文|車百智庫(kù) 秦海清
編輯|阿峰
歲末年初之際，固態(tài)電池“風(fēng)云再起”。
1月2日，中國(guó)動(dòng)力電池廠商國(guó)軒高科在投資者關(guān)系平臺(tái)上稱：半固態(tài)電池匹配客戶需求，預(yù)計(jì)今年批量交付。
剛剛過(guò)去的2022年末，關(guān)于固態(tài)電池的消息更是此起彼伏。12月30日，在廣州車展上，長(zhǎng)安深藍(lán)方面表示：半固態(tài)電池已經(jīng)進(jìn)入工程化研發(fā)階段，2025年將搭載整車應(yīng)用。此前一天，孚能科技透露已有半固態(tài)產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)裝車。
12月22日，美國(guó)固態(tài)電池廠商QuantumScape宣布，目前已經(jīng)將其首批24層原型固態(tài)電池交付汽車廠商，后續(xù)將會(huì)進(jìn)行大量測(cè)試。12月15日，東風(fēng)嵐圖首款轎車“追光”亮相，稱該車搭載行業(yè)首個(gè)量產(chǎn)裝車的半固態(tài)電池。
動(dòng)力電池作為新能源汽車的“成本大戶”，是兵家必爭(zhēng)之地，而固態(tài)電池作為下一代電池技術(shù)的方向之一，是“必爭(zhēng)之地”中的“高地”。近期固態(tài)電池頻頻“冒頭”，看上去風(fēng)口已經(jīng)打開(kāi)。
在漢德基金2022年度投資人大會(huì)上，中國(guó)電動(dòng)汽車百人會(huì)副理事長(zhǎng)兼秘書(shū)長(zhǎng)張永偉分享了對(duì)新能源汽車下半場(chǎng)發(fā)展機(jī)遇的諸多思考，指出固態(tài)電池等新一代電池的競(jìng)爭(zhēng)格局遠(yuǎn)未形成，各市場(chǎng)主體仍有新的發(fā)展機(jī)會(huì)。
一、固態(tài)電池牛在哪？
動(dòng)力電池從早期的鉛酸電池，到鎳氫電池，再到當(dāng)前主流的鋰電池，已經(jīng)走過(guò)100多年的歷程，其中鋰電池大規(guī)?！吧宪嚒辈贿^(guò)十余年。
近年來(lái)，隨著新能源汽車產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，產(chǎn)業(yè)界愈發(fā)認(rèn)識(shí)到傳統(tǒng)液態(tài)鋰電池的極限所在，比如能量密度上限低，無(wú)法根除消費(fèi)者的里程焦慮；整體電池質(zhì)量大；低溫運(yùn)行不暢、高溫環(huán)境下又存在安全隱患等等。于是，固態(tài)電池的呼聲日益強(qiáng)烈。
什么是“固態(tài)電池”？
從工作原理來(lái)看，固態(tài)電池與液態(tài)電池在本質(zhì)上無(wú)異，兩者的核心區(qū)別在于電解質(zhì)的形態(tài)。
當(dāng)前主流的鋰電池主要包括正極材料、負(fù)極材料、電解液和隔膜等四大主材，因其電解質(zhì)為液態(tài)，所以稱之為“液態(tài)電池”，而固態(tài)電池的電解質(zhì)為固態(tài)，同時(shí)省去了隔膜。
固態(tài)電池之所以被認(rèn)為是下一代電池的方向之一，是因?yàn)槠湓诶碚撋贤昝辣荛_(kāi)了液態(tài)電池的所有痛點(diǎn)。
首先，固態(tài)電池能量密度更高。
科學(xué)界普遍認(rèn)為，目前液態(tài)鋰電池能量密度上限區(qū)間為300-350Wh/kg，難以滿足350Wh/kg以上的高能量密度發(fā)展目標(biāo)，而固態(tài)電池能量密度有望達(dá)到500Wh/kg。
其次，固態(tài)電池的安全性更高。
曾幾何時(shí)，新能源汽車自燃時(shí)常見(jiàn)諸報(bào)端，至今仍然是影響消費(fèi)者購(gòu)買新能源汽車的一個(gè)因素。動(dòng)力電池的安全性即與液態(tài)電解質(zhì)息息相關(guān)，而固態(tài)電池采用固態(tài)電解質(zhì)，其具有絕緣性好、不易燃、不揮發(fā)的特點(diǎn)，可顯著提升安全性。
此外，固態(tài)電池的適用溫度范圍更廣，循環(huán)使用壽命更長(zhǎng)。去年9月，哈佛大學(xué)團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種新型固態(tài)鋰金屬電池，在實(shí)驗(yàn)室中，該團(tuán)隊(duì)的電池原型在生命周期內(nèi)可循環(huán)超過(guò)1萬(wàn)次，是普通液態(tài)電池循環(huán)次數(shù)的數(shù)倍之多。
二、看似“風(fēng)口”降至，實(shí)則“道阻且長(zhǎng)”
如開(kāi)篇所述，相關(guān)企業(yè)在動(dòng)態(tài)電池領(lǐng)域動(dòng)作頻頻，看上去固態(tài)電池的風(fēng)口越吹越近，實(shí)際上固態(tài)電池特別是全固態(tài)電池，現(xiàn)階段仍然無(wú)法離開(kāi)實(shí)驗(yàn)室，規(guī)模化應(yīng)用“道阻且長(zhǎng)”。
2017年，美國(guó)電動(dòng)汽車公司Fisker發(fā)布了一項(xiàng)固態(tài)鋰電池專利，稱只要充電1分鐘，便可續(xù)航800公里，一時(shí)引業(yè)界矚目。創(chuàng)始人Henrik Fisker更是放言，固態(tài)電池會(huì)在2023年量產(chǎn)，且價(jià)格只有傳統(tǒng)鋰電池的三分之一。
如今2023年已至，F(xiàn)isker早在2021年就完全放棄了固態(tài)電池，因?yàn)闊o(wú)法落地?！肮虘B(tài)電池是一種這樣的技術(shù)，當(dāng)你覺(jué)得已經(jīng)完成了90%，幾乎達(dá)到目標(biāo)時(shí)，然后你意識(shí)到剩下的10%比前面的90%困難得多?！盚enrik Fisker說(shuō)。
衡量一款動(dòng)力電池能否量產(chǎn)，主要有能量密度、充放電倍率性能、成本、安全性和循環(huán)壽命等指標(biāo)。動(dòng)力電池的實(shí)驗(yàn)室研究成果，一般在某個(gè)階段可以取得一個(gè)或幾個(gè)指標(biāo)上的重大突破，但必須同時(shí)滿足所有指標(biāo)要求才能實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，難度極大。
就目前固態(tài)電池的技術(shù)現(xiàn)狀而言，中科院物理所研究員李泓曾直言，目前還沒(méi)有企業(yè)展示綜合性能及成本都能與液態(tài)鋰電池相媲美的大容量固態(tài)動(dòng)力電池。
固態(tài)電池何時(shí)才能走出實(shí)驗(yàn)室？產(chǎn)業(yè)界正在努力爭(zhēng)奪最早的落地時(shí)間。
投資了QuantumScape的大眾集團(tuán)在2021年稱，預(yù)計(jì)固態(tài)電池投入使用的時(shí)間不會(huì)早于2025年?，F(xiàn)代汽車宣稱將在2030年大規(guī)模生產(chǎn)固態(tài)電池汽車，寶馬集團(tuán)則計(jì)劃在2030年前實(shí)現(xiàn)兩場(chǎng)。
擁有固態(tài)電池技術(shù)專利最多的豐田汽車，已經(jīng)屢次推遲固態(tài)電池上車，計(jì)劃2025年前實(shí)現(xiàn)全固態(tài)電池小規(guī)模量產(chǎn)，2030年前全固態(tài)電池要實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定量產(chǎn)。
韓國(guó)動(dòng)力電池廠商LG化學(xué)表示將在2025年至2027年間實(shí)現(xiàn)全固態(tài)電池商業(yè)化，但全球動(dòng)力電池龍頭寧德時(shí)代在2021年曾公開(kāi)表示，“3-5年內(nèi)能做到車?yán)锏模疾皇侨虘B(tài)電池”。寧德方面稱已經(jīng)可以做出固態(tài)電池的樣品，但是距離實(shí)現(xiàn)商業(yè)化還有很遠(yuǎn)的路要走，預(yù)計(jì)到2030年才會(huì)面向市場(chǎng)推出。
綜合主流車企和電池廠商的表態(tài)來(lái)看，固態(tài)電池的量產(chǎn)時(shí)間基本在2030年前后。未來(lái)隨著技術(shù)進(jìn)步，固態(tài)電池能否“早產(chǎn)”仍待觀察。
固態(tài)電池量產(chǎn)進(jìn)度難料，半固態(tài)電池作為液態(tài)電池向全固態(tài)電池過(guò)渡的中間產(chǎn)品，正在成為相關(guān)企業(yè)卡位的焦點(diǎn)。
文章前面提到，國(guó)軒高科預(yù)計(jì)今年批量交付半固態(tài)電池產(chǎn)品，長(zhǎng)安深藍(lán)表示半固態(tài)電池進(jìn)入工程化研發(fā)階段，孚能科技透露已有半固態(tài)產(chǎn)品量產(chǎn)裝車。
早在2021年1月，蔚來(lái)汽車發(fā)布一款固態(tài)電池包，稱續(xù)駛里程將超過(guò)1000km，并透露搭載這種電池的車型預(yù)計(jì)2022年四季度交付。
業(yè)界短暫震驚之后發(fā)現(xiàn)，蔚來(lái)發(fā)布的所謂固態(tài)電池只是相對(duì)初級(jí)的半固態(tài)電池產(chǎn)品。而且，2023年都來(lái)了，蔚來(lái)尚未如期交付。
值得注意的是，半固態(tài)電池并非顛覆性創(chuàng)新，即使半固態(tài)電池實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用，對(duì)現(xiàn)有液態(tài)鋰電池材料體系，也不會(huì)形成太大沖擊。
三、中國(guó)“大干快上”？
雖然固態(tài)電池量產(chǎn)應(yīng)用“道阻且長(zhǎng)”，但作為下一代電池的攻關(guān)方向之一，中國(guó)產(chǎn)業(yè)鏈應(yīng)當(dāng)予以重視，這也是頂層設(shè)計(jì)的題中之義。
根據(jù)《中國(guó)制造2025》的相關(guān)要求，到2025年、2030年，我國(guó)動(dòng)力電池單體能量密度需分別達(dá)到400Wh/kg、500Wh/kg，這顯然已經(jīng)超出了液態(tài)電池的“能力范圍”。
中科院院士、中國(guó)電動(dòng)汽車百人會(huì)副理事長(zhǎng)歐陽(yáng)明高認(rèn)為，要想實(shí)現(xiàn)2030年500Wh/kg的能量密度目標(biāo)，固體電解質(zhì)層面的突破是不得不走的必由之路。同時(shí)，《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021-2035年）》明確要求“加快固態(tài)動(dòng)力電池技術(shù)研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化”。
此外，從國(guó)家產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)角度講，我國(guó)應(yīng)當(dāng)警惕日韓歐美試圖依靠固態(tài)電池在動(dòng)力電池賽道上“超車”。
當(dāng)前，中國(guó)在傳統(tǒng)液態(tài)鋰電池方面的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)明顯，以寧德時(shí)代和比亞迪為首的動(dòng)力電池廠商居于全球龍頭地位，全球動(dòng)力電池裝機(jī)量排名前十的企業(yè)中，有六家來(lái)自中國(guó)。
在當(dāng)前鋰電池技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)條件下，歐美日韓意識(shí)到已經(jīng)很難超越中國(guó)，于是寄希望于下一代電池，從而實(shí)現(xiàn)在車用動(dòng)力電池領(lǐng)域“換道超車”。其中，日本尤其“野心勃勃”。
豐田自上世紀(jì)90年代起就推進(jìn)固態(tài)電池的研究，從電池自身的結(jié)構(gòu)到材料、制造工序擁有廣泛領(lǐng)域的專利。新能源汽車形勢(shì)愈演愈烈之際，日本自2017年更是起舉全國(guó)之力研發(fā)下一代電池，固態(tài)電池是其中主攻方向之一。
據(jù)日經(jīng)中文網(wǎng)報(bào)道，從自2000年至2022年3月底公開(kāi)的固態(tài)電池專利數(shù)來(lái)看，豐田以1331件居首位，是第二名的3倍，而且日本企業(yè)壟斷了前3名，排名前十的企業(yè)中有六家來(lái)自日本。
歐陽(yáng)明高指出，在固態(tài)電池領(lǐng)域，日本超前我們5年，“現(xiàn)在的全固態(tài)電池，如果從國(guó)家角度來(lái)講，肯定是日本最重視，做的最好、規(guī)模最大。日本有很大的國(guó)家計(jì)劃，分工也很細(xì)，我們現(xiàn)在研發(fā)全固態(tài)電池還屬于各自為政階段，沒(méi)有一個(gè)完整的國(guó)家計(jì)劃來(lái)推動(dòng)?！?/p>
2021年1月，中國(guó)工程院院士陳立泉在中國(guó)電動(dòng)汽車百人會(huì)論壇上，旗幟鮮明地指出：固態(tài)電池“大干快上”。
中國(guó)電動(dòng)汽車百人會(huì)副理事長(zhǎng)董揚(yáng)也認(rèn)為，以固態(tài)動(dòng)力電池為代表的新一代動(dòng)力電池，是未來(lái)的重要競(jìng)爭(zhēng)領(lǐng)域，“我們需要吃著碗里看著鍋里，給予足夠的重視”。
當(dāng)然，日本在研發(fā)和專利方面的優(yōu)勢(shì)，不必然意味著日本在固態(tài)電池領(lǐng)域的勝勢(shì)。
一方面，我國(guó)目前固態(tài)動(dòng)力電池研究并不落后。董揚(yáng)指出，在世界科學(xué)期刊發(fā)表文章數(shù)已居世界第一；另一方面，日本雖然在研發(fā)方面處于強(qiáng)勢(shì)地位，但考慮到中國(guó)具有全球最大的新能源汽車市場(chǎng)，中國(guó)有望未來(lái)在固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)化方面實(shí)現(xiàn)反超。
【全文參考】
[1]《半固態(tài)電池對(duì)鋰電產(chǎn)業(yè)有什么影響？》，東興證券
[2]《固態(tài)電池量產(chǎn)難度大在哪兒》，中國(guó)汽車報(bào)
[3]《全固態(tài)電池專利數(shù)：豐田排在首位》，日經(jīng)中文網(wǎng)
[4]《創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)新一代電池繁榮》，車百智庫(kù)、中金資本
[5]《董揚(yáng)：我國(guó)固態(tài)電池發(fā)展展望》，董揚(yáng)