中國儲能網(wǎng)訊：21世紀(jì)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(jī)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(dá)到1.5億千瓦時左右。而2025年將達(dá)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(kuò)大的同時，動力電池的技術(shù)仍在發(fā)展。除了進(jìn)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(fēng)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(jì)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(rèn)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(xì)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(fēng)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(fù)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(fù)極，可以用高硅的負(fù)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(rèn)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(dāng)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(dāng)?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(fù)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(jìn)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(jìn)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(tuán)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(tuán)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(jìn)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(xì)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(kuò)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(tuán)、長城汽車、蔚來、北汽新能源等少數(shù)企業(yè)。
上汽集團(tuán)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(tuán)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?，大部分則提出在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(biāo)。
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(jìn)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(jī)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(tuán)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(lán)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(lán)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(lán)新能源完成了約5億元的C輪融資，投資方包括小米集團(tuán)、華為技術(shù)、IDG資本、蔚來資本、允泰資本，本輪融資后衛(wèi)藍(lán)新能源估值達(dá)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(dāng)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(fēng)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。
