固態(tài)電池成行業(yè)“新寵” 技術及成本或制約產(chǎn)業(yè)化應用

盡管與目前市場主流的三元鋰電池相比，固態(tài)電池具有高能量密度、高安全性能高、高循環(huán)次數(shù)等優(yōu)點，但也有行業(yè)人士認為，固態(tài)電池實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應用還需假以時日。

2020上半年已過，與新能源汽車頻繁的起火事故相呼應的，是業(yè)界對安全性、能量密度更高的固態(tài)電池的關注。在這一行業(yè)趨勢下，包括大眾等在內(nèi)的傳統(tǒng)整車制造企業(yè)均進一步加強了在固態(tài)電池領域的布局。

“如果使用全固態(tài)電池，公司的EV車型e-Golf的續(xù)航里程可以從現(xiàn)有的300公里提升至750公里。”在今年6月中旬完成對固態(tài)電池開發(fā)商QuantumScape的2億美元增資后，大眾集團給出了如是預測。而在6月初，國內(nèi)新造車企業(yè)之一的浙江合眾，也與清陶能源達成了深度合作，共同推進固態(tài)電池的研發(fā)與應用。

盡管與目前市場主流的三元鋰電池相比，固態(tài)電池具有高能量密度、高安全性能高、高循環(huán)次數(shù)等優(yōu)點，但也有行業(yè)人士認為，固態(tài)電池實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應用還需假以時日。

“從最新的補貼政策來看，國家對于動力電池系統(tǒng)能量密度等技術指標沒有做出更高的要求。當前的新能源市場仍然以政策為導向，對于企業(yè)來說沒有足夠的動力去應用成本更高的固態(tài)電池。”行業(yè)專家宋楠表示。

跨界布局固態(tài)電池

2019年12月，工信部發(fā)布《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2021-2035年)》(征求意見稿)，對提高技術創(chuàng)新能力提出要求，其中便包括了“加快全固態(tài)動力電池技術研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化”等條文。

在此之前，已有不少跨國車企開始布局固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)。除了近期完成對固態(tài)電池研發(fā)企業(yè)增資，并準備在2025年建成一條固態(tài)電池生產(chǎn)線的大眾集團外，寶馬、豐田、戴姆勒等車企也已完成了相應的戰(zhàn)略部署。其中，豐田執(zhí)行總裁兼首席技術官寺島茂樹曾透露，豐田將在2020年推出一款搭載固態(tài)電池的新能源車型;而今年年初，戴姆勒宣布與加拿大魁北克水電公司合作開發(fā)固態(tài)電池技術，一旦達到量產(chǎn)狀態(tài)，將在戴姆勒旗下的電動汽車上使用。

在國內(nèi)的整車企業(yè)中，作為新能源汽車的兩家代表企業(yè)，比亞迪和北汽亦在固態(tài)電池領域有所行動。比亞迪方面對記者表示，“比亞迪在固態(tài)電池方面已經(jīng)有技術儲備，但具體內(nèi)容還不便透露。”

北汽集團旗下北汽產(chǎn)投則在2019年8月完成了對清陶(昆山)能源發(fā)展有限公司的投資，雙方將在固態(tài)鋰電池的產(chǎn)業(yè)化方面進行合作。

與清陶能源達成合作的還有新造車企業(yè)代表的合眾汽車。“雙方將以推動固態(tài)動力電池裝車應用作為核心原則，旨在充分發(fā)揮固態(tài)動力電池技術潛力，加快固態(tài)動力電池整車驗證與測試。”合眾汽車相關負責人稱，“清陶將作為合眾唯一的固態(tài)動力電池合作伙伴，為合眾提供高安全固態(tài)動力電池解決方案。”

在汽車產(chǎn)業(yè)鏈上游，據(jù)華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院統(tǒng)計，包括寧德時代、國軒高科、蜂巢動力等在內(nèi)的、多達16家動力電池企業(yè)均已啟動了固態(tài)電池的研發(fā)。

“寧德時代的研究方向為鋰硫、鋰空(鋰空氣電池)、全固態(tài)和鈉離子電池。”2020年年初，寧德時代首席科學家吳凱對外透露稱。

大規(guī)模推廣尚需時日

盡管受到不少國際主流車企的追捧，但也有企業(yè)放棄了固態(tài)電池的研發(fā)。

2017年底，博世曾考慮斥資200億歐元投入固態(tài)電池量產(chǎn)計劃，并收購固態(tài)電池初創(chuàng)公司Seeo Inc，預計至2030年實現(xiàn)200Gwh的電池產(chǎn)能，但到2018年3月，博世宣布將放棄固態(tài)電池研發(fā)計劃，同時出售了剛剛收購的Seeo Inc公司。

“固態(tài)電解質在安全性與部分電化學性能上雖優(yōu)于液態(tài)電解質，但由于其固體的形態(tài)，也存在著先天的缺陷。譬如，固態(tài)電解質的鋰離子遷移效率直接影響了固態(tài)電解質的離子電導率。”蓋世汽車研究院資深分析師表示，目前絕大多數(shù)固態(tài)電解質的離子電導率低于液態(tài)電解質，影響了固態(tài)電池的實用性能。

除了較低的電導率導致的實用性下降，生產(chǎn)制造工藝也在一定程度上制約了固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)化進程。

“目前在實驗室階段固態(tài)電池技術已經(jīng)有所突破，但要量產(chǎn)還存在著‘良品率’等問題。”宋楠認為，目前的固態(tài)電池技術尚未達到大規(guī)模量產(chǎn)的標準。

與宋楠持相近觀點的還有上海勁邦資本合伙人王榮進。在王榮進看來，固態(tài)電池從樣品驗證到SOP驗證至少需要6年時間。并且，固態(tài)電池預計先要在消費電子領域經(jīng)過充分驗證后，才有可能在電動汽車上使用。“2025年可能是固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化的關鍵時間點。”王榮進表示。

不僅是技術和工藝層面，對固態(tài)電池來說，推廣成本也是目前大多數(shù)企業(yè)考量的因素之一。

“雖然固態(tài)電池的能量密度和安全性都更高，但成本較目前的液態(tài)電池高出不止兩三倍，而從新的補貼政策看，(企業(yè))并不會拿到更多的補貼，反而會增加成本。”宋楠表示。

有數(shù)據(jù)表明，當前半固態(tài)電池成本約2.5元-3元/wh，是普通動力電池的2倍-3倍。占據(jù)整車成本近40%的動力電池若無法控制成本，則將很難滿足消費者對整車價位的需求。

“目前不少車企已經(jīng)放棄了對電池能量密度的追求，轉而向整車輕量化發(fā)展，從而提高續(xù)航能力。”宋楠進一步表示，“這樣對于車企來說，整體成本都會降低。”