中國儲能網(wǎng)訊：隨著搭載固態(tài)電池的蔚來ET7量產(chǎn)交付在即，動力電池行業(yè)也正在醞釀著一場新的變局。
12月18日，蔚來在蘇州奧林匹克體育中心舉辦了“NIO Day 2021”，除了宣布ET5正式亮相并開啟預(yù)售外，蔚來創(chuàng)始人、董事長兼CEO李斌還透露了ET7的最新進展，“目前ET7量產(chǎn)準(zhǔn)備工作順利，將于2022年1月20日鎖單，3月28日開啟交付。”
一年前，ET7在“NIO Day 2020”上正式亮相，定位中大型電動旗艦轎車，然而最令外界期待和關(guān)注的還是ET7搭載了能量密度高達(dá)360Wh/kg的固態(tài)電池，一次充電續(xù)航里程可以達(dá)到1000公里以上。
固態(tài)電池之所以引發(fā)熱議，有一種觀點認(rèn)為固態(tài)電池將成為新能源汽車動力電池的終極形態(tài)，同時也是動力電池行業(yè)中一個重要的分水嶺和技術(shù)制高點，“固態(tài)電池普及之日，就是燃油車退出歷史舞臺之時”。
事實上，固態(tài)電池并非新鮮事物。早在2011年，豐田就表示將在2015年至2020年推出固態(tài)電池，其認(rèn)為固態(tài)電池將完全彌補新能源汽車的續(xù)航里程難題，同時還能大力推動新能源汽車的普及速度。然而時至今日，固態(tài)電池依舊未能得以正式應(yīng)用。
固態(tài)電池究竟是營銷噱頭還是顛覆性技術(shù)？ET7能否給出這一問題的答案仍未可知。
固態(tài)電池風(fēng)口將至：動力電池行業(yè)亟需突破
傳統(tǒng)鋰電池的裝車方式是將電芯組裝成模組，模組組裝成電池包，然后再安裝到汽車底盤上。兩重組裝不僅增加了材料成本，還增加了電池的總重量，而這樣導(dǎo)致的問題是，電池包的能量密度難以進一步提升。
不過，一個行業(yè)共識是，鋰離子電池的能量密度也已接近極限，難以突破300Wh/kg，即便向負(fù)極引入硅基合金，也很難突破400Wh/kg的上限。目前，LG新能源的三元鋰電池能量密度為161Wh/kg，而比亞迪的刀片電池能量密度僅為140Wh/kg。
相較于鋰離子電池，固態(tài)電池?fù)碛腥齻€方面的優(yōu)勢。首先，固態(tài)電池的核心優(yōu)勢在于高安全性，液態(tài)電解質(zhì)熱分解溫度與隔膜融化溫度在160℃以下，而固態(tài)電解質(zhì)熱分解溫度則超過了500℃，用固態(tài)電解質(zhì)代替液態(tài)電解質(zhì)，幾乎不存在起火燃燒的安全隱患；其次，固態(tài)電解質(zhì)電化學(xué)窗口在5V以上，遠(yuǎn)高于現(xiàn)有的4.3V，可以適配活性更高的高比能正負(fù)極材料，并顯著提升電池的能量密度，理論上，固態(tài)電池的能量密度有望突破500Wh/kg；最后，固態(tài)電池在充放電的過程中幾乎沒有鋰離子的消耗，能讓固態(tài)電池的容量在很長一段時間內(nèi)保持穩(wěn)定，大大提升了循環(huán)壽命。
盡管固態(tài)電池在各方面均優(yōu)于鋰離子電池，但固態(tài)電池的發(fā)展并不是一蹴而就的。
根據(jù)液態(tài)電解質(zhì)含量，固態(tài)電池的發(fā)展路徑可分為液態(tài)、半固態(tài)、準(zhǔn)固態(tài)和全固態(tài)。簡而言之，這是一個將鋰離子電池的液態(tài)電解質(zhì)，逐步替換為固態(tài)電解質(zhì)的過程。而現(xiàn)階段，找到能平衡成本、穩(wěn)定性高的固態(tài)電解質(zhì)依舊是行業(yè)性難題，真正使用固態(tài)電解質(zhì)的固態(tài)電池量產(chǎn)及裝車仍需要時日。
“2022年量產(chǎn)的固態(tài)電池，準(zhǔn)確來說是半固態(tài)電池，還是有液體的。”李斌曾在ET7正式亮相后的第二天解釋道，他表示，全固態(tài)電池的量產(chǎn)還是很遠(yuǎn)的事情，原因是目前固態(tài)電池的市場需求很低，例如為了續(xù)航能力而犧牲成本，用戶和車企在有其它技術(shù)可行的情況下都不會買單。
固態(tài)電池的量產(chǎn)及裝車雖然看似遙遠(yuǎn)，但卡位戰(zhàn)的號角實則已吹響。一位新能源行業(yè)人士向DoNews（ID：ilovedonews）表示，全球范圍內(nèi)，不少動力電池企業(yè)和車企都已布局固態(tài)電池賽道，“誰能搶先實現(xiàn)固態(tài)電池技術(shù)的商用，誰就能搶下未來5-10年內(nèi)新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的先機。”
值得一提的是，日本對于固態(tài)電池的研發(fā)和商業(yè)化最為重視。早在2018年，日本新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機構(gòu)就開始了對全固態(tài)電池的研發(fā)，參與者包括汽車、電池和材料領(lǐng)域的23家企業(yè)和15所大學(xué)。據(jù)該機構(gòu)預(yù)計，到2025年，實現(xiàn)商業(yè)化的固態(tài)電池將會占到1%的市場份額。
打響卡位戰(zhàn)：固態(tài)電池成競爭核心
固態(tài)電池已成為國際上公認(rèn)的下一代新能源汽車動力電池的技術(shù)方向。
據(jù)上述行業(yè)人士透露，目前固態(tài)電池賽道上的玩家主要分為兩類：一是以豐田、上汽等為代表的汽車企業(yè)；二是以寧德時代、三星SDI等為代表的動力電池企業(yè)。
續(xù)航里程不盡如人意是目前新能源汽車的短板之一，同時也嚴(yán)重制約著新能源汽車對燃油車的滲透和替代，為了解決這一問題，不少汽車企業(yè)率先加大了對固態(tài)電池的研發(fā)力度。
早在2018年6月，大眾集團就向美國固態(tài)電池公司Quantum Scape投資了1億美元，并派遣人員參與開發(fā)，2020年6月，大眾再次追加了2億美元的投資，雙方共同的目標(biāo)是在2025年之前實現(xiàn)全固態(tài)電池的量產(chǎn)。
通用汽車則在2016年參與了美國電池啟動公司SolidEnergy Systems的B輪融資，2021年4月，SolidEnergy Systems完成了1.39億美元的D輪融資，由通用汽車領(lǐng)投，上汽集團、吉利集團、現(xiàn)代汽車等跟投。隨后，通用汽車宣布計劃明年推出車用級固態(tài)電池A樣品，并在2025年正式開啟商業(yè)化量產(chǎn)，而現(xiàn)代汽車則在財報電話會議上表示，公司一直在開發(fā)固態(tài)電池，并計劃在2030年大規(guī)模生產(chǎn)使用固態(tài)電池的新能源汽車。
除了參與投資SolidEnergy Systems外，現(xiàn)代汽車還在2018年聯(lián)合三星SDI向美國固態(tài)電池公司Solid Power投資了2000萬美元，2019年4月，Solid Power宣布獲得了由福特汽車和三星SDI共同領(lǐng)投的B輪融資，2021年10月，Solid Power再次獲得由韓國電池制造商SKI投資的3000萬美元，用于聯(lián)合生產(chǎn)車用級固態(tài)電池。
一個較為明顯的趨勢是，步入2021年之后，各大汽車企業(yè)在固態(tài)電池領(lǐng)域的投資更為密集。
2021年5月，寶馬集團宣布向Solid Power投資1.39億美元，并且將于2025年之前推出應(yīng)用固態(tài)電池的原型車，2030年之前則實現(xiàn)應(yīng)用固態(tài)電池的新能源汽車的量產(chǎn)。
2021年11月，梅賽德斯-奔馳宣布將投資美國電池技術(shù)公司Factorial Energy數(shù)千萬美元，旨在加速其在固態(tài)電池領(lǐng)域的研發(fā)，以求未來有更多的突破。
與此同時，日產(chǎn)汽車也發(fā)布了“日產(chǎn)汽車2030愿景”，計劃在未來5年內(nèi)投資2萬億日元，加快推進電驅(qū)化產(chǎn)品布局和技術(shù)創(chuàng)新，其中，2024財年將在日本橫濱建造試點工廠，2028財年將推出搭載獨創(chuàng)全固態(tài)電池的新能源車型。
國內(nèi)汽車企業(yè)和動力電池企業(yè)對固態(tài)電池領(lǐng)域的投資也在持續(xù)加碼。2020年，北汽新能源發(fā)布了“2029計劃”，其中包括以鋰離子電池、固態(tài)電池、燃料電池“三位一體”的能源驅(qū)動系統(tǒng)構(gòu)建多元化能源體系。半年后，北汽新能源宣布完成對首臺搭載固態(tài)電池系統(tǒng)的樣車的調(diào)試。
2021年4月，長城汽車旗下的蜂巢能源宣布計劃2025年在量產(chǎn)車上應(yīng)用示范能量密度達(dá)350-500Wh/kg的固態(tài)電池。
2021年5月，寧德時代對外表在固態(tài)電池研發(fā)方面深耕多年后，公司已經(jīng)可以做出固態(tài)電池樣品，但是距離實現(xiàn)固態(tài)電池商業(yè)化還有很遠(yuǎn)的路要走。
2021年6月，投資了Quantum Scape和SolidEnergy Systems的上汽集團宣布將于2021年年底投產(chǎn)零熱失控、高性價比、可快充、可快換、可升級的新一代動力電池，并于2025年投產(chǎn)固態(tài)電池。
2021年9月，國軒高科高級副總裁徐興元在“全球新能源汽車供應(yīng)鏈創(chuàng)新大會”上表示，將在2020-2022年引入固態(tài)電池技術(shù)，2022年開始進行固態(tài)電池技術(shù)的迭代升級，生產(chǎn)高安全固態(tài)電池，2025年后生產(chǎn)出能量密度超過超過400Wh/kg、循環(huán)800次的全固態(tài)電池。
根據(jù)市場研究機構(gòu)Orbis Orbis Reseach發(fā)布的《全球固態(tài)電池市場2017-2021》，2017-2021年，全球固態(tài)電池市場將以72.33％的復(fù)合年增長率增長。顯而易見的是，固態(tài)電池已處于風(fēng)口之上，無論對汽車企業(yè)還是動力電池企業(yè)而言，誰能先一步掌握核心技術(shù)，誰就有機會制定行業(yè)規(guī)則，從而實現(xiàn)利益最大化。
短板不容忽視：固態(tài)電池仍面臨桎梏
固態(tài)電池的優(yōu)點突出、意義深遠(yuǎn)，但其短板和現(xiàn)實問題也很明顯。
一個難以突破的難題是固體電池的充放電效率很低。由于固態(tài)電解質(zhì)電導(dǎo)率比液體電解質(zhì)低10倍以上，導(dǎo)致固態(tài)電池?zé)o法實現(xiàn)快充，同時放電性能也極差，這也就意味著，當(dāng)汽車需要高功率電力輸出時，電池組會出現(xiàn)供電不足的情況，而且由于導(dǎo)電率差，電量實際轉(zhuǎn)化為可用電量的效率也會很低。
另外，固態(tài)電解質(zhì)難輕薄化，應(yīng)用到的部分稀有金屬原材料成本較高，疊加為達(dá)高能量密度使用的高活性正負(fù)極材料尚不成熟，致使其成本明顯高于現(xiàn)有的鋰離子電池。
“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之間。實際上，中國市場現(xiàn)在就有，只不過是用在無人機、柔性電子等小電子產(chǎn)品身上。真正要用在車用動力電池上，還需要5-10年時間”。中國科學(xué)院院士歐陽明高認(rèn)為，首先要解決的問題是把固態(tài)電解質(zhì)搞定，而這需要大量的研發(fā)投入。
然而即便解決了充放電效率及固態(tài)電解質(zhì)材料難題，距離真正實現(xiàn)固態(tài)電池的量產(chǎn)依舊有不少挑戰(zhàn)。
在前述業(yè)內(nèi)人士看來，目前固態(tài)電池的生產(chǎn)工藝還不成熟、程序復(fù)雜，整體生產(chǎn)成本過高。整體來看，固態(tài)電池技術(shù)仍處于從技術(shù)成熟到產(chǎn)業(yè)化的過渡階段，需要材料降價、工藝改進和更穩(wěn)定的供應(yīng)鏈體系。
值得一提的是，2021年7月，寧德時代發(fā)布了第一代鈉離子電池，其能量密度達(dá)到了160Wh/kg。常溫下充電15分鐘，電量就可達(dá)到80%，即便是在-20℃的低溫環(huán)境中，依舊擁有90%以上的放電保持率，極大程度上解決了寒冷地區(qū)冬季存在的“電動爹”難題。
按照寧德時代的規(guī)劃，下一代鈉離子電池能量密度研發(fā)目標(biāo)是200Wh/kg以上，寧德時代將構(gòu)建了高通量材料集成計算平臺，借助先進的算法和強大的算力，尋找各種材料基因的結(jié)合點，開發(fā)出更適合鈉離子電池的各類材料，推動其進入產(chǎn)業(yè)化的快速通道。
可以預(yù)見的是，無論是固態(tài)電池還是鈉離子電池，對于整個動力電池行業(yè)而言，新一輪電池技術(shù)革命即將到來。
