC公司Kensington Capital合并實現(xiàn)上市。盡管該公司還沒有產(chǎn)品推出，還處于投入期，但在上市初期受到市場追捧，市值一度曾飆升至近500億美元，但由于持續(xù)的虧損，此后該公司股價出現(xiàn)大幅回調(diào)，該公司最新市值約為103.7億美元。由此也可見資本市場對于固態(tài)電池的熱情。
近期獲得戴姆勒、Stellantis投資的Factorial公司，團隊高層陣容非常豪華。Factorial公司CEO Joe Taylo此前曾出任松下北美公司CEO，公司的顧問委員會成員包括戴姆勒前CEO蔡澈、福特前CEO馬克·菲爾茲和奧巴馬政府汽車工業(yè)總統(tǒng)特別工作組前高級顧問哈里·威爾遜等人，馬克·菲爾茲和哈里·威爾遜是Factorial重要的投資人。
國內(nèi)的衛(wèi)藍新能源、星盈科技、清陶能源等初創(chuàng)企業(yè)也收獲了新融資。
成立于2016年的衛(wèi)藍新能源，是中科院物理研究所清潔能源實驗室固態(tài)電池技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化平臺，該公司是蔚來ET7半固態(tài)電池供應(yīng)商。啟信寶顯示，衛(wèi)藍新能源完成了約5億元的C輪融資，投資方包括小米集團、華為技術(shù)、IDG資本、蔚來資本、允泰資本，本輪融資后衛(wèi)藍新能源估值達到50億元。
上汽、廣汽此前則分別領(lǐng)投了固態(tài)電池企業(yè)清陶能源的E+輪和E++輪融資。
當然，國內(nèi)外主要的頭部電池企業(yè)也都已經(jīng)開展固態(tài)電池研發(fā)多年，在未來也是固態(tài)電池領(lǐng)域的主要參與者。
LG能源、三星SDI、SKI等韓國企業(yè)也都提出了固態(tài)電池的量產(chǎn)規(guī)劃，而國內(nèi)的頭部企業(yè)寧德時代和比亞迪均未明確給出推出固態(tài)電池的時間表，暫未對外透露更多信息。除了固態(tài)電池之外，寧德時代2021年發(fā)布了第一代鈉離子電池，但鈉離子電池的商業(yè)化也需要很長的一段時間。
固態(tài)電池已經(jīng)行走在風口之上，無論對車企、動力電池企業(yè)還是初創(chuàng)企業(yè)而言，它都是一個充滿潛力但又極具挑戰(zhàn)的新賽道，將是未來十年動力電池行業(yè)資本競爭、技術(shù)競爭、市場競爭的一大焦點。
