隨著1月1日延續(xù)13年的“國(guó)補(bǔ)”正式落幕，新能源汽車開(kāi)始走向與燃油車正面較量的局面。
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而面對(duì)資歷深厚的燃油車，因仍存在續(xù)航和安全等問(wèn)題，被消費(fèi)者戲稱為“電動(dòng)爹”的電動(dòng)汽車，對(duì)于動(dòng)力電池“能量密度、安全性”的提升需求也變得更為迫切。
“續(xù)航焦慮”和“安全焦慮”下，被押注為動(dòng)力電池重要迭代方向的固態(tài)電池，卻因面臨重重難題，短期量產(chǎn)無(wú)望，作為“過(guò)渡”選擇的半固態(tài)電池便成為眼下備受關(guān)注的新型電池之一。
2022年，半固態(tài)電池上車消息頻傳。趕在年底12月，搭載行業(yè)首個(gè)量產(chǎn)裝車半固態(tài)電池的東風(fēng)嵐圖追光正式開(kāi)售，開(kāi)啟半固態(tài)動(dòng)力電池商業(yè)化應(yīng)用。也意味著為其提供電芯和模組的孚能科技也實(shí)現(xiàn)半固態(tài)產(chǎn)品量產(chǎn)裝車。
此外，近期，固態(tài)電池初創(chuàng)企業(yè)衛(wèi)藍(lán)新能源，以及鋰電池龍頭國(guó)軒高科也紛紛宣布半固態(tài)電池預(yù)計(jì)2023年量產(chǎn)。
裝車潮迫近
早在2016年比亞迪就已經(jīng)確定固態(tài)電池為未來(lái)發(fā)展方向的基調(diào)，也讓固態(tài)電池開(kāi)始走進(jìn)更多人的視野。
2021年，在國(guó)內(nèi)蔚來(lái)、比亞迪車企進(jìn)一步公布相關(guān)布局，以及國(guó)外福特與寶馬宣布向美國(guó)固態(tài)電池企業(yè)Solid Power擴(kuò)大出資等事件集中催化下，固態(tài)電池的概念可以稱得上“一夜爆火”。
有意思的是，當(dāng)年年初，蔚來(lái)宣布將在2022年發(fā)布的ET7上搭載全新研發(fā)的固態(tài)電池。但在蔚來(lái)股票因此大漲后，蔚來(lái)卻改口稱，之前介紹的固態(tài)電池，其實(shí)是半固態(tài)電池。
2022年初，類似劇情再次上演。彼時(shí)，東風(fēng)方面宣稱，首批50輛東風(fēng)風(fēng)神E70固態(tài)電池車在江西新余完成交付，這批固態(tài)電池由東風(fēng)與贛鋒鋰業(yè)合作開(kāi)發(fā)。
東風(fēng)在宣傳稿中稱，這批固態(tài)電池車是全球首個(gè)固態(tài)電池車示范運(yùn)營(yíng)項(xiàng)目，率先打響了固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化第一槍。后來(lái)，在投資者的追問(wèn)之下，贛鋒鋰業(yè)最終表示東風(fēng)E70裝車的電池是半固態(tài)電池。
就在兩次“含糊其辭”被“真相”后，半固態(tài)電池的推進(jìn)才逐漸變得“光明正大”。2022年，半固態(tài)電池的量產(chǎn)裝車的消息也明顯增多。
目前，布局半固態(tài)動(dòng)力電池的企業(yè)基本上是鋰電鏈企業(yè)，以及電池新勢(shì)力企業(yè)。包括“鋰業(yè)雙雄”贛鋒鋰業(yè)、天齊鋰業(yè)，動(dòng)力電池龍頭孚能科技、國(guó)軒高科；以及脫胎于中科院物理研究所的衛(wèi)藍(lán)新能源，清華大學(xué)南策文院士團(tuán)隊(duì)創(chuàng)辦的清陶能源。
近期，東風(fēng)嵐圖追光開(kāi)售，開(kāi)啟了半固態(tài)電池的商業(yè)化。根據(jù)官方資料，追光搭載的半固態(tài)電池，可以實(shí)現(xiàn)580km的續(xù)航里程。在超長(zhǎng)續(xù)航里程和超高補(bǔ)能效率的基礎(chǔ)上，具備不冒煙、不漏液、不起火的安全保障。
為嵐圖追光的半固態(tài)電池提供電芯和模組的是專注于三元軟包技術(shù)路線的孚能科技。孚能科技近日也表示，半固態(tài)電池產(chǎn)品已經(jīng)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)裝車。此外，裝備公司產(chǎn)品的奔馳EQS在歐洲市場(chǎng)也開(kāi)始接受訂單。
雖然孚能科技與東風(fēng)聯(lián)手的半固態(tài)電池在商業(yè)化搶先一步，但目前1000公里半固態(tài)電池第一棒的懸念更為外界關(guān)注。
近期衛(wèi)藍(lán)新能源宣布車規(guī)級(jí)固態(tài)電池正式下線，這款計(jì)劃在蔚來(lái)ET7電動(dòng)車型上搭載續(xù)航里程1000公里的半固態(tài)電池，電池包容量150KWh，能量密度360Wh/kg，并預(yù)計(jì)2023年量產(chǎn)。
國(guó)軒高科也表示，高安全半固態(tài)電池，單體能量密度達(dá)360Wh/kg，配套車型的電池包電量達(dá)160KWh，續(xù)航里程超過(guò)1000km，同樣預(yù)計(jì)2023年批量交付。
此外，清陶能源在2022年6月披露第一代產(chǎn)品是半固態(tài)電池，能量密度最高，達(dá)420Wh/kg。
眾多公司的密集表態(tài)中，讓半固態(tài)電池量產(chǎn)迫近的感覺(jué)愈加強(qiáng)烈。
財(cái)經(jīng)網(wǎng)從衛(wèi)藍(lán)新能源內(nèi)部人士，以及其他業(yè)內(nèi)人士了解到，半固態(tài)電池目前已經(jīng)具備產(chǎn)業(yè)化的條件，2023年量產(chǎn)的可能性非常大。
據(jù)了解，目前材料端，已經(jīng)有瑞泰新材、當(dāng)升科技、容百科技、恩捷股份等表示切入半固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)鏈。
瑞泰新材表示，部分產(chǎn)品已作為固態(tài)電解質(zhì)或添加劑進(jìn)入固態(tài)電池客戶供應(yīng)鏈；高鎳龍頭容百科技表示，2022-2025年，衛(wèi)藍(lán)新能源將向公司采購(gòu)固態(tài)鋰電正極材料產(chǎn)品不低于3萬(wàn)噸；當(dāng)升科技此前也宣布，清陶能源承諾2022年-2025年期間向其采購(gòu)總量不低于3萬(wàn)噸固態(tài)鋰電正極材料。
有分析人士指出，若以1GWh電池對(duì)應(yīng)1500噸正極材料用量計(jì)算，當(dāng)升、容百兩家各3萬(wàn)噸正極材料或有望實(shí)現(xiàn)約20GWh的電池總產(chǎn)量。
此外，有業(yè)內(nèi)人士透露，半固態(tài)電池的生產(chǎn)設(shè)備基本上可以與鋰電兼容，固態(tài)用的基本上都是傳統(tǒng)的生產(chǎn)線，只需新增加一條隔膜的生產(chǎn)線。
半固態(tài)隔膜方面，業(yè)內(nèi)也有通過(guò)合作方式推進(jìn)解決的案例。
財(cái)經(jīng)網(wǎng)了解到，衛(wèi)藍(lán)新能源與隔膜龍頭恩捷股份已經(jīng)合資建立了溧陽(yáng)的熱涂覆隔膜生產(chǎn)線。“一家不掌握技術(shù)，一家不掌握設(shè)備，這是雙方合作的意義所在。”有業(yè)內(nèi)人士評(píng)價(jià)。
不會(huì)沖擊現(xiàn)有鋰電產(chǎn)業(yè)體系
依據(jù)電解質(zhì)分類，鋰電池可分為液態(tài)、半固態(tài)、準(zhǔn)固態(tài)和全固態(tài)四大類，其中半固態(tài)、準(zhǔn)固態(tài)和全固態(tài)三種目前統(tǒng)稱為固態(tài)電池。
但半固態(tài)電池對(duì)當(dāng)下主流液態(tài)鋰電池并不具有顛覆性創(chuàng)新。
半固態(tài)電池正極和負(fù)極基本延續(xù)了當(dāng)前的鋰電技術(shù)路線。正極材料適合高鎳三元，為了緩解充電發(fā)熱造成不能快充的問(wèn)題，以單晶鎳成分為主；為了支撐起更高的能量密度，負(fù)極向克容量更高的硅碳方向發(fā)展，有碳化硅、氧化硅，還有在人工石墨中加入相應(yīng)的硅的成分。
而半固態(tài)電池最核心的技術(shù)是電解質(zhì)。“電解液加入了各個(gè)企業(yè)核心的專利研發(fā)技術(shù)，即添加劑成分，使電解液中溶劑的含量大幅度減少。”一位業(yè)內(nèi)人士表示，“添加劑的成分是商業(yè)機(jī)密。”
有業(yè)內(nèi)人士透露，目前電解液方面走在前端的有衛(wèi)藍(lán)新能源。
據(jù)衛(wèi)藍(lán)新能源研發(fā)人員介紹，其半固態(tài)電池采用了原位固態(tài)化技術(shù)，通過(guò)化學(xué)和電化學(xué)反應(yīng)，使液態(tài)電解質(zhì)部分或全部地轉(zhuǎn)化為固態(tài)電解質(zhì)，能夠解決在循環(huán)過(guò)程中固態(tài)電解質(zhì)和正負(fù)極材料如何保持良好接觸的難題，可以綜合平衡電芯充到高電壓、安全性、鋰枝晶析出以及體積膨脹控制等要求。
此外，相較于全固態(tài)電池完全不用隔膜，半固態(tài)電解質(zhì)在有效阻隔正負(fù)極接觸方面仍有失效風(fēng)險(xiǎn)，所以如前文提到，半固態(tài)電池也仍需要隔膜。不過(guò)，上述人士表示，對(duì)于當(dāng)前的隔膜企業(yè)來(lái)說(shuō)，也只是限于技術(shù)更新。
結(jié)構(gòu)方面，半固態(tài)電池外殼基本上都是采用軟包形式，用鋁塑膜來(lái)代替鋁殼以及鋼殼結(jié)構(gòu)件。
值得一提的是，半固態(tài)電池使用軟包，就會(huì)在結(jié)構(gòu)創(chuàng)新層面少了很多像現(xiàn)在這種方形圓柱結(jié)構(gòu)創(chuàng)新的提升。
對(duì)此，上述人士分析，選擇軟包可能是一些電池新勢(shì)力企業(yè)對(duì)于電池生產(chǎn)線投資的考量。“少了4道激光焊接工序，對(duì)于一個(gè)一條電芯生產(chǎn)線來(lái)說(shuō)，可以說(shuō)少投資了30%，一個(gè)Gwh按照目前的均價(jià)來(lái)說(shuō)，投資在4個(gè)億，一下至少節(jié)省投資了1個(gè)億以上。”
東興證券表示，半固態(tài)電池商業(yè)化應(yīng)用，不會(huì)對(duì)現(xiàn)有鋰電產(chǎn)業(yè)體系形成太大沖擊。
動(dòng)力電池終極方案？
“能量焦慮”和“安全焦慮”是目前消費(fèi)者對(duì)于電動(dòng)汽車望而卻步的主要原因，而固態(tài)電池被重視也正是因?yàn)檎辛水?dāng)前主流鋰電池的兩大痛點(diǎn)。
特斯拉推出的4680電池被認(rèn)為是目前市場(chǎng)上已裝車的能量密度最高的動(dòng)力電池，該電池能量密度為約300Wh/kg，而這已經(jīng)接近鋰離子電池的理論性能極限。
相比之下，美國(guó)航空航天局最新研發(fā)的固態(tài)電池，能量密度高達(dá)500Wh/kg。全固態(tài)電池最大潛力值更是高達(dá)900Wh/Kg。
近年，電動(dòng)汽車的自燃事件屢現(xiàn)報(bào)端，而固態(tài)電池不可燃、無(wú)腐蝕、不揮發(fā)、不漏液、耐高溫的固態(tài)電解質(zhì)取代電解液、電解質(zhì)鹽與隔膜，徹底解決可燃性液態(tài)有機(jī)電解液導(dǎo)致的自燃風(fēng)險(xiǎn)。
2019年，固態(tài)電池就已經(jīng)基本被認(rèn)定成了電池方面未來(lái)發(fā)展的大方向。國(guó)外以日產(chǎn)、豐田、本田等為代表的汽車企業(yè)，以及國(guó)內(nèi)寧德時(shí)代、比亞迪等動(dòng)力電池巨頭均在布局。
不過(guò)，由于全固態(tài)電池仍面臨工程技術(shù)、產(chǎn)業(yè)化等問(wèn)題難以攻克，短期量產(chǎn)無(wú)望。
在這樣的背景下，半固態(tài)電池本來(lái)是作為一種過(guò)渡路線成為一些企業(yè)的選擇。但隨著全固態(tài)電池進(jìn)展緩慢，甚至有國(guó)外企業(yè)Fisker宣布放棄固態(tài)電池計(jì)劃，“半固態(tài)電池就是動(dòng)力電池的終極方案”的觀點(diǎn)便開(kāi)始“嶄露頭角”。
但據(jù)財(cái)經(jīng)網(wǎng)了解，至少?gòu)哪壳皝?lái)看，即便是裝車量產(chǎn)的半固態(tài)電池也仍面臨許多問(wèn)題。
首先就是成本依然沒(méi)有低于液態(tài)鋰電池。一位衛(wèi)藍(lán)新能源人士對(duì)財(cái)經(jīng)網(wǎng)透露，目前半固態(tài)電池的成本比高鎳三元鋰電池稍微高一些。具體高多少，該人士表示不好說(shuō)。
據(jù)2022年6月關(guān)于半固態(tài)的一份會(huì)議紀(jì)要透露，當(dāng)時(shí)半固態(tài)電池每瓦時(shí)的成本大概是高鎳811電池（高端三元鋰電池，正極材料的鎳鈷錳比例為8:1:1）的1.7-2.3倍。“終極成本應(yīng)該是在傳統(tǒng)811電池的0.7倍左右。但整個(gè)行業(yè)的正負(fù)極材料還在高位狀態(tài)，它的價(jià)格兩年之內(nèi)我認(rèn)為可能不會(huì)下降。”會(huì)議上有人士表示。
這也是目前公布的半固態(tài)電池應(yīng)用端只是在商用車，以及E70這些高端車型，無(wú)法應(yīng)用經(jīng)濟(jì)車型的原因，而這無(wú)疑限制了半固態(tài)電池的市場(chǎng)空間。
不容置疑，半固態(tài)電池相較于液態(tài)鋰電池的安全性和能量密度確實(shí)有了很大提高。
真鋰研究院研究員墨柯對(duì)財(cái)經(jīng)網(wǎng)透露，“曾經(jīng)聽(tīng)一個(gè)整車廠老總說(shuō)安全性有可能提高80%、90%以上。”目前宣布計(jì)劃量產(chǎn)裝車的半固態(tài)電池，能量密度也大多在300-360Wh/kg。
但值得注意的是，半固態(tài)電池并不是目前提升安全性和能量密度的唯一路線。
寧德時(shí)代就選擇了另外的路徑，被美國(guó)《時(shí)代》周刊評(píng)為2022年度最佳發(fā)明的麒麟電池，就是基于高鎳三元的液態(tài)鋰離子電池，通過(guò)電池包的層面設(shè)計(jì)和技術(shù)改進(jìn)，提高電池安全性和能量密度。
麒麟電池能量密度可達(dá)255Wh/kg，實(shí)現(xiàn)整車1000公里續(xù)航；首創(chuàng)電芯大面冷卻技術(shù)，使麒麟電池?fù)Q熱面積擴(kuò)大四倍，可實(shí)現(xiàn)全化學(xué)體系的熱穩(wěn)定、熱安全提升，將于2023年量產(chǎn)上市。
此外，正負(fù)極材料沒(méi)有大變化的情況下，只靠電解液和隔膜，也是無(wú)法完成半固態(tài)電池到固態(tài)電池的跨越進(jìn)化。
“做全固態(tài)電池，能量密度就要有一個(gè)很大的提升，負(fù)極要換成金屬鋰，但只要有電解液就不能用金屬鋰。”中國(guó)電池產(chǎn)業(yè)研究院院長(zhǎng)吳輝對(duì)財(cái)經(jīng)網(wǎng)表示，“現(xiàn)在半固態(tài)電池還處于一個(gè)比較尷尬的情況。”
有分析指出，由于國(guó)外企業(yè)想要彎道超車，超越中國(guó)鋰電池，因此海外企業(yè)對(duì)于固態(tài)電池的推進(jìn)力度更大，也有可能率先進(jìn)行量產(chǎn)。而國(guó)內(nèi)企業(yè)也在進(jìn)行大量的固態(tài)電池技術(shù)儲(chǔ)備，但短時(shí)間內(nèi)還是液態(tài)電池還是主流，尤其優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)能還處在供不應(yīng)求的階段。
據(jù)了解，目前，全固態(tài)電池還不具備量產(chǎn)條件，綜合國(guó)內(nèi)外多數(shù)觀點(diǎn)，預(yù)計(jì)要2030年才能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)，最快2026年能實(shí)現(xiàn)小規(guī)模量產(chǎn)。
