抢滩2025:固态电池风口谁是真牛?

作者: | 发布日期: 2021 年 02 月 22 日 9:56 | 分类: 产业资讯

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资本狂欢的背后

锂电池是打开电动车时代大门的钥匙。

自2008年锂电池应用于新能源汽车以来,动力电池的能量密度已经由最初的100Wh/kg提高到250Wh/kg。当前技术体系下,动力电池能量密度无法一直提升,能量密度和安全是博弈的两端。

这两年,频发的电动车起火事故正敲响警钟,动力电池能量密度正在迫近极限。行业普遍认为,300Wh/kg的能量密度将是液态电解质锂电池的天花板。

而固态电池正是打破限制,让电池能量密度、安全性更上一层楼的关键。QS高市值的背后,是市场对下一代动力电池技术的期待。

这家成立于2010年的初创公司,得到了大众集团、上汽集团、大陆集团和比尔·盖茨等优质资本的支持,被认为是最接近量产的固态电池创新企业。

固态电池核心技术难点在于电解质。

电解质是锂离子传输的重要媒介,对电池性能至关重要。目前,市场上主流的固态电池按电解质的不同可分为三种类型:聚合物、硫化物和氧化物。基于不同技术体系的固态电解质材料,各具优势和挑战。

其中,氧化物材料的柔韧性比较差,界面接触较差,会导致界面阻抗增加;聚合物则存在着导电率过低的问题,比现在液态电解质的导电率低4-5个数量级;硫化物固态电池则面临电解质对空气敏感、制造条件苛刻、原材料昂贵、规模化生产技术不成熟等问题。

QS声称,他们已经解决了电解质难题。2015年左右,QS发现了一种可以规避上述种种弊端的材料,并花费5年时间来研究如何有效生产这种材料。按照QS的表述,这种材料已经被生产出来,从根本上解决了阻碍固态电池商业化的基础科学难题。

目前,QS以担心被竞争对手窃取为由,拒绝详细透露其固态电解质材料。

尽管如此,电池专家、前特斯拉联合创始人J.B.Straubel给予了QS极高的评价:“Quantum Scape有机会重新定义电池行业。”

然而,想重新定义电池行业不止QS一家。在这场角逐中,传统电池巨头、车企、初创电池企业都牟足了劲。

行业普遍分析,2025年将是固态电池真正落地的关键时间点。从公开透露信息来看,有三家企业表态最为强势,除了QS以外,另外两家分别为辉能科技和丰田汽车。

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抢滩2025

争夺最早落地时间点,QS将量产时间定在2024年,并表示将与大众集团成立合资企业生产固态电池,并为其电动车供应电池。

今年1月,QS公司在社交媒体上披露,其固态电池产品能量密度超过1000Wh/L,完成近1100次的循环测试,仍可保持80%以上的容量。

“我们是第一个解决固态问题的人,没有其他固态系统可以接近这个”,QS创始人Jagdeep Singh在一次采访中自信的表示。

辉能科技正在直面挑战这份自信。这是一家来自中国台湾的创新公司,称其技术要领先QS七年。

不同于QS对电解质技术的保守,辉能科技透露,其选择的技术路线是氧化物体系,正极和负极则同QS一样,分别采用三元材料和金属锂。

辉能科技表示,其原型电池已经制造出来,质量能量密度达到383Wh/kg,体积能量密度为1025Wh/L,循环测试可以做到500次。

关于量产计划,辉能科技也与QS相近,预定在2023年进行试产,2024年量产。与辉能科技公开合作的企业有4家,一汽、天际、蔚来以及爱驰。

从两家企业公布的信息来看,产品性能、量产时间都非常接近。辉能科技叫板QS是噱头还是实力?还有待观察。目前,能明显看出辉能科技领先的部分,是其生产线的建设进程。

辉能科技已经确定在浙江杭州的青山湖科技城选址建厂,该项目计划总投资380亿元,累计产能7GWh,预计今年6月前完成1GWh的产线建设。

按照辉能科技的说法,其本身技术准备和验证已经问题不大,后续主要解决产线建设以及供应链体系成熟的问题。

固态电池的量产需要经历实验室-小试-中试-量产等环节。辉能科技认为,其他企业多数处于小试、中试阶段,而其本身已经走到规模量产阶段。

同时,这家狂傲的企业判断,丰田汽车在固态电池领域的布局要远快于QS等其他企业,但也与之有四年的差距。

丰田是业内公认在固态电池领域最有实力的玩家之一。追溯其布局时间来看,丰田最早提出相关动态是在2008年,与固态电池初创企业Ilika展开合作。

2014年,丰田宣布其正在进行固态电池开发工作,并拥有最多的技术专利。2017年,丰田宣布与松下携手,表示双方将在固态电池研发方面进行长期且深入的合作。

围绕动力电池领域的合作,丰田与松下还成立了一家合资公司Prime Planet Energy&Solutions Inc.,前后者持股比例为51:49。这家合资公司在2020年4月份开始运营,现在有大约5100名员工。

丰田采用的是硫化物技术路线,原本计划在2020年东京奥运会展示固态电池研发成果。受疫情影响,不得不将计划推迟到2021年。

尽管没有透露具体数据,丰田表示,已经按照计划成功制造出固态电池的样品,且安装到概念车上,希望成为全球首家量产搭载固态电池汽车的厂商,计划于2021年推出原型车,2025年左右开始量产。

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改良技术竞赛

从三家领跑的企业来看,普遍将固态电池量产时间设定在2025年左右。而那些即将在2021年、2022年量产的说法从何而来?

2021年1月,蔚来汽车在NIO Day上宣布,将在2022年发布一款单体能量密度达360Wh/kg的固态电池包产品。

一石激起千层浪,炸出了几家国内专注固态电池的初创企业,包括辉能科技、清陶能源、卫蓝新能源等。查阅资料来看,这些企业都有近期量产固态电池的计划。

一位电池专家向《车市物语》透露,实际上,这几家声称量产边缘的企业均未达到全固态电池的水平。目前声称即将量产的企业,多数是传统技术路线的改良,或为固液混合的产品。

以辉能科技为例,其声称全固态锂金属电池,但电解质仍非100%的固态,而是90%的准固态。

另外两家初创企业的发展来看,清陶能源和卫蓝新能源均在2016年成立,前者由清华大学团队组建,后者依托中国科学院物理研究所,技术路线上也均采用氧化物固态电解质。

清陶能源先后获得北汽、上汽、广汽等车企投资,并与合众新能源达成合作,共同推进固态电池的研发与应用,双方对新款哪吒U进行了近两年的联合研发和测试。

2018年,清陶能源建成国内首条固态电池产线,主要投用于特种电源、高端数码等领域。2019年7月,清陶能源年产10GWh固态锂电池项目签约在江西省宜春市。

卫蓝新能源则在北京房山与江苏溧阳拥有两大生产基地。溧阳工厂计划生产无人机电池,产能设计2亿瓦时,生产可5C连续放电的270Wh/kg混合固液电池。

在动力电池领域,卫蓝新能源完成了300Wh/kg以上高镍三元正极的混合固态电池设计开发,循环寿命达到1200次以上。根据整车厂导入周期18-24个月考虑,这家公司表示,固态电池产品预计在2022年量产。

不同于初创企业的孤注一掷,在竞争格局中,保持领先位置传统电池巨头们做好了两手准备。一边布局固态电池,一边继续挖掘液态电池的改良空间。

传统电池企业在不断改善电池的封装工艺,例如,比亚迪的刀片电池、蜂巢能源的叠片电池,宁德时代的CTC技术,以及特斯拉的4680无极耳电池。

同时,也针对正负极材料进行改良,例如,掺硅补锂,超高镍电池等。所谓掺硅补锂,就是通过提高负极中硅的含量,同时增加锂的含量,以弥补因硅含量提升而导致的电池在充放电过程中锂损耗的提高,进而提升电池性能。

超高镍电池则是进一步提高正极材料中镍的含量,目前的高镍电池是指NCM 811体系,后续还可能会出现镍钴锰比例为9:0.5:0.5的新一代电池。

总结来看,在全固态电池真正到来之前,动力电池市场还将有一场围绕改良技术展开的革命。

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写在最后

在液态锂电池时代,市场份额主要集中在中日韩等地的几家电池巨头手里,这些企业已经建立牢固的技术及资源壁垒,后来者几乎没有入局机会。

固态电池时代的到来则打开了一个新通道,国内外创业公司都频频涌现。与此同时,也为车企重新掌握电池技术主动权带来机会。

一方面,丰田、特斯拉等企业在积极布局电池技术,另一方面,Quantum Scape、Solid Power、辉能科技、清陶能源、卫蓝新能源等专注固态电池的初创企业开始崭露头角。

初创企业快速发力,集中固态电池技术单点突破,但这些企业背后往往都有车企的身影。例如,大众与QS、丰田与松下、宝马与Solid Power等。

相比之下,在释放的固态电池技术的进展中,松下、宁德时代、比亚迪,三星、LG、SKI等头部企业的声音反而较弱,但这些企业在固态电池领域的布局也同样不可忽视。

巨头们没有过早释放信息或许有两方面考虑:一方面,这些企业瞄准的是全固态电池,技术成熟度还不够,另一方面,作为电池领域的守擂者,这些企业也没有那么快掀开底牌的必要。

不论如何,从“液态”转向“固态”,每一步都十分艰难。

除了要解决基础科学难题,固态电池量产还面临着生产工艺、产品一致性保障,规模化成本可控以及供应链配套成熟的问题。

全固态电池到来仍需5-10年,在此之前,动力电池还要经历一个技术改良的过渡阶段。

来源:车市物语

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