深評(píng)：顛覆續(xù)航性能 解析固態(tài)電池前景

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購(gòu)置稅優(yōu)惠 經(jīng)銷商報(bào)價(jià) 車主點(diǎn)評(píng)(240條)

近年來(lái)，許多汽車制造商透露了基于固態(tài)電池制造電動(dòng)汽車的計(jì)劃。比如“菲斯克申請(qǐng)固態(tài)鋰電池專利，最長(zhǎng)續(xù)航800公里，充電1分鐘”和“大眾計(jì)劃研發(fā)一款續(xù)航1000公里的固態(tài)電池”都是常見的新聞。這背后的“黑科技”——固態(tài)電池的能力如何？離實(shí)際應(yīng)用還有多遠(yuǎn)？讓我們?cè)敿?xì)談?wù)劰虘B(tài)電池的現(xiàn)狀和前景。

●什么是深度評(píng)論和提問？

《深度評(píng)論與問題》是為行業(yè)用戶打造的第一個(gè)專欄，專門由汽車行業(yè)資深從業(yè)者撰寫，專門分析/揭示行業(yè)重大事件。除了活潑的外表，我們想向你展示對(duì)事物的本質(zhì)、因果和未來(lái)可能性的探索和思考。

本期行業(yè)評(píng)論員——史晨星，獨(dú)立評(píng)論員&:投資人，專注于新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈的投資、及投后管理，現(xiàn)任集團(tuán)旭江科技總經(jīng)理。

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●根據(jù)電解質(zhì)的不同，可分為四類:液態(tài)、半固態(tài)、準(zhǔn)固態(tài)和全固態(tài)?！瘳F(xiàn)有系統(tǒng)中鋰電池的能量密度很難超過(guò)300Wh/kg。基于安全性和能量密度的優(yōu)勢(shì)，固態(tài)電池已經(jīng)成為未來(lái)鋰電池發(fā)展的必由之路?！駵?zhǔn)固態(tài)電池將以聚合物復(fù)合電解質(zhì)為主，薄膜固態(tài)電池以氧化物復(fù)合電解質(zhì)為主，全固態(tài)電池以硫化物復(fù)合電解質(zhì)為主?！衲壳翱斐潆姵刂饕獞?yīng)用于乘用車領(lǐng)域。未來(lái)快充動(dòng)力電池的消費(fèi)結(jié)構(gòu)將向乘用車和專用物流車轉(zhuǎn)移。

1.固態(tài)電池有什么優(yōu)勢(shì)？

目前，動(dòng)力電池的全球競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈。雖然中國(guó)企業(yè)在本輪競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)了市場(chǎng)規(guī)模優(yōu)勢(shì)，但歐美日韓企業(yè)已經(jīng)在為下一階段做布局，是潛在的強(qiáng)勁競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。許多專家呼吁關(guān)注固態(tài)電池的發(fā)展。雖然目前固態(tài)電池還處于實(shí)驗(yàn)階段，但距離產(chǎn)業(yè)化還有一段時(shí)間。但為了搶占未來(lái)發(fā)展的制高點(diǎn)，各企業(yè)對(duì)固態(tài)電池的研發(fā)一直在加快，市場(chǎng)需求可能會(huì)推動(dòng)固態(tài)電池提前量產(chǎn)。

按照中國(guó)制造2025設(shè)定的技術(shù)目標(biāo)，鋰電池的能量密度將在2021年達(dá)到300Wh/kg，2025年達(dá)到400Wh/kg，2030年達(dá)到500Wh/kg。但基于高鎳三元+硅碳正極材料，現(xiàn)有體系中鋰電池的能量密度很難超過(guò)300Wh/kg。但固態(tài)鋰電池的能量密度約為傳統(tǒng)鋰電池的2.5-3倍，消除了電池破損或高溫等事故帶來(lái)的潛在燃燒危害。

全固態(tài)鋰電池極其安全，其固體電解質(zhì)不可燃、無(wú)腐蝕性、不揮發(fā)、不漏液。同時(shí)也克服了鋰枝晶現(xiàn)象，搭載全固態(tài)鋰電池的汽車自燃概率將大大降低。

電解質(zhì)材料是全固態(tài)鋰電池技術(shù)的核心。目前，固態(tài)電解質(zhì)的研究主要集中在聚合物、氧化物和硫化物三類材料上。聚合物具有良好的高溫性能，已有商業(yè)應(yīng)用案例；該氧化物具有良好的循環(huán)性能，適用于薄膜的柔性結(jié)構(gòu)；硫化物的電導(dǎo)率最高，是未來(lái)的主要方向。

既然固態(tài)電池有這么多優(yōu)勢(shì)，為什么不大力推廣呢？這是因?yàn)楣腆w電解質(zhì)電阻高，功率密度方面還有一些問題需要解決，需要從固體電解質(zhì)和正負(fù)極材料入手。在電導(dǎo)率、電池倍率、電池制備效率和成本控制方面存在許多挑戰(zhàn)。一旦這些問題得到有效解決，未來(lái)必將掀起一場(chǎng)新的電池革命。

一般來(lái)說(shuō)，固態(tài)電池的發(fā)展，電解質(zhì)可能會(huì)遵循從液態(tài)、半固態(tài)、固液混合物到固態(tài)，最后到全固態(tài)的路徑。筆者認(rèn)為2021年前采用高鎳陽(yáng)極+準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)+硅碳陽(yáng)極可達(dá)到300Wh/Kg，2025年前采用富鋰陽(yáng)極+全固態(tài)電解質(zhì)+硅碳/鋰金屬陽(yáng)極電池可達(dá)到400Wh/Kg，2030年前采用燃料/鋰硫空氣體電池可達(dá)到500 Wh/Kg。

二是全球產(chǎn)業(yè)加速布局

目前，全球有20多家制造企業(yè)、初創(chuàng)公司和大學(xué)研究院致力于固態(tài)電池技術(shù)。2021年，固態(tài)鋰電池分別有1198篇文章和117項(xiàng)專利。其中，1096篇論文集中討論了金屬鋰正極、固體電解質(zhì)、固體電解質(zhì)與正負(fù)極的界面等基礎(chǔ)問題，其他102篇論文討論了固態(tài)鋰電池的組裝及相關(guān)測(cè)試結(jié)果，多為硫基和氧化物基固態(tài)鋰電池。從文獻(xiàn)來(lái)看，中國(guó)發(fā)表的數(shù)量排名第一，而從國(guó)際發(fā)明專利來(lái)看，日本占一半以上。

●法國(guó)博洛雷

自2021年以來(lái)，博洛雷集團(tuán)一直試圖在電動(dòng)汽車領(lǐng)域?qū)⒐虘B(tài)電池商業(yè)化。其自主研發(fā)的電動(dòng)汽車Bluecar搭載子公司Batscap生產(chǎn)的30kWh鋰金屬聚合物電池，續(xù)航120公里。目前已有約2900輛Bluecar投入到位于巴黎的汽車共享服務(wù)項(xiàng)目Autolib中，這也是電動(dòng)汽車使用固態(tài)鋰電池的首個(gè)國(guó)際案例。

“Bluecar在巴黎的Autolib汽車共享亭收費(fèi)”

BatScap選擇全固態(tài)的聚合物技術(shù)路線，以LFP為正極材料，以鋰為負(fù)極材料，以聚環(huán)氧乙烷為電解液，但其Pack能量密度僅為100Wh/kg，工作溫度為60~80℃，因此需要持續(xù)加熱電池至60℃以上，以保持其內(nèi)部導(dǎo)電性。

●德國(guó)博世+美國(guó)SEEO

SEEO成立于2021年，是美國(guó)勞倫斯柏克萊國(guó)家實(shí)驗(yàn)室授權(quán)的唯一擁有核心專利的電池公司。2021年，博世收購(gòu)美國(guó)SEEO，與日本GS YUASA、三菱重工共同建立新工廠，專注于固態(tài)陽(yáng)極鋰離子電池。當(dāng)時(shí)，SEEO研發(fā)的固態(tài)電池達(dá)到了350Wh/kg的能量密度，大約是同等體積鋰電池能量的兩倍。但在2021年初，由于博世的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)變，停止了自己生產(chǎn)電池，于是宣布放棄在SEEO的投資。

●戴森英國(guó)+薩基特3美國(guó)

美國(guó)Sakti3成立于2021年，宣稱研發(fā)了一種能量密度為1000Wh/kg的固態(tài)電池。其還聲稱未來(lái)商業(yè)化量產(chǎn)后，成本僅為目前鋰電池的20%，配備其電池的電動(dòng)車成本可控制在2.5萬(wàn)美元。2021年，Sakti3被戴森以9000萬(wàn)美元的價(jià)格全資收購(gòu)。之后，戴森宣布將投資14億美元建設(shè)電池工廠，開發(fā)固態(tài)鋰電池技術(shù)。

戴森計(jì)劃在2021年量產(chǎn)首款電動(dòng)汽車產(chǎn)品。電池組是一種可拆卸的箱式固體電池組，安裝在傳統(tǒng)燃油車的發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)。

●日本38家機(jī)構(gòu)聯(lián)合開發(fā)全固態(tài)鋰電池。

2021年6月，日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省和日本新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)署宣布啟動(dòng)開發(fā)新一代高效電池“全固態(tài)電池”核心技術(shù)。本項(xiàng)目總投資預(yù)計(jì)100億日元，豐田、本田、日產(chǎn)、松下等23家汽車、電池、材料企業(yè)，以及京都大學(xué)、日本物理化學(xué)研究所等15家學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)將共同參與研究。計(jì)劃到2022年，全面掌握全固態(tài)電池相關(guān)技術(shù)，每千瓦時(shí)電池組成本降至鋰電池的三分之一左右，快充時(shí)間縮短至三分之一。

其中，豐田被認(rèn)為是現(xiàn)階段領(lǐng)先的硫化物固態(tài)電池。2010年，它推出了硫化物固態(tài)電池。2021年，電池實(shí)驗(yàn)樣機(jī)能量密度達(dá)到400Wh/kg。2021年12月，豐田和松下宣布將聯(lián)合開發(fā)全固態(tài)電池。根據(jù)計(jì)劃，豐田將在2021年實(shí)現(xiàn)硫化物固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)化。

三是國(guó)內(nèi)企業(yè)蓄勢(shì)待發(fā)。

我國(guó)固態(tài)鋰電池正處于基礎(chǔ)研發(fā)階段。清華大學(xué)、北京大學(xué)深圳研究院、電子科技大學(xué)、國(guó)防科技大學(xué)、物理研究所、化學(xué)研究所、寧波材料研究所、青島能源研究所、上海硅酸鹽研究所等單位已啟動(dòng)固態(tài)鋰電池關(guān)鍵材料、制造設(shè)備和電池制造技術(shù)的研發(fā)。同時(shí)，國(guó)內(nèi)在鋰電池材料和電池方面具有優(yōu)勢(shì)的企業(yè)，如當(dāng)代安普瑞斯科技有限公司、比亞迪、AVIC鋰電池、出賣、李紳、贛鋒鋰業(yè)等。，也紛紛開始布局固態(tài)鋰電池技術(shù)的發(fā)展。

●當(dāng)代安普瑞斯科技有限公司

當(dāng)代安普瑞斯科技有限公司投資固態(tài)電池研發(fā)已有數(shù)年，分別在聚合物和硫化物基固態(tài)電池方向開展相關(guān)研發(fā)工作。招股書顯示，下一代電池的研發(fā)重點(diǎn)是全固態(tài)鋰電池。但據(jù)官方介紹，距離商業(yè)化還有很大距離。在制造工藝方面，當(dāng)代安普瑞科技有限公司初步提出以下工藝路線:陰極材料與離子導(dǎo)體均勻混合包覆；經(jīng)過(guò)一輪預(yù)熱壓力，形成連續(xù)的離子傳導(dǎo)通道；用LPS二次涂覆后，進(jìn)行熱壓，充分固化后即可去除氣孔。然后，涂覆緩沖層并用鋰金屬將其層壓。

“當(dāng)代安普瑞斯科技有限公司歷代電池展”

●比亞迪

比亞迪2021年中期業(yè)績(jī)會(huì)透露，公司認(rèn)為固態(tài)電池將是鋰電池未來(lái)的發(fā)展方向，一直在嘗試小規(guī)模使用，并確定未來(lái)10年、最快5年提供該類型產(chǎn)品。2021年8月，比亞迪申請(qǐng)了全固態(tài)鋰離子電池負(fù)極復(fù)合材料和全固態(tài)鋰離子電池發(fā)明專利。

●郭萱高新技術(shù)

郭萱高新的固態(tài)電池研發(fā)主要在海外進(jìn)行。2021年2月，郭萱高新透露，正在美、日分別研發(fā)下一代動(dòng)力電池生產(chǎn)技術(shù)和設(shè)備，相關(guān)產(chǎn)品將采用半固態(tài)電池技術(shù)。目前，郭萱高新的半固態(tài)電池技術(shù)正處于從實(shí)驗(yàn)室到中試的過(guò)渡階段，計(jì)劃于2021年建成中試線。

●贛鋒鋰業(yè)

2021年8月，贛鋒鋰業(yè)通過(guò)引進(jìn)寧波材料學(xué)院固態(tài)電池博士團(tuán)隊(duì)，正式切入固態(tài)電池領(lǐng)域，目標(biāo)在三年內(nèi)實(shí)現(xiàn)固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化。隨后，贛鋒鋰業(yè)宣布將投資2.5億元，于2021年底建成第一代百瓦時(shí)固態(tài)鋰電池生產(chǎn)線，并實(shí)現(xiàn)送樣；2021年12月，完成3億元固態(tài)電池銷售，推動(dòng)第二代固態(tài)鋰電池走向成熟，可以研究第三代固態(tài)鋰電池。據(jù)計(jì)算，贛鋒鋰業(yè)生產(chǎn)的第一代固態(tài)鋰電池電芯能量密度可達(dá)240Wh/kg。根據(jù)一輛自行車500kg電池組的估算，80kWh的續(xù)航可以達(dá)到480km，經(jīng)過(guò)上千次循環(huán)，最大電池容量依然是90%，充電只需要12分鐘。

●嘉威股份

2021年12月，奇?zhèn)ス煞萦邢薰咀庸酒鎮(zhèn)ヂ∧馨l(fā)布首款快充固態(tài)電池產(chǎn)品。嘉隆能科技擁有一期1億Wh高性能動(dòng)力電池，采用固態(tài)快充技術(shù)；2021年二期計(jì)劃再次投產(chǎn)2GWh電池的產(chǎn)能。公司生產(chǎn)的電池正極采用改性鐵鋰和三元，負(fù)極采用鈦酸鋰和納米石墨。但佳威股份發(fā)布的電池與全固態(tài)電池技術(shù)不太一樣。這次嘉偉股份生產(chǎn)的固態(tài)電池是凝膠狀電池，使用隔膜，是不完全固態(tài)電池。

全文摘要:

全球范圍內(nèi)，全固態(tài)電池有望在2021年至2025年分批應(yīng)用。在這個(gè)過(guò)程中，還有很多基礎(chǔ)科研和技術(shù)問題需要突破?，F(xiàn)在，有了希望。從綜合指標(biāo)來(lái)看，還是無(wú)法滿足動(dòng)力電池的技術(shù)。我們希望考慮到能量密度和安全性的挑戰(zhàn)，循序漸進(jìn)，逐步改進(jìn)現(xiàn)有的鋰電池。我國(guó)應(yīng)加大固態(tài)鋰電池的開發(fā)力度，力爭(zhēng)在未來(lái)五年內(nèi)開發(fā)出高能量密度、高安全性、綜合性能優(yōu)異的固態(tài)鋰電池，并推向產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

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