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国内车企真的需要固态电池吗?

对车企来说,存活在实验室阶段的固态电池技术,更像是一笔“风险投资”。
2024-07-31 14:02 · 微信公众号:车百智库  小刚   
   

今年以来,固态电池概念持续火爆,国内外各大车企、电池供应商、科研院所的技术竞争持续升温。

可以说,固态江湖有任何风吹草动,几乎都会刮起一阵市场热论,或者资本风暴。

更何况,最近,固态电池领域的消息实在让人目不暇接。

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大战一触即发

7月18日,四川*固态电池创新产业园项目在宜宾市启动,总投资额高达95亿元。据悉,该项目主要建设4GWh高安全电池生产线、30MWh全固态电池小试线。

随着我国政府和企业在全固态电池领域加大投入,固态电池相关技术不断取得突破。宁德时代于7月16日获得的一固态电池实用新型专利授权显示,这一专利申请号CN202420873452.X的电池测试模具及电池测试装置,可分为夹持件和压紧件两部分,夹持件可装载固态电池粉体,压紧件可复制夹持件来进行操作。

几乎在宁德时代获上述专利的同时,特斯拉也公开了一则固态电池专利信息。该专利显示,其研发团队用新材料将电池循环寿命提升了10%,原理为富锰正极材料中加入苏打粉(碳酸钠),用掺杂金属离子的方法改善材料结品性和稳定性,减少溶出和析出,降低电压衰减。

除特斯拉,大众汽车7月11日宣布,将大幅提高与美国初创公司QuantumScape开发的固态电池的产量,目标是将这项技术引入更多车辆。据悉,大众汽车的电池部门PowerCo已与QuantumScape达成协议,以实现QuantumScape下一代固态锂金属的工业化电池技术。

此外,美国固态电池厂商Factorial于今年6月初宣布,将向其开发合作伙伴梅赛德斯-奔驰提供下一阶段的固态电池B样品。“这是世界上*个(宣布的)向全球汽车 OEM 提供的固态电池单元 B 样品。”Factorial方面称。

量产方面,7月3日,国内头部电池企业欣旺达透露,公司预计可以在2026年将聚合物体系的全固态电池成本降至2元/Wh,与半固态电池成本接近,这也是欣旺达首次对外详细公开在全固态电池上的进展。同日,宁德时代在接受调研时表示,公司在全固态电池上持续坚定投入,技术处于行业*水平,2027年有望实现小批量生产。

在稍早前的未来汽车先行者大会上,智己汽车联席CEO刘涛透露,上汽集团与清陶能源联合研发的光年固态电池将于今年10月实现量产上车。在此之前,广汽集团表示,其自主研发的全固态电池技术并将于2026年量产搭载于广汽昊铂高端车型,能量密度超过400Wh/kg,续航里程将超过1000公里。长安汽车2023年业绩说明会上,长安汽车董事长朱华荣表示,集团研发的半固体电池将于2026年年底上市。

据不完全统计,除上汽、长安及广汽外,蔚来、赛力斯、哪吒等车企也宣布了半固态电池装车量产计划。动力电池厂商方面,宁德时代、清陶能源、中创新航、蜂巢能源、辉能科技、赣锋锂业、亿纬锂能、国轩高科、比克电池、欣旺达、力神电池等均公布了各自固态电池的上车计划。

中金公司研报认为,2024年为半固态/固态电池装车元年,蔚来、上汽、广汽已发布固态电池方案并部分实现装车,其余车企有望持续跟进;而海外电池厂商LGES、三星SDI等亦加速推进固态电池布局,计划2027—2028年量产全固态电池。

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固态电池为何让车企疯狂?

不同于目前主流的锂离子电池和锂离子聚合物电池,固态电池的*特点就是使用了固体电极和固体电解质。

从液态到固态,区别看似不大,却有研发者直呼“全固态电池的开发难度堪比攀登珠穆朗玛峰”。那么,固态电池研发到底难在哪儿?

难就难在固态电解质的设计。

目前,研发最深入、*前景的固态电解质可分为三类:氧化物、硫化物和聚合物。但是,无论哪一种,都有着或稳定、或性能上的缺陷,很难找到符合要求的材料。

广泛存在的固-固界面、电池内部的电化学反应等问题,都严重影响着固态电池的使用寿命和安全性。并且,由于固态电解质具有脆性,在生产中极可能出现破损。这就对固态电池的组装工艺也提出了要求。

最重要的是——成本。要知道,即使是蔚来ET7所搭载的150kWh的半固态电池,其造价也接近了30万元。而从目前实验室中公布的数据推算,全固态电池组造价很可能在200万元以上。这样的价格自然无望工业化。因此,尽管实验室中已经取得了一系列进展,但无论从技术还是成本上来说,固态电池的量产还有一场攻坚战要打。

那么问题来了,既然固态电池要上车这么难,为什么还要去搞?

无他,只因固态电池击中了目前纯电动汽车的核心痛点。

先说续航。目前,固态电池的能量密度能够达到400Wh/Kg左右,远超液态锂电池的能量密度上限。并且随着技术的进步,这个数字还会进一步提升。这就意味着同体积下更长的续航里程。目前的固态电池,已经可以轻松实现1000+公里的续航里程。而且固态电池不存在电解液凝固的问题,冬天的续航能力也同样出色。可以说,如果固态电池真的得到量产,一直困扰电动汽车的续航问题将迎刃而解。

再说令很多人对电动汽车望而却步的安全问题。不论是磷酸铁锂电池还是三元锂电池,都因其有机液态电解质的易燃性和高腐蚀性,存在着严重的自燃风险。而采用固态电解质的固态电池就可以很好地进行规避。

固态电池的快充能力也是一大亮点。由于固态电解质中离子的移动速度更快,固态电池具有更高的离子导电性,充电速度相对于液态锂电池也就要优秀很多,充电10分钟就能跑800公里。

除了续航、安全和充电速度方面表现优秀外,固态电池更具有体积更小、循环寿命更强等优点,可谓是电池界的“六边形战士”。

面对着这样一款解决了电动汽车绝大多数问题的电池,哪个厂商会不心动?可以说,固态电池如果能够工业化量产,那就真没燃油车什么事儿了。

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国内车企真需要固态电池吗?

车企们的拉锯战,本质上也加速了固态电池的研发速度。

目前,国内以市场驱动为主,尚未出台固态电池补贴政策,所以,短期仍大概率聚焦半固态电池技术,同时布局硫化物路线。

目前,包括卫蓝新能源、清陶能源等厂商,也包括传统锂电子电池企业如宁德时代、赣锋锂业、比亚迪等,均在硫化物、氧化物和聚合物电解质路线上有布局。

此外,车企绑定电池厂共同研发成为布局固态电池技术的一种主流方案,但现在处于*地位的仍是海外车企。

其中日系车企布局较早,受政策驱动,与电池企业共同研发;欧美车企则通过投资初创企业进行布局。

海外整体布局*一大原因,是因为凭借大额补贴能抢先押注全固态电池技术。

比如日本车企和电池厂共同研发的体系支撑,当地政府资金扶持力度超2千亿日元(约100亿元人民币),力争 2030年实现全固态电池商业化,能量密度目标500Wh/kg。

韩国政府提供税收抵免支持固态电池研发,叠加动力电池巨头联合推进,目标于2025-2028年开发出能量密度 400Wh/kg的商用技术,2030年完成装车。

欧洲国家中德国研发布局投入*。美国由能源部出资,初创公司主导研发,并与众多车企达成合作,目标在 2030年达到能量密度500Wh/kg。

强大的性能诱惑之下,即便克服固态电池技术困难重重,但总会有人躬身入局啃硬骨头。

所以,业内关注固态电池最新进展,还需要将眼光更多瞄向中日韩等国。

目前,电池仍占一辆新能源车成本的大头部分,约为30%左右,是车企们控制利润率时的首要考量因素。

根据全球能源智库RMI公司日前发布的一份研究报告表示,电池成本在未来几年可能会大幅下降。报告认为,自从1991年以来电池产量每增加一遍,其平均成本下降19%。所以,随着时间推移,电池成本将不断下降。

如若固态电池有一天技术与成本达到“Scaling Law”时刻,性能得以大幅提高,那一定不会仅作为高端车型的“享用品”,而是能搭载到更多中低端车型上做到技术平权。这既是车企们的期待,也是消费者的期待。

只是,各家车企们搭载的都是半固态电池,平均真实续航里程在600km/h左右。即便如此,但已经有某几家车企对外宣传最高续航可达700km/h。

国家863电动车重大专项动力电池测试中心原主任王子冬认为,固态电池量产的时间在5年内的窗口实现是有难度的。他表示,2026年前全固态电池量产的可能性非常小。

宁德时代一位研发工程师也认为,固态电池现在要突破的技术难点比较多,电解质、负极材料、界面、生产工艺方面都亟待解决。目前也有很多学者专家都在研究这个问题,这些问题不可能在短时间里得到解决。

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结语

为追求技术上的差异摆脱内卷局面,某种程度上,固态电池的象征意义已经大于实际意义。对车企来说,存活在实验室阶段的固态电池技术,更像是一笔“风险投资”。

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