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全球固态电池之争,谁更胜一筹?

作者: | 发布日期: 2024 年 03 月 27 日 10:01 | 分类: 产业资讯

固态电池市场竞争日趋激烈,中国、日韩及欧美三大阵营狭路相逢,各大阵营在技术路线和发展程度上各有侧重,谁能占据制高点,仍是未知数。

日韩:研发起步较早,倾向硫化物全固态电池

日本在固态电池技术的研发上起步较早,特别是在硫化物固态电解质这一前沿领域。硫化物电解质由于具有较高的离子电导率,良好的机械特性而成为全固态电池的有力候选之一。丰田、日产、本田、松下等均将硫化物固态电池作为主要的研发方向。

其中丰田表现尤为突出,拥有超过1300项固态电池技术相关专利,位居全球首位。

硫化物固态电解质技术优点虽多,但挑战也不容忽视,包括较差的热稳定性、对水分的敏感性、复杂的高温制备工艺、与正极材料的兼容性问题以及高成本等。这些挑战导致丰田将全固态电池的量产计划从2027年推迟至2030年以后。

尽管如此,丰田还是坚持硫化物固态电池的研发,这或许与日本政府对该技术的大力扶持有关。相关资料显示,日本押注硫化物路线,研发布局最早,政府投入超过2千亿日元资金支持,目标是在2030年实现全固态电池的商业化,能量密度为500Wh/kg。

值得一提的是,丰田、本田、日产等企业不仅在固态电池技术的研发上投入巨大,而且还参与了整车的生产,在电池技术与汽车性能融合方面的独到优势。通过整合电池研发与车辆制造,这些企业能够更有效地优化电动汽车的整体性能,提升竞争力。

韩国在固态电池领域的研发策略聚焦于硫化物技术的同时,也在氧化物和聚合物体系上进行技术研究和储备。这种多路线并行的策略可能是为了避免过度依赖单一技术路径,也可能是为了在电池技术的过渡阶段实现更好的系统适配。

量产计划方面,三星SDI计划在2027年开始量产全固态电池,SK On目标是在2028年实现固态电池的商业化,LG新能源则预计2030年实现全固态电池量产。

欧美:以初创企业为主,采用多种技术路线

在美国,固态电池技术的发展主要由初创企业推动,如Solid Power、Quantum Scape、Factorial Energy、lonic Materials等,在硫化物、氧化物和聚合物都有布局。

据悉,固态电池的开发分为初步概念验证(A样)、接近最终产品的测试(B样)和满足特定要求的客户认可样品(C样)三个阶段。

Solid Power已在2023年生产出A样品,并交付给宝马进行测试,计划今年进入A-2样阶段;QuantumScape于2023年二季度开始向客户发送A0样品,Factorial Energy电池产品也进入了A样送样阶段。SES AI Corporation早在2021年便与车企签署锂金属电池A样品协议,2023年12月还签署了锂金属电池B样品协议。

此外,美国南加州初创企业穆伦汽车(Mullen Automotive)向固态电池实用化迈出了重要一步,宣布其固态电池技术从实验室推进到道路测试阶段。测试结果显示,相较于传统电池,该车辆的续航里程大幅增加。

欧洲的汽车制造商,如大众、宝马和奔驰,主要通过投资美国的初创企业来加速固态电池技术的发展。例如,大众汽车对QuantumScape的投资使其成为最大股东;宝马和福特投资了Solid Power,后者计划2025年开发出相应电池配套宝马原型车;奔驰则投资了Factorial Energy,双方还达成合作,共同开发固态电池。

中国:侧重氧化物电解质路线,规划产能超400GWh

国内固态电池主要布局者盖了老牌电池企业、背靠顶级科研院所的初创企业、上游原材料企业以及汽车企业等多个领域。根据集邦锂电的不完全统计,国内固态企业积极展开固态电池的产能布局,产能规划将超过400GWh,项目投资额将超过2000亿元。

卫蓝新能源、清陶能源、赣锋锂业、辉能科技、力神电池、山东金启航等企业主要研发方向为以氧化物材料为基础的固液混合技术路线。

卫蓝新能源成立于2016年8月,是中国科学院物理研究所清洁能源实验室固态电池技术的唯一产业化平台,规划产能超过100GWh。公司360Wh/kg锂电池电芯在2023年6月正式交付蔚来,预计2027年左右实现全固态电池量产。

清陶能源同样成立于2016年,由中科院院士、清华大学教授南策文团队领衔创办,是国内最早实现量产交付的固态电池企业之一。公司已与上汽、北汽福田等多家车企建立合作,目前第一代固态电池已完成装车试验。公司产能规划55GWh。

赣锋锂业旗下的赣锋锂电专注于固态电池的研发和生产。赣锋锂电已经向东风汽车交付了搭载固态电池的电动汽车,并计划在未来几年内实现固态电池的量产。2024年,赣锋锂电两江基地已经交付固态电池超过1000台。公司产能规划近60GWh。

辉能科技于2006年在中国台湾成立。今年初,辉能科技宣布全球首条固态电池生产线已正式投产,其固态电池采用锂陶瓷电池技术,充电12分钟可实现续航1000公里,充放电循环寿命超1000次。电池样品已发到各大新能源车企进行测试、开发模块。

此外,也有不少企业专注硫化物技术路线,如恩力动力、中科固能、高能时代等。

其中,中科固能由中国科学院物理研究所联合溧阳市政府于2022年10月共同创办,通过构建从硫系电解质到电解质膜、电极膜,再到电芯的纵向产品链,成功克服了固态电池行业面临的高电解质成本和硫系化合物易与空气反应的技术难题。其董事长简创始人吴凡教授的团队在硫化物固态电解质材料研究领域颇有建树。

宁德时代也布局硫化物固态电池,但其凝聚态电池更广为人知。凝聚态电池能量密度高达500Wh/kg,与固态电池相当。宁德时代计划年底开始量产车规级凝聚态电池。

半固态陆续装车,全固态电池上车倒计时

半固态电池技术已经迈出了量产的重要一步,东风汽车、赛力斯、蔚来、上汽集团等已有相关的产品推出市场。目前,蔚来150kWh半固态电池已经量产装车,上汽集团旗下搭载清淘能源半固态电池的智己L6也已进入大规模量产阶段。

全固态电池作为电动汽车行业的终极目标,其量产之路面临着一系列难题,包括固态电解质的低离子电导率、固-固界面稳定性、金属锂负极的应用挑战以及高成本等。这些挑战需要通过材料创新、工艺改进和产业链协同来解决。

尽管面临挑战,但大家还是在开足马力往前赶。广汽集团提出2026年将实现全固态电池的装车使用,长安和现代预计2027年逐步量产应用固态电池,日产和东风汽车2028年推出全固态电池量产车,宝马和丰田预计2030前实现全固态电池量产。总的来说,大家都在朝着2030年左右全固态电池的产业化突破而努力。

小结

技术的发展通常遵循从理论探索出发,经过实验室验证,再到产品开发,最终实现商品化的清晰轨迹。正如十年前电动汽车因成本高昂而难以普及,而如今已成为性价比较高的选择,固态电池的成本问题预计也将随着技术进步在未来得到解决。

根据TrendForce集邦咨询预测,随着车厂加速在固态电池的投资与研发,搭配高活性正负极材料的全固态电池有望在2030~2035年左右开始量产,届时锂电池能量密度可达到500 Wh/kg,对应的续航里程约是液态锂电池的2~3倍,追平燃油车续航力。

这一展望突显了固态电池技术的潜力。虽然目前我们还无法具体确定固态电池何时能实现大规模商用,但现在需要做的就是,进行技术储备,做好铺垫,静待机会的到来。

来源:集邦锂电

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