下一代動力電池的“風口”在哪？

【資料圖】

圍繞這個問題，不斷有新的爭論出現(xiàn)。在眾多的爭論中，呼聲最高的莫過于“固態(tài)電池”。

前不久，據(jù)媒體報道稱，到2030年，韓國將投資20萬億韓元（約1062億人民幣）生產(chǎn)世界上首批固態(tài)電池。

除此之外，上汽、寶馬、日產(chǎn)、豐田等車企也紛紛透露固態(tài)電池的最新研發(fā)進度。

年初，寶馬集團宣布將與美國初創(chuàng)公司Solid Power合作，在自己的電池制造中心采用全固態(tài)電池中試生產(chǎn)線；日本汽車制造商日產(chǎn)（Nissan）宣布，正在全力推出一款裝載全固態(tài)電池的電動車。

最近，上汽集團擬通過嘉興創(chuàng)頎創(chuàng)業(yè)投資合伙企業(yè)（有限合伙）與嘉興頎駿一號股權(quán)投資合伙企業(yè)（有限合伙）向清陶能源追加投資不超過27億元。 在此以前，上汽集團分別于2020年和2022年通過基金方式參與投資清陶能源。

“夢想電池”

不斷有玩家加入到這場固態(tài)電池領(lǐng)域的“軍備競賽”當中，其中一個重要原因之一便是：液態(tài)電池在安全性和能量密度方面存在不可忽視的劣勢。

液態(tài)電池的電解液溶劑具有易揮發(fā)、低閃點的特點，在較高溫度下易燃易爆，且具有一定毒性。此外，液態(tài)電池的負極表面容易形成鋰枝晶，刺穿隔膜造成正負極短路，導致電池起火。

并且，在能量密度方面，受重量、體積、安全性等因素限制，液態(tài)鋰電池已接近能量密度天花板。

2019諾貝爾化學獎得主、“鋰電池之父”Stanly Whittingham就曾說過，已經(jīng)商業(yè)化的電池，其能量密度僅為理論上能量密度的一小部分。從體積能量密度來看，僅實現(xiàn)了理論密度的11%到25%。從重力能量密度來看，也僅為理論的25%。

反觀固態(tài)電池，鋰枝晶在固態(tài)電解質(zhì)中生長緩慢且難刺透，極大降低了電池熱失控風險，電池自燃或者爆炸的概率顯著減小。

而從能量密度來看，固態(tài)電池允許適配高能正極與鋰金屬負極，目前固態(tài)電池的實驗室數(shù)據(jù)已超過400Wh/kg，突破傳統(tǒng)液態(tài)鋰電池的能量密度天花板。因此，也被成為“夢想電池”。

固態(tài)電解質(zhì)是固態(tài)電池的核心，根據(jù)所用固態(tài)電解質(zhì)不同，目前業(yè)界對固態(tài)電池的研究主要集中在陶瓷（硫化物和氧化物）和聚合物類型上，而有些則結(jié)合了這兩種材料。

歐美傾向選擇開發(fā)難度相對較低、更易實現(xiàn)商業(yè)化的聚合物電解質(zhì)，這也是最早實現(xiàn)固態(tài)電池裝車測試的技術(shù)路線。

2011年法國公司 Bolloré 率先實現(xiàn)固態(tài)電池電動車的商業(yè)化應用，批量應用于自主開發(fā)的電動汽車 Bluecar 和 Bluebus。

中國則以氧化物為主。比如寧德時代NEO電池采用了氧化物固態(tài)電解質(zhì)技術(shù)；衛(wèi)藍新能源則聚焦氧化物與聚合物電解質(zhì)復合的混合固液和全固態(tài)鋰電池；脫胎于清華大學南策文院士團隊的清陶能源也主要聚焦在氧化物固態(tài)電解質(zhì)和固態(tài)電池的開發(fā)。

硫化物作為理論上最適用于電動汽車領(lǐng)域的技術(shù)路線，開發(fā)難度最大，日韓企業(yè)更多研發(fā)這一體系。

根據(jù)從事專利調(diào)查和分析的調(diào)查機構(gòu)Patent Result的數(shù)據(jù)顯示，全固態(tài)電池相關(guān)專利排名前十的企業(yè)中，日本企業(yè)有6家，韓國企業(yè)占4家。其中，手握專利數(shù)最多的豐田自1990年便著手固態(tài)電池的研究，采用的技術(shù)路線就是具備高離子傳導性的基于硫化物的固態(tài)電解質(zhì)。據(jù)了解，三星SDI目前正在研發(fā)的也是陶瓷硫化物固態(tài)電池。

不斷跳票的量產(chǎn)時間

雖然這些年，大眾、QuantumScape、Solid Power、豐田、日產(chǎn)、松下等日系巨頭，以及中國電池方面的很多企業(yè)，都紛紛加入了固態(tài)電池的戰(zhàn)局。

但一個尷尬的現(xiàn)實是：固態(tài)電池的量產(chǎn)時間不斷在推后就連手握固態(tài)電池最多專利數(shù)的豐田也不得不推遲其量產(chǎn)時間表。

2012年， 豐田在世界范圍首發(fā)硫化物固態(tài)電池，隨后又在2017年表示，將在 2020 年初開始生產(chǎn)固態(tài)電池，并給出了量產(chǎn)時間——2025年。但在2021年豐田改變了“2025年量產(chǎn)”的口風，并在當年的“2030年電池戰(zhàn)略會”上表示，在全固態(tài)電池方面“進展不樂觀”。

目前，豐田的計劃是在2025 年正式推出配備固態(tài)電池的混合動力車。

去年年底，另一家固態(tài)電池廠商QuantumScape雖然將首批原型固態(tài)電池交付給汽車客戶，但其創(chuàng)始人、CEO兼董事長Jagdeep Singh也坦言，“這批電池產(chǎn)品的可靠性方面仍有很大提升空間”。

寧德時代董事長曾毓群也曾表示：“固態(tài)電池有很多科學及技術(shù)的基礎問題尚未解決，我們公司深耕十多年，仍然認為難以形成有技術(shù)可行性和市場競爭力的產(chǎn)品?！?/p>

固態(tài)電池之所以在全球遲遲無法推進，其中一大原因在于“固態(tài)電池的成本非常高”。

有市場機構(gòu)預估，到2028年全固態(tài)電池的單價將降至160美元/kwh，但同期鋰離子電池的生產(chǎn)成本預計是80美元/kwh。

不過，最近日產(chǎn)表示， 2028 年其全固態(tài)電池可以將電池組的價格降至每千瓦時 75 美元（約 477 元人民幣），最終降至每千瓦時 65 美元（約 413.4 元人民幣）。

另一個原因在于，固態(tài)電池在技術(shù)上仍然需要突破，比如固態(tài)電解質(zhì)材料的鋰離子電導率偏低、鋰枝晶折斷導致“死鋰”情況等問題。

從企業(yè)的角度來說，發(fā)展固態(tài)電池則意味著要投巨資重建一整套的全新生產(chǎn)線，如果沒有確定性發(fā)展前景的驅(qū)動，企業(yè)很難下決心推倒重來。

因此，在全固態(tài)技術(shù)未成熟之前，國內(nèi)廠商選擇了一個折中方案：半固態(tài)電池。

根據(jù)工信部公告顯示，蔚來將有三款車開始使用半固態(tài)電池。

2月7日，贛鋒鋰業(yè)控股子公司贛鋒鋰電在其官方微信公眾號上宣布，搭載贛鋒鋰電三元固液混合鋰離子電池的純電動SUV賽力斯-SERES-5規(guī)劃于2023年上市。

嵐圖汽車在旗下首款轎車追光的發(fā)布會上也宣布，追光搭載82kWh電池包，將成為行業(yè)首個量產(chǎn)裝車的半固態(tài)電池。

此外，清陶能源、國軒高科、孚能科技生產(chǎn)的半固態(tài)電池也于2022-2023年已經(jīng)或計劃上車。

不過，需要注意的是，半固態(tài)雖然名字上跟固態(tài)電池很相似，可實際上與液態(tài)鋰離子電池關(guān)系更近，它仍需要電解液和隔膜。因此，外界也有評論認為，模糊“半固態(tài)”和“固態(tài)”之間的差別，是在炒概念，并不利于行業(yè)發(fā)展。

韓國想做“固態(tài)電池商業(yè)化第一國”

現(xiàn)在業(yè)界普遍認為，全固態(tài)電池至少需要5-10年才有望實現(xiàn)規(guī)模量產(chǎn)。根據(jù)EVTank的預測，至2030年全球固態(tài)電池滲透率為10%，需求達到276.8GWh。

為了搶下固態(tài)電池量產(chǎn)“第一棒”，不少國家開始針對固態(tài)電池提供專門的資金投資。

之前，歐洲就推出了《電池2030規(guī)劃》及《2030電池創(chuàng)新路線圖》，由歐盟多國共同出資32億歐元用于發(fā)展固態(tài)電池。

前不久，據(jù)彭博社報道，到2030年，韓國將投資20萬億韓元（約1062億人民幣）生產(chǎn)世界上首批固態(tài)電池，計劃使韓國成為世界上第一個將固態(tài)電池商業(yè)化的國家。

事實上，韓國一直期冀將動力電池打造成第二個“半導體奇跡”。

早在2021年就公布了“K-電池發(fā)展戰(zhàn)略（K-Battery Development Strategy）”，旨在使韓國成為下一個二次電池產(chǎn)業(yè)的世界領(lǐng)先者。為配合“K-電池發(fā)展戰(zhàn)略”，韓國三大電池生產(chǎn)企業(yè)宣布計劃到2030年，對該產(chǎn)業(yè)投資40萬億韓元（約合2144億元人民幣）。

LG新能源、三星SDI和SK On，被稱為韓國電池行業(yè)三巨頭，分別是韓國三家知名集團（LG化學、三星集團、SK Innovaton）創(chuàng)立的新能源子公司。

根據(jù)研究機構(gòu)SNE報告，2022年寧德時代動力電池市場銷售額排名第一，占市場份額的28%，按出貨量計算則占39%。韓國的三家公司緊隨其后，LG新能源以12%排名第二，三星SDI以6%排名第四，SK On以5%排名第五。

在韓國國內(nèi)三家電池公司中，三星SDI對固態(tài)電池的開發(fā)最為積極。 2020年3月，三星SDI推出了固態(tài)電池原型。根據(jù)當時的說法，這種電池預計可以行駛800公里，在電動汽車中可以循環(huán)使用1000次。

2022年3月，三星SDI宣布在位于京畿道水原市靈通區(qū)的SDI研究所內(nèi)，開始建設了全固態(tài)電池試驗線（S-line產(chǎn)線），并計劃在2023年開始試生產(chǎn)，2027年開展大規(guī)模生產(chǎn)。

除三星外，SK On早在從母公司SK Innovation剝離之初便開始了在固態(tài)電池領(lǐng)域的布局。

2021年10月1日，SK Innovation 以 SK On 的名義剝離了其電池業(yè)務，同時其表示，將投資 3000 萬美元收購美國固態(tài)電池公司 Solid Power 的股份。

緊接著，2022年1月，SK On又宣布與美國佐治亞理工學院的Seung-woo Lee教授合作開發(fā)下一代全固態(tài)電池。

今年年初SK on還表示，計劃到2025年向其在大田廣域市的電池研究所投資4700億韓元，以擴大研究設施規(guī)模、建設新一代電池工廠以及建立全球質(zhì)量控制中心。SK On稱，新電池試驗廠計劃于明年上半年建成，屆時將啟動全固態(tài)電池材料的開發(fā)。目標是在2024年下半年開發(fā)出全固態(tài)原型電池，并在2028年實現(xiàn)商用化。

LG新能源則相對低調(diào)，不過在2020年12月份從LG化學分拆成立新公司的當日也曾表示，將加速全固態(tài)電池和鋰硫電池等新一代電池技術(shù)的開發(fā)。

作為下一代鋰電池的理想形態(tài)，固態(tài)電池的高人氣可以理解。但是，一項先進技術(shù)的研發(fā)過程，絕不會是一路坦途。

就像中國科學院院士、清華大學教授歐陽明高在第二屆世界動力電池大會云上宜賓高端論壇中所說的那樣，“全固態(tài)電池技術(shù)雖然目前仍然面臨著很多挑戰(zhàn)，但仍然是我們值得去追求的目標。這個目標不是短期的，可以看作是面向2030年，值得創(chuàng)新的目標?！?/p>

（本文首發(fā)鈦媒體App， 作者｜韓敬嫻，編輯｜張敏）

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