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无论是在全球新能源冠军宝座上斗得如火如荼的特斯拉和比亚迪,还是刚在11月一齐冲上万辆大关的“蔚小理”,皆是锂电池的拥趸者。目前,磷酸铁锂电池与三元锂电池占据了绝大多数的市场。不过,锂电池的续航以及安全等痛点依然存在,其地位并非固若金汤。如果锂电池技术未能进一步突破,电动车的发展将会遭遇瓶颈。

锂离子电池于1991年首次商业化。目前,液态锂离子电池已经成为新能源汽车领域使用最广泛的技术路线,但技术进步相对迟缓,固态电池于近年被视为可以继续巩固锂离子电池的地位。与现今普遍使用的锂离子电池不同的是,固态电池是一种使用固体电极和固体电解质的电池,取代以往锂电池的电解液,大大提升锂电池的能量密度。

动力电池被喻为电动车的“心脏”,开发出突破性的固态电池技术,可解决阻碍电动汽车广泛推广的续航里程和安全性等难题,谁率先掌握这项技术,则将在未来竞争格局中握有更大的话语权。为加快电动化转型,日产、丰田、宝马、奔驰等跨国车企巨头已纷纷在固态电池领域布局。这条赛道上玩家不断增多,近日传出小米、华为等科技公司也开始入局。固态电池虽然正逐渐处在汽车行业的风口上,但由于其商业化量产在短期内难以实现,这一技术路线也仍然存在争议。

固态电池热潮来袭

近日,日产汽车公司发布了“日产汽车2030愿景”,计划在未来5年内投资2万亿日元(按当天汇率合计1,128.4亿人民币),加快推进电驱化产品布局和技术创新。备受关注的是,日产还公布了固态电池量产的时间表,到2028财年推出搭载独创全固态电池(ASSB)的电动车型。随着突破性的全固态电池技术的应用,将极大的推动日产汽车面向不同细分市场,推出更多更具强劲性能的电动车型。同时,全固态电池能够将充电时间缩短至原来的三分之一。

日产在继续致力于锂离子电池技术的研发同时引入无钴技术,预计到2028财年将电池成本降低65%。按计划,到2028财年,全固态电池能够将电池组的成本降至每千瓦时75美元,同时通过不断的创新,未来会将成本进一步降低至每千瓦时65美元,以实现电动车型和燃油车型的成本平价。

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值得注意的是,日产汽车旗下的电池企业AESC在2019年已被中国企业远景集团收购。目前,远景AESC无锡动力电池工厂一期项目已投产。而日产汽车的固态电池项目将如何来推进?日产汽车方面相关负责人接受第一财经记者采访时谈到,固态电池由日产内部的研发部门与外部科研机构、合作伙伴、供应商在共同开发,计划在2024财年在日本横滨建造试点工厂。

不仅是日产,众多车企皆向固态电池发起猛烈的进攻。车企和电池制造商纷纷携手攻坚克难,丰田正与松下公司合作,大众则投资了美国电池初创企业QuantumScape,福特、宝马投资了Solid Power。Solid Power的全固态电池理论上可使续航距离最高达到锂电池的2倍,宝马计划于2025年之前开始对配备全固态电池的车辆进行路测,2030年之前上市。奔驰继与Hydro Quebec合作之后,现在还与Factorial Energy共同研发固态电池。

Factorial Energy是一家总部位于美国马萨诸塞州的固态电解质材料电池制造商。这家成立6年的固态电池初创企业正不断扩大朋友圈,继现代和起亚之后,奔驰与世界第四大汽车公司Stellantis近日又成为其新的战略投资伙伴。与Factorial Energy达成战略合作后,奔驰方面表示,将加快固态电池技术的开发,共同开发期待已久的下一代电池技术,目标是2022年开始测试电池原型产品,同时搭载新电池产品的少量奔驰电动车将在未来五年内上路。Stellantis 首席执行官卡洛斯·塔瓦雷斯也认为,Factorial Energy固态电池将加快新电动车上市时间,该企业2026年推出首款固态电池技术电动车,并以更具成本效益的方式过渡到固态技术。

国内车企与电池制造商也在加快固态电池的布局。上汽、广汽分别领投固态电池企业清陶发展的E+轮和E++轮融资。近日,又一家固态电池企业获得了融资。天眼查显示,卫蓝新能源完成了约5亿元的C轮融资,投资方包括小米集团、华为技术、IDG资本、蔚来资本、允泰资本,本轮融资后卫蓝新能源估值达到50亿元。不过,小米和华为等企业对此消息不予回应。

今年初,蔚来在NIO Day上发布了150kWh的固态电池,该固态电池可实现360Wh/kg超高能量密度,搭载该电池包的蔚来ET7 轿车续航将超过1000公里,该产品计划将于2022年第四季度交付。业内猜测,该电池供应商可能是卫蓝新能源。蔚来方面近日在接受第一财经记者采访时称,暂时没有新信息可披露。

而蔚来现有的动力电池供应商宁德时代也在研发固态电池。对于正逐渐兴起固态电池研发热潮,宁德时代董事长曾毓群今年曾公开谈到, 3~5年内,能做到车里的,都不是全固态电池。他AG8官方APP下载提到,未来电池主流路线,不见得是三元锂或磷酸铁锂,宁德时代有一些新东西,但是现在尚不便于对外讲。关于宁德时代在固态电池方面的研发进展,该企业相关负责人接受第一财经采访时表示,暂时没有新信息可对外发布。

固态电池能否成新盟主?

虽然业内对固态电池翘首以盼,但当前高昂的成本和不成熟的技术制约了固态电池商业化落地的进程。蔚来在NIO Day上发布了固态电池消息之后,一度惹来诸多质疑。

伊维经济研究院研究部总经理、中国电池产业研究院院长吴辉近日接受第一财经记者采访时称,蔚来明年新车搭载的应该是半固态电池,但不知道能否实现。短期内,固态电池还是无法大规模地量产用于电动汽车。折中的方案是半固态电池,减少了部分电解液的使用量。

吴辉分析指出,当前固态电池商业化的难题包括:固体电解质材料离子电导率偏低;固体电解质/电极间界面阻抗大,界面相容性较差,同时充放电过程中各材料的体积膨胀和收缩,导致界面容易分离;有待设计和构建与固体电解质相匹配的电极材料;现阶段电池制备成本较高。

业内有一种说法是全固态电池的成本比当前的锂电池高4倍以上。吴辉认为,因为没有量产,所以没法去比较成本,但是现在这些半固态电池的成本都在1元/WH以上,而液态锂电池电芯的成本大约现在0.7~0.8元/WH(以三元为主)。全固态电池量产时间可能在2030年左右。

针对新能源车续航、安全、充电三大行业痛点,各种电池技术层出不穷。为握有更大的话语权,部分国内外车企不仅与电池供应商合资合作,还亲自上场,大众、特斯拉等车企纷纷自研电池技术以及自建电池工厂。

广汽集团董事长曾庆洪近日在接受第一财经等媒体采访时谈到,全球汽车行业早已打响电池人才争夺战,广汽在五年前就把LG、三星、日本汤浅这几家电池制造商的一些核心人才挖过来。通过这几年自主研发,该企业的超倍速电池、海绵硅负极片电池等技术得以实现。

上个月在广州车展亮相的广汽AION LX Plus首次搭载独家自研海绵硅负极片电池技术,CLTC综合续航里程可高达1008公里。该技术让电池内部的硅负极片像海绵一样柔软有弹性,使硅在充放电过程中的膨胀和收缩被限制和缓冲,同时,也像海绵吸水一样,让硅负极发挥大容量的优势,储存更多的能量。通过该技术,可以实现液态锂离子电池单体电芯体积减小20%,重量减轻14%,未来会进一步将体积和重量都减小和减轻一半以上。虽然在续航方面取得突破,但海绵硅负极片电池技术能否在电动车领域普及推广还有待市场的检验。

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当前,电动车以及电池技术内卷日益严重,车企在不断挑战高难度液态锂电池技术的同时,还要考虑未来的主流技术路线。为了增加未来筹码,一些车企纷纷采取多元化的电池路径。曾庆洪称,广汽集团接下来会加快研发氢燃料电池与固态电池。未来,广汽肯定会开发固态电池,这个既要考虑能量密度,又要解决不会发热的问题,并且功率、效率、能源都要考虑,包括它的体积要更小。现在基本上在设计了,技术路线应该是没问题的。

一家新能源车企技术中心主任接受第一财经记者采访时谈到,固态电池要取得材料的突破,目前来看,这方面还没有很明显的进展,可能要十年以后才实现。从当前的发展走势看,氢燃料电池由于体积较大,更适合运用在商用车领域,而新能源乘用车主要技术路线和发展方向主要还是围绕锂电池展开,搭载固态电池可能性更大些。

氢燃料电池与固态电池属于不同的技术路线。锂离子电池由液态变形成固态过程中,将可能存在诸多变数。动力电池正进入各种技术路线的“春秋战国”时期,万一氢燃料电池先行一步获得重大技术突破或者其他新的电池技术半路杀出,会不会对未来的固态电池构成威胁?

中国科学院院士、中国电动汽车百人会副理事长欧阳明高近日谈到,材料这种事,要厚积薄发,固态电池真正投入大规模商业应用大概的时间是在2025~2030年之间。他指出,锂离子电池还会用很久。当前这一代锂离子电池的比能量上限大约是每公斤300瓦时左右。2025年会出现与现有液态电解质锂离子电池比能量大体相当的第一代全固态电池。2030年后将出现第二代采用新型正负极材料的全固态电池,比能量会提升到每公斤500瓦时,还会有高比能量锂-硫电池、金属空气电池。纳离子电池现在已经出现了,但是各方面性能还不能满足高性能汽车使用要求。

“从电池产业可持续发展角度看,估计现有的锂离子电池,包括固液混合的锂离子电池,2030年之前还是绝对主导地位。第一代全固态电池产业化,占市场比例接近1%的时间点可能在2030年左右。2035年之后,新一代固态电池,钾、镁、钠、锂-硫等各类电池会进入市场。到2050年,液态锂离子电池有可能减少到大约20%。” 欧阳明高如此认为。

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