動(dòng)力電池行業(yè)迎來了新的變局。
1 月 9 日，在蔚來舉辦的 “2020 NIO Day”上，除了號稱是 “目前最先進(jìn)技術(shù)集成”的 ET7 正式亮相之外，還宣布搭載固態(tài)電池的蔚來 ET7 將會(huì)在 2022 年的第四季度上市，其能量密度達(dá)到 360Wh/kg，而在搭載固態(tài)電池后，蔚來 ET7 的一次充電續(xù)航里程可以達(dá)到 1000 公里以上。
不過，對固態(tài)電池的供應(yīng)商，蔚來創(chuàng)始人李斌三緘其口，只表示蔚來汽車與固態(tài)電池供應(yīng)商之間有著非常緊密的合作關(guān)系，且肯定是業(yè)內(nèi)最領(lǐng)先的企業(yè)。基于李斌的只言片語，外界猜想這家固態(tài)電池供應(yīng)商很可能是寧德時(shí)代。
但無論蔚來的固態(tài)電池供應(yīng)商是誰，固態(tài)電池都是新能源汽車發(fā)展過程中諸多難題的最優(yōu)解決方案，同時(shí)也是動(dòng)力電池行業(yè)中一個(gè)重要的發(fā)展方向。
一位動(dòng)力電池業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，固態(tài)電池將是下一代高性能動(dòng)力電池的技術(shù)制高點(diǎn)，“固態(tài)電池領(lǐng)域已經(jīng)進(jìn)入‘軍備競賽’階段，市場參與者眾多，車企、動(dòng)力電池企業(yè)、投資機(jī)構(gòu)、科研機(jī)構(gòu)等在資本、技術(shù)、人才三方面進(jìn)行博弈，不尋求改變必將出局。”
動(dòng)力電池江湖群雄畢至
動(dòng)力電池行業(yè)冷暖，與新能源汽車行業(yè)密不可分，而伴隨著新能源汽車市場逐步回暖，動(dòng)力電池行業(yè)的競爭也愈發(fā)激烈。
值得一提的是，動(dòng)力電池被譽(yù)為新能源汽車的 “心臟”，占整車成本的 30% 至 40%，也正因如此，動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)一度被認(rèn)為是汽車工業(yè)下一個(gè)時(shí)代的突破點(diǎn)，然而隨著政策降溫、外資品牌卷土重來，動(dòng)力電池行業(yè)也面臨著和新能源汽車行業(yè)一樣的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。
首先遭受到嚴(yán)峻挑戰(zhàn)的就是寧德時(shí)代。
1 月 13 日，韓國市場研究機(jī)構(gòu) SNE Research 公布了 2020 年全球動(dòng)力電池市場相關(guān)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)顯示，2020 年全球動(dòng)力電池在電動(dòng)車上的裝機(jī)量達(dá) 137GWh，同比增長 17%，其中寧德時(shí)代連續(xù)第 4 年奪得冠軍位置，全年裝機(jī)量達(dá) 34GWh，同比增長 2%。
對于動(dòng)力電池企業(yè)而言，裝機(jī)量決定了其市場地位，盡管寧德時(shí)代裝機(jī)量依舊保持優(yōu)勢，但從全球業(yè)務(wù)增量的漲幅來看，寧德時(shí)代的裝機(jī)增長率遠(yuǎn)低于全球增長率，毫無疑問，以 LG 化學(xué)、松下、SKI 為代表的日韓系動(dòng)力電池企業(yè)正在迅速擴(kuò)張中。
自 2013 年新能源汽車補(bǔ)貼政策正式出臺，與新能源汽車產(chǎn)業(yè)密切相關(guān)的動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)，一度迎來了高速的發(fā)展。
2015 年后，工信部推出《汽車動(dòng)力蓄電池行業(yè)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)》與《動(dòng)力電池生產(chǎn)企業(yè)目錄》等政策文件，日韓動(dòng)力電池企業(yè)被 “驅(qū)逐出境”，國內(nèi)動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展達(dá)到高峰期。
然而到了 2019 年 6 月，政策收緊、門檻提高、路線變動(dòng)，大批動(dòng)力電池企業(yè)經(jīng)歷掙扎期，最終消失。到了 2020 年，國內(nèi)動(dòng)力電池企業(yè)已縮減至 20 余家。
與此同時(shí)，對于中國市場這塊肥肉，外資動(dòng)力電池企業(yè)早已蠢蠢欲動(dòng)。2018 年以來，日韓動(dòng)力電池企業(yè)如三星 SDI、LG 化學(xué)、SKI 等開始加速 “反撲”中國市場，擴(kuò)建動(dòng)力電池產(chǎn)能，其中，三星 SDI 與 LG 化學(xué)的動(dòng)力電池工廠已經(jīng)建成投產(chǎn)，國內(nèi)動(dòng)力電池市場呈現(xiàn)中日韓 “三國殺”格局。
攻勢最猛的是 LG 化學(xué)，由于特斯拉上海超級工廠生產(chǎn)的 Model 3 系列使用的是 LG 化學(xué)的電池，因此不僅帶動(dòng)了 LG 化學(xué)飛速增長，也使得寧德時(shí)代遭受阻擊。2020 年第一季度，原來排名第三的 LG 化學(xué)一舉超越寧德時(shí)代，成為全球市占率第一的動(dòng)力電池企業(yè)。
與此同時(shí)，比亞迪也發(fā)起了進(jìn)攻。
2020 年 3 月，比亞迪發(fā)布刀片電池，開始向第三方車企供應(yīng)。王傳福稱，“在全面開放的大戰(zhàn)略下，比亞迪電池的獨(dú)立拆分已提上日程，并預(yù)計(jì)將在 2022 年左右進(jìn)行 IPO。”
事實(shí)上，刀片電池更多是對電池生產(chǎn)和加工工藝做了改進(jìn)，并未對材料及技術(shù)上進(jìn)行突破性革新。目前，電動(dòng)汽車通常使用的三元鋰電池與磷酸鐵鋰電池，兩者都屬于鋰離子電池，而能量密度最高的鋰電池為 260Wh/kg，業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為鋰離子電池能量密度已經(jīng)接近極限，很難突破 300Wh/kg。
下半場卡位戰(zhàn)已打響
一個(gè)不可置否的事實(shí)是，誰能在率先突破技術(shù)瓶頸，誰就能搶占下半場先機(jī)。
早在 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)》中，就已把加快固態(tài)動(dòng)力電池技術(shù)研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化被列為 “新能源汽車核心技術(shù)攻關(guān)工程”，將固態(tài)電池推升到了國家戰(zhàn)略層面。
近年來，豐田、日產(chǎn)雷諾、通用、北汽、上汽等國內(nèi)外主流車企都已開始加緊固態(tài)電池的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化布局，與此同時(shí)，清陶能源、LG 化學(xué)、麻省固能等電池企業(yè)也開始籌備建設(shè)固態(tài)電池產(chǎn)工廠，其中不乏已經(jīng)投產(chǎn)的固態(tài)電池產(chǎn)線。
相較于傳統(tǒng)鋰電池，固態(tài)電池具備能量密度更高、安全性更好、體積更小等諸多優(yōu)勢，被業(yè)界認(rèn)為是動(dòng)力電池的終極發(fā)展方向。
與鋰電池使用電解液作電解質(zhì)不同，固態(tài)電池技術(shù)采用鋰、鈉制成的固體玻璃化合物為傳導(dǎo)物質(zhì)。由于固態(tài)傳導(dǎo)物質(zhì)不具備流動(dòng)性，自然就解決了鋰枝晶的問題，而且還可以去掉中間的隔膜，以及為了保證穩(wěn)定性的石墨負(fù)極材料，節(jié)約了大量空間。這樣一來，就可以在電池有限的空間內(nèi)盡可能提升電極材料的占比，進(jìn)而提升能量密度。理論上，固態(tài)電池可以很容易做到 300Wh/kg 以上的能量密度，此次蔚來聲稱其使用的固態(tài)電池，就實(shí)現(xiàn)了 360Wh/kg 的超高能量密度。
上述業(yè)內(nèi)人士也認(rèn)為，這種電池將是邁向電動(dòng)化未來的重要一步。固態(tài)電池的能量密度有望達(dá)到目前鋰離子電池的兩至三倍，并且會(huì)比現(xiàn)在的電池更輕、壽命更長、也更安全。
安全，一直是籠罩在動(dòng)力電池行業(yè)上方的陰影。
2020 年，我國共實(shí)施汽車召回 199 次，涉及汽車 678.23 萬輛，其中新能源汽車召回 31 次，在新能源汽車召回中，動(dòng)力電池可能存在熱失控和自燃等安全隱患仍然是新能源汽車召回的主要原因。相比之下，固態(tài)電解質(zhì)最大的特點(diǎn)就是不易燃燒，從而在根本上改善新能源汽車的安全性。
豐田進(jìn)入固態(tài)電池領(lǐng)域極早。從 2004 年開始，豐田就已經(jīng)進(jìn)行了全固態(tài)電池的研發(fā)，并積累了第一手固態(tài)電池技術(shù)。2019 年 5 月，豐田展出其正處于試制階段的全固態(tài)電池樣品。根據(jù)豐田的規(guī)劃，計(jì)劃到 2025 年將固態(tài)電池能量密度提升到現(xiàn)有鋰電池能量密度的 2 倍以上，預(yù)計(jì)可達(dá)到 450Wh/kg。屆時(shí)，搭載固態(tài)電池的電動(dòng)汽車，續(xù)航里程將大幅提升，可與目前燃油車相媲美。
與此同時(shí)，北汽新能源也宣布完成對首臺搭載固態(tài)電池系統(tǒng)的純電動(dòng)樣車的調(diào)試。2020 年初，北汽新能源發(fā)布了 “2029 計(jì)劃”，其中包括以鋰離子電池、固態(tài)電池、燃料電池 “三位一體”的能源驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)建多元化能源體系。
對于這場即將而來的激戰(zhàn)，寧德時(shí)代也做出了相應(yīng)布局。
2020 年 5 月，寧德時(shí)代董事長曾毓群透露，真正的固態(tài)電池需要用金屬鋰作負(fù)極，這樣才能提高能量密度。寧德時(shí)代在持續(xù)對固態(tài)電池等技術(shù)進(jìn)行前沿研究和產(chǎn)品研發(fā)投入。
顯然，在動(dòng)力電池領(lǐng)域，一場基于固態(tài)電池的卡位戰(zhàn)已悄然拉開序幕，而基于固態(tài)電池的技術(shù)領(lǐng)先，將成為動(dòng)力電池領(lǐng)域的一道分水嶺。
固態(tài)電池仍面臨桎梏
根據(jù) SNE Researchd 的測算，2025 年我國固態(tài)電池市場空間有望達(dá) 30 億元，2030 年有望達(dá)到 200 億元。
盡管市場空間巨大，但擺在固態(tài)電池面前的有兩大難題，技術(shù)和成本。目前，全球固態(tài)電池中固態(tài)電解質(zhì)主要有三個(gè)材料體系，分別為聚合物全固態(tài)、氧化物全固態(tài)和硫化物全固態(tài)電解質(zhì)，而蔚來提到的固態(tài)電池實(shí)則是半固態(tài)電池，即液態(tài)電解質(zhì)和氧化物固體電解質(zhì)的混合。
從量產(chǎn)可能性角度看，固態(tài)電池確實(shí)可以很好地解決目前液態(tài)電池的安全性問題。然而，由于前兩個(gè)材料體系的電導(dǎo)率問題是一個(gè)理論問題而不是工藝問題，因此仍需要一定時(shí)間的研發(fā)投入加以解決，另外，硫化物體系的 “生產(chǎn)危害性”也暫時(shí)無法得到有效處置，且成本問題較大。
固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)化道路仍然障礙頻頻，想要真正享受固態(tài)電池的能量密度紅利，必須更換能量密度更高的鋰金屬負(fù)極體系，通過固態(tài)電池的安全性保障將其實(shí)現(xiàn)，其電池能量密度可達(dá) 500Wh/kg 以上。但這個(gè)難度仍然很大，固態(tài)電池的研發(fā)還處于實(shí)驗(yàn)室科學(xué)試驗(yàn)階段，距離產(chǎn)業(yè)化還比較遠(yuǎn)。
一個(gè)可以列舉的例子是，2020 年 3 月，哪吒汽車發(fā)布了一款搭載固態(tài)電池的新車型哪吒 U，據(jù)哪吒汽車透露，哪吒 U 計(jì)劃于去年 10 月份申報(bào)工信部公告，年底前量產(chǎn) 500 臺。然而截至目前，500 臺哪吒固態(tài)電池汽車仍不見蹤影。
不過，即便固態(tài)電池已經(jīng)具備了成熟的技術(shù)，批量投產(chǎn)還需要解決與液鋰電池的成本較量，李斌也曾表示，固態(tài)電池量產(chǎn)的難度在于成本過高，成本問題是固態(tài)電池技術(shù)商業(yè)化的最大挑戰(zhàn)。
從本質(zhì)上講，續(xù)航里程與使用成本 (整車與更換電池成本)目前仍是電動(dòng)車的薄弱環(huán)節(jié)，任何新技術(shù)的成功都必須同時(shí)解決這兩大問題。據(jù)推算，同樣采用石墨負(fù)極的固態(tài)電池總成本為 158.8$/kWh，要比 118.7$/kWh 的液態(tài)電池總成本高出 34%。
整體來看，固態(tài)電池仍處在過渡階段，技術(shù)和成本難題亟需破解。盡管如此，對于動(dòng)力電池行業(yè)而言，固態(tài)電池仍是下半場卡位戰(zhàn)的必爭高地。
新一輪電池技術(shù)革命即將到來，誰也不想在下半場戰(zhàn)事中落于人后。
未來十年鋰離子電池和固態(tài)電池將持續(xù)升級
目前，新能源汽車主要裝配的電池是鋰離子電池，由石墨作為負(fù)極，然后磷酸鐵鋰或者三元或者鈷酸鋰做正極，電解質(zhì)是可燃的液體電解質(zhì)，容易引起安全憂慮。當(dāng)能量密度到了300瓦時(shí)/公斤時(shí)，就到了液態(tài)鋰離子電池的一個(gè)極限。因此，預(yù)計(jì)下一步一方面鋰離子電池會(huì)持續(xù)有新的研究與發(fā)展，另一方面或許就要發(fā)展固態(tài)電池或者說我們逐漸要過渡到全固態(tài)鋰電池。
一、鋰離子電池的升級換代
我們可以看到，現(xiàn)在性價(jià)比最好的動(dòng)力電池是磷酸鐵鋰，這就是為什么Model3等等這些都有用磷酸鐵鋰，因?yàn)槟壳暗牧姿徼F鋰性價(jià)比最優(yōu)，每個(gè)瓦時(shí)的單體電池已經(jīng)到了五毛錢以下的成本，還有沒有降的空間，擴(kuò)大規(guī)模是可以降的，但是我們可以看到動(dòng)力電池的材料還在一代一代地發(fā)展。
而三元電池正在往減鈷加鎳的方向發(fā)展，磷酸鐵鋰后面還有鎳錳酸鋰，鎳錳酸鋰它的優(yōu)點(diǎn)就是電壓高，相對于我們今天的金屬鋰來講是4.7V，拿石墨做負(fù)極，做電池做出4.5V電池，磷酸鐵鋰是3.2V，三元材料是3.6V，可以看到分別高40%和20%多。
同樣尺寸的一塊電池，你不用更換它的負(fù)極，也不用更換銅箔、鋁箔，也不用更換電解質(zhì)隔膜，把它的磷酸鐵鋰換成鎳錳酸鋰，電壓就升到4.5V，基本上容量可以保持不變，因?yàn)殒囧i酸鋰的比容量是130多mAh/g，磷酸鐵鋰是160左右，但是它的密度高。所以同樣的尺寸，容量基本上不變，電壓提升40%，也就是說它的能量可以提升40%。電動(dòng)汽車做到了今天的話，我們更關(guān)注的是電池的體積能量密度，而不再是比能量的。
另外，鈉離子電池或者也將成為一個(gè)發(fā)展方向。如果說全世界的車都用鋰離子電池來，全世界的電能都用鋰離子電池儲(chǔ)存的話，是根本不夠的。所以一定要考慮新的電池，鈉離子電池或許是首選。鈉離子電池中的鋰的含量相當(dāng)少，只有0.0065%，鈉的含量2.75%。我們以磷酸鐵鋰電池（鋰離子電池中最便宜的）作為一個(gè)對比，它每瓦時(shí)的原材料成本是3毛4，鈉離子電池的原材料成本每瓦時(shí)是2毛6，成本價(jià)格更有優(yōu)勢。
目前，有機(jī)構(gòu)的研究表明，6安時(shí)軟包裝鈉離子電池的能量密度達(dá)到了145瓦時(shí)/公斤，5C充/5C放是1C充/1C放容量的90%， 10C充/10放容量是1C充/1C放的70%，應(yīng)該說快充性能比鋰離子電池還好。它的循環(huán)性，1C充/1C放的循環(huán)性可以大于6000次，3C充/3C放可以到3000次，成績也是不錯(cuò)的。另外，它的高低溫性能，在高溫60度存放7天，容量有所下降，在常溫下可以很快恢復(fù)；充滿電以后在85度存放7天,容量降低后，在常溫下容量依舊可以恢復(fù)。從循環(huán)性上來講，鈉離子電池在80度的循環(huán)性還是相當(dāng)好，將近1000次容量保持78%。低溫性能來說，負(fù)40度還可以完成充放電。
二、固態(tài)電池面臨技術(shù)破壁機(jī)會(huì)
固態(tài)電池未來的十年是破壁的十年，全固態(tài)電池是最理想的模式。全固態(tài)電池跟固液態(tài)電池相比，實(shí)際上是革命性的東西。第一個(gè)階段，鋰離子電池固態(tài)、液態(tài)互相學(xué)習(xí)，固液態(tài)會(huì)得到很好的發(fā)展。第二個(gè)階段，全固態(tài)電池600-800瓦時(shí)/公斤，有更好的安全性，這個(gè)必然是革命性的。
2018年固態(tài)電池能量密度到了300瓦時(shí)/公斤，2019年也有生產(chǎn)基地建成。現(xiàn)在固態(tài)電池產(chǎn)品已經(jīng)供給無人機(jī)使用，電池安全性都通過了測試。它的原材料包括硅碳負(fù)極都在批量的生產(chǎn)，同時(shí)固態(tài)電池所需要的涂固態(tài)電解質(zhì)材料的隔膜也可以批量生產(chǎn)。
固態(tài)電池會(huì)擺脫對一些過渡金屬的依賴，制造方法也會(huì)隨之改變，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也發(fā)生創(chuàng)新。而且，固態(tài)電池不僅僅是指鋰離子電池，固態(tài)電池會(huì)走向金屬鋰電池，也不排除金屬鈉電池，也不排除空氣電池，所以十年破壁會(huì)有很好的機(jī)會(huì)。
因此，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，和市場不同層面的需要，相信不同種類，不同特性的電池都將根據(jù)自身特點(diǎn)不斷完善，配置應(yīng)用到合理的場景，并不斷的促進(jìn)電池技術(shù)的迭代升級。
來源：DoNews,中國汽車工業(yè)信息網(wǎng)
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