歲末年初之際，固態(tài)電池“風云再起”。
1月2日，中國動力電池廠商國軒高科在投資者關系平臺上稱：半固態(tài)電池匹配客戶需求，預計今年批量交付。
剛剛過去的2022年末，關于固態(tài)電池的消息更是此起彼伏。12月30日，在廣州車展上，長安深藍方面表示：半固態(tài)電池已經(jīng)進入工程化研發(fā)階段，2025年將搭載整車應用。此前一天，孚能科技透露已有半固態(tài)產(chǎn)品實現(xiàn)量產(chǎn)裝車。
12月22日，美國固態(tài)電池廠商QuantumScape宣布，目前已經(jīng)將其首批24層原型固態(tài)電池交付汽車廠商，后續(xù)將會進行大量測試。12月15日，東風嵐圖首款轎車“追光”亮相，稱該車搭載行業(yè)首個量產(chǎn)裝車的半固態(tài)電池。
動力電池作為新能源汽車的“成本大戶”，是兵家必爭之地，而固態(tài)電池作為下一代電池技術的方向之一，是“必爭之地”中的“高地”。近期固態(tài)電池頻頻“冒頭”，看上去風口已經(jīng)打開。
在漢德基金2022年度投資人大會上，中國電動汽車百人會副理事長兼秘書長張永偉分享了對新能源汽車下半場發(fā)展機遇的諸多思考，指出固態(tài)電池等新一代電池的競爭格局遠未形成，各市場主體仍有新的發(fā)展機會。
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固態(tài)電池牛在哪？
動力電池從早期的鉛酸電池，到鎳氫電池，再到當前主流的鋰電池，已經(jīng)走過100多年的歷程，其中鋰電池大規(guī)模“上車”不過十余年。
近年來，隨著新能源汽車產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，產(chǎn)業(yè)界愈發(fā)認識到傳統(tǒng)液態(tài)鋰電池的極限所在，比如能量密度上限低，無法根除消費者的里程焦慮；整體電池質量大；低溫運行不暢、高溫環(huán)境下又存在安全隱患等等。于是，固態(tài)電池的呼聲日益強烈。
什么是“固態(tài)電池”？
從工作原理來看，固態(tài)電池與液態(tài)電池在本質上無異，兩者的核心區(qū)別在于電解質的形態(tài)。
當前主流的鋰電池主要包括正極材料、負極材料、電解液和隔膜等主材，因其電解質為液態(tài)，所以稱之為“液態(tài)電池”，而固態(tài)電池的電解質為固態(tài)，同時省去了隔膜。
固態(tài)電池之所以被認為是下一代電池的方向之一，是因為其在理論上完美避開了液態(tài)電池的所有痛點。
首先，固態(tài)電池能量密度更高。
科學界普遍認為，目前液態(tài)鋰電池能量密度上限區(qū)間為300-350Wh/kg，難以滿足350Wh/kg以上的高能量密度發(fā)展目標，而固態(tài)電池能量密度有望達到500Wh/kg。
其次，固態(tài)電池的安全性更高。
曾幾何時，新能源汽車自燃時常見諸報端，至今仍然是影響消費者購買新能源汽車的一個因素。動力電池的安全性即與液態(tài)電解質息息相關，而固態(tài)電池采用固態(tài)電解質，其具有絕緣性好、不易燃、不揮發(fā)的特點，可顯著提升安全性。
此外，固態(tài)電池的適用溫度范圍更廣，循環(huán)使用壽命更長。去年9月，哈佛大學團隊開發(fā)了一種新型固態(tài)鋰金屬電池，在實驗室中，該團隊的電池原型在生命周期內可循環(huán)超過1萬次，是普通液態(tài)電池循環(huán)次數(shù)的數(shù)倍之多。
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看似“風口”降至，實則“道阻且長”
如開篇所述，相關企業(yè)在動態(tài)電池領域動作頻頻，看上去固態(tài)電池的風口越吹越近，實際上固態(tài)電池特別是全固態(tài)電池，現(xiàn)階段仍然無法離開實驗室，規(guī)?；瘧?ldquo;道阻且長”。
2017年，美國電動汽車公司Fisker發(fā)布了一項固態(tài)鋰電池專利，稱只要充電1分鐘，便可續(xù)航800公里，一時引業(yè)界矚目。創(chuàng)始人Henrik Fisker更是放言，固態(tài)電池會在2023年量產(chǎn)，且價格只有傳統(tǒng)鋰電池的三分之一。
如今2023年已至，F(xiàn)isker早在2021年就完全放棄了固態(tài)電池，因為無法落地。“固態(tài)電池是一種這樣的技術，當你覺得已經(jīng)完成了90%，幾乎達到目標時，然后你意識到剩下的10%比前面的90%困難得多。”Henrik Fisker說。
衡量一款動力電池能否量產(chǎn)，主要有能量密度、充放電倍率性能、成本、安全性和循環(huán)壽命等指標。動力電池的實驗室研究成果，一般在某個階段可以取得一個或幾個指標上的重大突破，但必須同時滿足所有指標要求才能實現(xiàn)量產(chǎn)，難度極大。
就目前固態(tài)電池的技術現(xiàn)狀而言，中科院物理所研究員李泓曾直言，目前還沒有企業(yè)展示綜合性能及成本都能與液態(tài)鋰電池相媲美的大容量固態(tài)動力電池。
固態(tài)電池何時才能走出實驗室？產(chǎn)業(yè)界正在努力爭奪最早的落地時間。
投資了QuantumScape的大眾集團在2021年稱，預計固態(tài)電池投入使用的時間不會早于2025年。現(xiàn)代汽車宣稱將在2030年大規(guī)模生產(chǎn)固態(tài)電池汽車，寶馬集團則計劃在2030年前實現(xiàn)兩場。
擁有固態(tài)電池技術專利最多的豐田汽車，已經(jīng)屢次推遲固態(tài)電池上車，計劃2025年前實現(xiàn)全固態(tài)電池小規(guī)模量產(chǎn)，2030年前全固態(tài)電池要實現(xiàn)穩(wěn)定量產(chǎn)。
韓國動力電池廠商LG化學表示將在2025年至2027年間實現(xiàn)全固態(tài)電池商業(yè)化，但全球動力電池龍頭寧德時代在2021年曾公開表示，“3-5年內能做到車里的，都不是全固態(tài)電池”。寧德方面稱已經(jīng)可以做出固態(tài)電池的樣品，但是距離實現(xiàn)商業(yè)化還有很遠的路要走，預計到2030年才會面向市場推出。
綜合主流車企和電池廠商的表態(tài)來看，固態(tài)電池的量產(chǎn)時間基本在2030年前后。未來隨著技術進步，固態(tài)電池能否“早產(chǎn)”仍待觀察。
固態(tài)電池量產(chǎn)進度難料，半固態(tài)電池作為液態(tài)電池向全固態(tài)電池過渡的中間產(chǎn)品，正在成為相關企業(yè)卡位的焦點。
文章前面提到，國軒高科預計今年批量交付半固態(tài)電池產(chǎn)品，長安深藍表示半固態(tài)電池進入工程化研發(fā)階段，孚能科技透露已有半固態(tài)產(chǎn)品量產(chǎn)裝車。
早在2021年1月，蔚來汽車發(fā)布一款固態(tài)電池包，稱續(xù)駛里程將超過1000km，并透露搭載這種電池的車型預計2022年四季度交付。
業(yè)界短暫震驚之后發(fā)現(xiàn)，蔚來發(fā)布的所謂固態(tài)電池只是相對初級的半固態(tài)電池產(chǎn)品。而且，2023年都來了，蔚來尚未如期交付。
值得注意的是，半固態(tài)電池并非顛覆性創(chuàng)新，即使半固態(tài)電池實現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化應用，對現(xiàn)有液態(tài)鋰電池材料體系，也不會形成太大沖擊。
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中國“大干快上”？
雖然固態(tài)電池量產(chǎn)應用“道阻且長”，但作為下一代電池的攻關方向之一，中國產(chǎn)業(yè)鏈應當予以重視，這也是頂層設計的題中之義。
根據(jù)《中國制造2025》的相關要求，到2025年、2030年，我國動力電池單體能量密度需分別達到400Wh/kg、500Wh/kg，這顯然已經(jīng)超出了液態(tài)電池的“能力范圍”。
中科院院士、中國電動汽車百人會副理事長歐陽明高認為，要想實現(xiàn)2030年500Wh/kg的能量密度目標，固體電解質層面的突破是不得不走的必由之路。同時，《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021-2035年）》明確要求“加快固態(tài)動力電池技術研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化”。
此外，從國家產(chǎn)業(yè)競爭角度講，我國應當警惕日韓歐美試圖依靠固態(tài)電池在動力電池賽道上“超車”。
當前，中國在傳統(tǒng)液態(tài)鋰電池方面的競爭優(yōu)勢明顯，以寧德時代和比亞迪為首的動力電池廠商居于全球龍頭地位，全球動力電池裝機量排名前十的企業(yè)中，有六家來自中國。
在當前鋰電池技術競爭條件下，歐美日韓意識到已經(jīng)很難超越中國，于是寄希望于下一代電池，從而實現(xiàn)在車用動力電池領域“換道超車”。其中，日本尤其“野心勃勃”。
豐田自上世紀90年代起就推進固態(tài)電池的研究，從電池自身的結構到材料、制造工序擁有廣泛領域的專利。新能源汽車形勢愈演愈烈之際，日本自2017年更是起舉全國之力研發(fā)下一代電池，固態(tài)電池是其中主攻方向之一。
據(jù)日經(jīng)中文網(wǎng)報道，從自2000年至2022年3月底公開的固態(tài)電池專利數(shù)來看，豐田以1331件居首位，是第二名的3倍，而且日本企業(yè)壟斷了前3名，排名前十的企業(yè)中有六家來自日本。
歐陽明高指出，在固態(tài)電池領域，日本超前我們5年，“現(xiàn)在的全固態(tài)電池，如果從國家角度來講，肯定是日本最重視，做的最好、規(guī)模最大。日本有很大的國家計劃，分工也很細，我們現(xiàn)在研發(fā)全固態(tài)電池還屬于各自為政階段，沒有一個完整的國家計劃來推動。”
2021年1月，中國工程院院士陳立泉在中國電動汽車百人會論壇上，旗幟鮮明地指出：固態(tài)電池“大干快上”。
中國電動汽車百人會副理事長董揚也認為，以固態(tài)動力電池為代表的新一代動力電池，是未來的重要競爭領域，“我們需要吃著碗里看著鍋里，給予足夠的重視”。
當然，日本在研發(fā)和專利方面的優(yōu)勢，不必然意味著日本在固態(tài)電池領域的勝勢。
一方面，我國目前固態(tài)動力電池研究并不落后。董揚指出，在世界科學期刊發(fā)表文章數(shù)已居世界第一；另一方面，日本雖然在研發(fā)方面處于強勢地位，但考慮到中國具有全球最大的新能源汽車市場，中國有望未來在固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)化方面實現(xiàn)反超。