全固态电池商业化,纸上谈兵还是大力出奇迹?

汽车观察瑟驲 2024-05-30 02:29:43

2024年,固态电池成为新能源汽车领域又一热门话题,随着一项项关键技术的突破,多家电池厂商和汽车企业的全固态电池落地时间表浮出水面。商业化战略背后,是关注度与股价飙升,还是订单与真实力?

4月12日,广汽集团宣布全固态电池将于2026年装车,并率先搭载在昊铂品牌车型上;4月28日,宁德时代首次公布全固态电池研发和量产时间表,2027年实现全固态电池小批量生产;5月13日,搭载第一代光年固态电池的智己L6正式上市,成为行业首款量产上车的准900V超快充固态电池;5月24日,上汽集团宣布其全固态电池将于2026年实现量产……

截至目前,已经宣布固态电池量产计划的有上汽、广汽、长安、丰田、日产、宝马、本田、比亚迪、蔚来和小鹏等车企;与此同时,还有清陶能源、领新新能源、太蓝新能源、宁德时代、中创新航、赣锋锂业、孚能科技和国轩高科等电池厂商。

为何越来越多的企业加入到“固态电池大战”中?相比传统液态电池,固态电池有何优势?答案是:与传统液态电池相比,固态电池具有更高安全性、更大能量密度和更长使用寿命,被认为是动力电池的“终极形态”,也因此更符合时代发展需要和未来趋势。

自2022年以来,我国固态电池的研发和产业化已经取得了显著进展,半固态电池更是实现了经济学意义上的产业化。据预测,全球固态电池出货量至2030年将突破250GWh,中国固态电池出货量至2029年将超过100GWh;此外,2025年我国固态电池市场空间有望达到30亿元,2030年有望达到200亿元。

中日韩之争,三年后见分晓

从全球范围来看,中国、韩国和日本在全固态电池的研发上竞争激烈。尤其对于日韩企业来说,能否在新能源汽车时代重新夺回话语权,恐怕就在此一疫了。

在韩国企业中,三星SDI是最早计划批量生产全固态电池的公司。2024年3月5日,三星SDI正式宣布开发能量密度为900Wh/L的全固态电池,计划2027年实现量产。去年年底,三星SDI还专门成立了全固态电池商业化推进小组,推进量产线投资计划。

韩国政府也十分支持全固态电池的开发,其产业部计划2024-2028年,对包括全固态电池在内的三种电池研发项目投资1172亿韩元,不止电池公司,材料、零部件和设备企业也将参与其中,全面培育相关生态系统。

日本在全固态电池领域专利布局上优势明显,丰田、松下和出光兴产分列全球全固态电池前三大专利持有者,而且他们相互之间还有着长期且密切的商业合作。比如,为进一步取得领先地位,丰田与松下成立了合资公司,用以推进固态电池的研发和生产。

另外,日产去年年初宣布成功开发全固态电池,并正在着手建设固态电池生线,预计2025年开始试生产,2028年会生产一款由固态电池驱动的全新电动汽车;今年北京车展上,丰田副社长兼首席技术官中嶋裕树强调,丰田全固态电池会按照2027年量产计划持续推进,技术上已经没有问题,接下来的挑战是如何降本增效与大批量生产;本田则斥资430亿日元,在2024年春季开设了一条生产下一代固态电池的示范生产线。

而作为全球最大动力电池厂商,宁德时代在全固态电池商业化布局上则稍显保守与谨慎。宁德时代首席科学家吴凯表示,如果全固态电池的成熟度指标按照1-9数字排列,宁德时代目前成熟度为4,2027年将达到7-8且有机会实现小批量生产,但受成本等因素制约,大规模生产尚不能实现。

不难看出,2027年是中日韩全固态电池实现量产的重要时间节点,届时,谁将率先落地应用,谁就能为新能源汽车行业带来巨变,从而改写市场竞争格局。

全半之间,岂止一字之差

通常情况下,根据电解质液含量的不同,动力电池分为液态电池(10-25wt%)、半固态电池(5-10wt%)、准固态电池(0-5wt%)和全固态电池(0wt%)四大类。其中,半固态电池、准固态电池和全固态电池统称为固态电池。

比如,智己L6搭载的第一代光年固态电池,能量密度超过300Wh/kg,续航里程超过1000km。虽然不是液态,但却需要“润湿剂”辅助使用,且这一“润湿剂”的质量占比约为整个电池的10%,所以被视为半固态电池,不能算是全固态电池。

智己汽车第一代光年固态电池

当然,在上汽集团后来宣布的规划中,特意注明了全固态电池的量产时间:预计2025年开发第二代光年固态电池;预计2027年,实现第三代光年固态电池,即搭载全固态电池的智己新车实现量产。

目前,全固态电池技术路线主要包括聚合物、氧化物和硫化物三大类。国外企业如Solid Power、丰田和三星SDI等均选择硫化物技术路线,国内企业如卫蓝新能源和清陶能源等均选择氧化物技术路线。

广汽全固态电池模型

例如,广汽全固态动力电池采用的就是硫化物技术路线,即高面容量固态正极技术与第三代海绵硅负极片技术。能量密度超400wh/kg,电池容量达30Ah;在200℃热箱测试中不爆炸,在针刺、裁切、-78℃干冰环境和90℃高温热水浸泡等极端条件测试下,均能保持性能稳定;相比传统液态电池,综合制造成本有望降低35%以上。

而上汽全固态电池采用的则是聚合物技术路线,即聚合物-无机物复合电解质技术。能量密度有望提升至500Wh/kg(远超当前行业一倍以上),电池容量超过75Ah(远超当前行业10-15Ah);在针刺及200℃热箱场景下,能够确保电芯不起火不爆炸;从电芯端到PACK端单位成本,最多可降低40%。

在宁德时代看来,三种技术路线没有一种是十全十美的,相对而言,硫化物技术路线进展较快,率先实现量产的可能性更大,这也是宁德时代投入研发较多的技术路线。

“2030年左右,全固态电池产业化突破的可能性极大,我们要敲响警钟,我们要全力以赴,我们要只争朝夕,我们要有紧迫感。”今年2月,在中国全固态电池产学研协同创新平台(CASIP)成立仪式上,中国科学院院士欧阳明高发出了这样的呼吁。

在欧阳明高看来,全固态电池与半固态电池技术体系,绝非一字之差。对于半固态电池而言,传统材料体系与涂布、注液和化成等关键工艺工装有着相当大的继承性;而全固态电池与现有锂电材料、结构和制造工艺工装之间的差异更高,从零到一建立技术体系、供应网络和商业生态,难度之大可想而知。

正因如此,中国更需要在当下大力发展全固态电池,尤其在欧美日韩等发达经济体不约而同将全固态电池视为“弯道超车”的突破口时,中国除了“应战”已别无选择了。

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