近日，福特與寶馬宣布向美國固態(tài)電池企業(yè)Solid Power擴(kuò)大出資，而在此前幾個月，蔚來、比亞迪等車企也公布了相關(guān)布局，仿佛就在一夜之間，固態(tài)電池成為了2021年起動力電池領(lǐng)域最熱的關(guān)鍵詞。那么，當(dāng)前都有哪些企業(yè)選擇固態(tài)電池？與此前被廣泛應(yīng)用的三元鋰電池以及磷酸鐵鋰電池相比，固態(tài)電池為何備受追捧？它的到來又將給消費(fèi)者帶來什么改變呢？
“新老勢力”先后轉(zhuǎn)向固態(tài)電池
一直以來，動力電池都是電氣化時代頗受關(guān)注的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，不過在最近一段時間，這一領(lǐng)域似乎出現(xiàn)了“新貴”——固態(tài)電池。
愛卡汽車從外媒獲悉，德國寶馬與美國福特在5月3日正式宣布向美國固態(tài)電池企業(yè)Solid Power擴(kuò)大出資，再加上其他公司，此次Solid Power共計(jì)拿到了1.3億美元資金。而值得注意的是，這并不是近期唯一受到市場追捧的固態(tài)電池企業(yè)。2020年11月，一家名為Quantum Scape（簡稱QS）的美國固態(tài)電池企業(yè)借殼上市登陸美國紐交所，盡管銷售額為0，但市值一直超過1000億元，甚至股價(jià)最高時市值一度超過3000億元，成為股民口中的電池領(lǐng)域“妖股”。
在資本市場之外，近期在全球汽車市場中，固態(tài)電池產(chǎn)品也是高頻出現(xiàn)。國內(nèi)方面，2021年1月，蔚來汽車在NIO Day上正式宣布，其將在2022年發(fā)布一款單體能量密度達(dá)360Wh/kg的固態(tài)電池包產(chǎn)品，支持其新款車型ET7(參數(shù)|詢價(jià))續(xù)航突破1000公里。2021年4月，長城汽車旗下的蜂巢能源宣布聯(lián)手中科院建設(shè)固態(tài)電池技術(shù)研究中心，計(jì)劃2025年在量產(chǎn)車上應(yīng)用能量密度達(dá)350-500Wh/kg的固態(tài)電池。
國外方面，現(xiàn)代汽車正在加速推進(jìn)固態(tài)電池的研發(fā)工作，并計(jì)劃在2025年試生產(chǎn)配備固態(tài)電池的電動車，2027年部分批量生產(chǎn)；QS預(yù)計(jì)最早將在2024年為大眾電動汽車生產(chǎn)固態(tài)電池；豐田汽車計(jì)劃在2025年與松下合作推出一款使用固態(tài)電池的限量發(fā)售的電動汽車；本田本年度將開始全固態(tài)電池生產(chǎn)技術(shù)驗(yàn)證，并力爭應(yīng)用到2020年代后期的車型上。
固態(tài)電池為什么能獲得市場的青睞？
從國內(nèi)的蔚來、長城再到國外的豐田、寶馬等跨國巨頭，就當(dāng)前產(chǎn)品規(guī)劃來看，固態(tài)電池已然成為它們比拼的下一個關(guān)鍵戰(zhàn)場。而在動力電池市場的這種轉(zhuǎn)變背后，愛卡汽車行業(yè)頻道了解到，依舊是電池能量密度和安全的博弈。
眾所周知，按照材料劃分動力電池有多種技術(shù)發(fā)展路線。不過，當(dāng)下市場中主流的只有磷酸鐵鋰和三元鋰電池兩種。其中，成本低、材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、安全性更高的磷酸鐵鋰電池，在能量密度、充放電功率以及體積上表現(xiàn)較差；能量密度更高、體積更小的三元鋰電池，成本高昂同時在安全性上則有所欠缺。由于彼此存在的優(yōu)劣，在過去幾年里，磷酸鐵鋰和三元鋰電池從來沒有以絕對性優(yōu)勢壓倒對方。但值得注意的是，磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池當(dāng)前這種“二分天下的和平局勢”已經(jīng)越來越脆弱。
伴隨著新能源汽車的不斷發(fā)展，當(dāng)前市場對于動力電池的要求越來越高，無論是在續(xù)航、能量密度還是安全方面，優(yōu)缺點(diǎn)明顯的各類鋰電池已經(jīng)明顯不太適應(yīng)新時代的要求。公開數(shù)據(jù)顯示，自2008年鋰電池應(yīng)用到新能源汽車領(lǐng)域以來，動力電池的能量密度已經(jīng)由最初的100Wh/kg提高到250Wh/kg。行業(yè)普遍認(rèn)為，300Wh/kg的能量密度將是液態(tài)電解質(zhì)鋰電池的天花板，這也就意味著，使用當(dāng)前技術(shù)路線的動力電池產(chǎn)品的潛力幾近被榨干。
事實(shí)上，就在今年第七屆中國電動汽車百人會論壇上，中國工程院院士陳立泉就曾當(dāng)眾呼吁“固態(tài)鋰電池要大干快上，引領(lǐng)電動中國?！标惲⑷硎?，液態(tài)鋰電池容易引發(fā)安全憂慮，能量密度也已到達(dá)極限，下一步要發(fā)展固態(tài)電池，或者逐漸過渡到全固態(tài)鋰電池。
據(jù)了解，與磷酸鐵鋰/三元鋰電池不同，固態(tài)電池將液態(tài)電解質(zhì)替換為固態(tài)電解質(zhì)，不易起火和爆炸，極大地降低了熱失控風(fēng)險(xiǎn)，同時得益于封裝及冷卻的不同，固態(tài)電池可以在有限空間里進(jìn)一步縮減電池重量，體積能量密度較液態(tài)鋰電池（石墨負(fù)極）提升70%以上，達(dá)到500Wh/kg。
值得一提的是，來自國信證券經(jīng)濟(jì)研究所整理的資料顯示，伴隨著固態(tài)電池規(guī)?；a(chǎn)以及工藝改進(jìn)，其成本有望迅速降低。以輝能固態(tài)電池包為例，當(dāng)其電芯產(chǎn)能達(dá)到 20GWh時，雖然電芯成本依然是相同能量密度的液態(tài)電芯的1.1 倍，但電池包成本只有98%；如果采用MAB（固態(tài)電池的一種架構(gòu)），其成本僅有同類別液態(tài)電池的7成。
從實(shí)驗(yàn)室到落地 固態(tài)電池仍需5-10年
從安全性、能量密度以及成本方面來看，固態(tài)電池都已經(jīng)完全打破了液態(tài)電解質(zhì)鋰電池身上的桎梏，甚至可以說是新能源汽車?yán)m(xù)航里程更上一層樓的希望所在。不過，任何一項(xiàng)新興技術(shù)從誕生到量產(chǎn)都需要走過很長一段時間，固態(tài)電池也不例外。
愛卡汽車行業(yè)頻道了解到，限制固態(tài)電池落地的核心技術(shù)難點(diǎn)就在于電解質(zhì)。當(dāng)前，固態(tài)電池可根據(jù)電解質(zhì)的不同細(xì)分為四大技術(shù)路線：聚合物、薄膜、硫化物和氧化物。其中，日韓企業(yè)多采用硫化物固態(tài)電解質(zhì)技術(shù)路線，中國企業(yè)以氧化物路線為主，歐美企業(yè)發(fā)展則更為均衡，如寶馬福特押注的Solid Power主要研發(fā)基于硫化物的全固體電池，“妖股”QS固態(tài)電池走的是氧化物路線。不過，無論采用哪種電解質(zhì)材料，想要實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，都仍存在巨大的挑戰(zhàn)。
“薄膜固態(tài)電池和氧化物固態(tài)電池難以研制大容量動力或儲能電池；聚合物固態(tài)電池受限于現(xiàn)有PEO（聚氧化乙烯）材料體系，無法在室溫下工作且難以兼容高電壓正極；硫化物固態(tài)電池則面臨電解質(zhì)對空氣敏感、制造條件苛刻、原材料昂貴、規(guī)?；a(chǎn)技術(shù)不成熟等問題?！币晃粊碜灾袊茖W(xué)院物理研究所的相關(guān)專家告訴愛卡汽車，“受當(dāng)前技術(shù)水平的限制，距離固態(tài)電池規(guī)模化量產(chǎn)預(yù)計(jì)還需要5-10年時間。從液態(tài)到全固態(tài)，中間還應(yīng)該通過一個‘固液混合’電池實(shí)現(xiàn)過渡?！?/span>
事實(shí)上，將于2022年量產(chǎn)的蔚來ET7采用的也是這種技術(shù)路線，而非一步到位的全固態(tài)電池。解釋起來比較拗口，但本質(zhì)上蔚來ET7的固態(tài)電池就是同時含有固態(tài)電解質(zhì)和液態(tài)電解質(zhì)的鋰電池，即過渡時期的“固液混合”技術(shù)路線。
至于全固態(tài)電池，各大動力電池企業(yè)以及主機(jī)廠也在想辦法攻克難關(guān)。據(jù)悉，寶馬和福特看好的Solid Power已經(jīng)開始生產(chǎn)20Ah的全固體電池，計(jì)劃2022年在試制生產(chǎn)線上生產(chǎn)大容量的100Ah的產(chǎn)品。寶馬電池技術(shù)主管Peter Lamp稱，拿到B輪融資后的Solid Power有望在未來10年內(nèi)量產(chǎn)供應(yīng)電動車所需固態(tài)電池。QS則將量產(chǎn)時間定在2024年，并表示將與大眾集團(tuán)成立合資企業(yè)生產(chǎn)固態(tài)電池，并為其電動車供應(yīng)電池。
得到一汽、天際、蔚來以及愛馳青睞的國內(nèi)固態(tài)電池企業(yè)輝能科技此前同樣公布了時間節(jié)點(diǎn)，預(yù)計(jì)將在2023年進(jìn)行試產(chǎn)，2024年量產(chǎn)。此外，愛卡汽車還了解到，輝能科技的原型電池已經(jīng)制造出來，質(zhì)量能量密度達(dá)到383Wh/kg，體積能量密度為1025Wh/L，循環(huán)測試可以做到500次。在這三家市場龍頭之外，豐田也是業(yè)內(nèi)公認(rèn)的固態(tài)電池領(lǐng)域最有實(shí)力的玩家之一。按照規(guī)劃，豐田計(jì)劃于2021年推出原型車，2025年左右開始量產(chǎn)。
就目前各企業(yè)公布的信息來看，各家的全固態(tài)電池的量產(chǎn)時間都非常接近，20205年已經(jīng)成為一個關(guān)鍵時間節(jié)點(diǎn)。而在此之前，如蔚來ET7一般采用的“固液混合”技術(shù)路線的產(chǎn)品將會搶先一步上市，動力電池市場新一輪比拼或許就此展開。圖片（來源：愛卡汽車）
