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固態電池風口,誰在吹牛,誰是真牛?

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  [汽車之家 行業]  銷售額為0,市值超過1000億元,這不是神話,而是一家美國固態電池企業Quantum Scape(簡稱QS)創造的奇跡。

  這家企業在2020年11月借殼上市,登陸美國紐交所,股價最高時,市值一度超過3000億元,被股民稱為電池領域的一支妖股。

  QS為何如此受資本追捧?固態電池的時代來了嗎?產業化真實進展究竟如何?

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■ 資本狂歡的背后

  鋰電池是打開電動車時代大門的鑰匙。

  自2008年鋰電池應用于新能源汽車以來,動力電池的能量密度已經由最初的100Wh/kg提高到250Wh/kg。當前技術體系下,動力電池能量密度無法一直提升,能量密度和安全是博弈的兩端。

  這兩年,頻發的電動車起火事故正敲響警鐘,動力電池能量密度正在迫近極限。行業普遍認為,300Wh/kg的能量密度將是液態電解質鋰電池的天花板。

  而固態電池正是打破限制,讓電池能量密度、安全性更上一層樓的關鍵。QS高市值的背后,是市場對下一代動力電池技術的期待。

  這家成立于2010年的初創公司,得到了大眾集團、上汽集團、大陸集團和比爾·蓋茨等優質資本的支持,被認為是最接近量產的固態電池創新企業。

  固態電池核心技術難點在于電解質。

  電解質是鋰離子傳輸的重要媒介,對電池性能至關重要。目前,市場上主流的固態電池按電解質的不同可分為三種類型:聚合物、硫化物和氧化物;诓煌夹g體系的固態電解質材料,各具優勢和挑戰。

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  其中,氧化物材料的柔韌性比較差,界面接觸較差,會導致界面阻抗增加;聚合物則存在著導電率過低的問題,比現在液態電解質的導電率低4-5個數量級;硫化物固態電池則面臨電解質對空氣敏感、制造條件苛刻、原材料昂貴、規;a技術不成熟等問題。

  QS聲稱,他們已經解決了電解質難題。2015年左右,QS發現了一種可以規避上述種種弊端的材料,并花費5年時間來研究如何有效生產這種材料。按照QS的表述,這種材料已經被生產出來,從根本上解決了阻礙固態電池商業化的基礎科學難題。

  目前,QS以擔心被競爭對手竊取為由,拒絕詳細透露其固態電解質材料。

  盡管如此,電池專家、前特斯拉聯合創始人J.B. Straubel給予了QS極高的評價:“Quantum Scape有機會重新定義電池行業。”

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  然而,想重新定義電池行業不止QS一家。在這場角逐中,傳統電池巨頭、車企、初創電池企業都牟足了勁。

  行業普遍分析,2025年將是固態電池真正落地的關鍵時間點。從公開透露信息來看,有三家企業表態最為強勢,除了QS以外,另外兩家分別為輝能科技和豐田汽車。

搶灘2025

  爭奪最早落地時間點,QS將量產時間定在2024年,并表示將與大眾集團成立合資企業生產固態電池,并為其電動車供應電池。

  今年1月,QS公司在社交媒體上披露,其固態電池產品能量密度超過1000Wh/L,完成近1100次的循環測試,仍可保持80%以上的容量。

  “我們是第一個解決固態問題的人,沒有其他固態系統可以接近這個”,QS創始人Jagdeep Singh在一次對話中自信的表示。

  輝能科技正在直面挑戰這份自信。這是一家來自中國臺灣的創新公司,稱其技術要領先QS七年。

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  不同于QS對電解質技術的保守,輝能科技透露,其選擇的技術路線是氧化物體系,正極和負極則同QS一樣,分別采用三元材料和金屬鋰。

  輝能科技表示,其原型電池已經制造出來,質量能量密度達到383Wh/kg,體積能量密度為1025Wh/L,循環測試可以做到500次。

  關于量產計劃,輝能科技也與QS相近,預定在2023年進行試產,2024年量產。與輝能科技公開合作的企業有4家,一汽、天際、蔚來以及愛馳。

  從兩家企業公布的信息來看,產品性能、量產時間都非常接近。輝能科技叫板QS是噱頭還是實力?還有待觀察。目前,能明顯看出輝能科技領先的部分,是其生產線的建設進程。

  輝能科技已經確定在浙江杭州的青山湖科技城選址建廠,該項目計劃總投資380億元,累計產能7GWh,預計今年6月前完成1GWh的產線建設。

  按照輝能科技的說法,其本身技術準備和驗證已經問題不大,后續主要解決產線建設以及供應鏈體系成熟的問題。

  固態電池的量產需要經歷實驗室-小試-中試-量產等環節。輝能科技認為,其他企業多數處于小試、中試階段,而其本身已經走到規模量產階段。

  同時,這家狂傲的企業判斷,豐田汽車在固態電池領域的布局要遠快于QS等其他企業,但也與之有四年的差距。

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  豐田是業內公認在固態電池領域最有實力的玩家之一。追溯其布局時間來看,豐田最早提出相關動態是在2008年,與固態電池初創企業Ilika展開合作。

  2014年,豐田宣布其正在進行固態電池開發工作,并擁有最多的技術專利。2017年,豐田宣布與松下攜手,表示雙方將在固態電池研發方面進行長期且深入的合作。

  圍繞動力電池領域的合作,豐田與松下還成立了一家合資公司Prime Planet Energy&Solutions Inc.,前后者持股比例為51:49。這家合資公司在2020年4月份開始運營,現在有大約5100名員工。

  豐田采用的是硫化物技術路線,原本計劃在2020年東京奧運會展示固態電池研發成果。受疫情影響,不得不將計劃推遲到2021年。

  盡管沒有透露具體數據,豐田表示,已經按照計劃成功制造出固態電池的樣品,且安裝到概念車上,希望成為全球首家量產搭載固態電池汽車的廠商,計劃于2021年推出原型車,2025年左右開始量產。

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■ 改良技術競賽

  從三家領跑的企業來看,普遍將固態電池量產時間設定在2025年左右。而那些即將在2021年、2022年量產的說法從何而來?

  2021年1月,蔚來汽車在NIO Day上宣布,將在2022年發布一款單體能量密度達360Wh/kg的固態電池包產品。

  一石激起千層浪,炸出了幾家國內專注固態電池的初創企業,包括輝能科技、清陶能源、衛藍新能源等。查閱資料來看,這些企業都有近期量產固態電池的計劃。

  一位電池專家向《車市物語》透露,實際上,這幾家聲稱量產邊緣的企業均未達到全固態電池的水平。目前聲稱即將量產的企業,多數是傳統技術路線的改良,或為固液混合的產品。

  以輝能科技為例,其聲稱全固態鋰金屬電池,但電解質仍非100%的固態,而是90%的準固態。

  另外兩家初創企業的發展來看,清陶能源和衛藍新能源均在2016年成立,前者由清華大學團隊組建,后者依托中國科學院物理研究所,技術路線上也均采用氧化物固態電解質。

  清陶能源先后獲得北汽、上汽、廣汽等車企投資,并與合眾新能源達成合作,共同推進固態電池的研發與應用,雙方對新款哪吒U進行了近兩年的聯合研發和測試。

合眾汽車 哪吒U 2020款 520 U行

『哪吒U』

  2018年,清陶能源建成國內首條固態電池產線,主要投用于特種電源、高端數碼等領域。2019年7月,清陶能源年產10GWh固態鋰電池項目簽約在江西省宜春市。

  衛藍新能源則在北京房山與江蘇溧陽擁有兩大生產基地。溧陽工廠計劃生產無人機電池,產能設計2億瓦時,生產可5C連續放電的270Wh/kg混合固液電池。

  在動力電池領域,衛藍新能源完成了300Wh/kg以上高鎳三元正極的混合固態電池設計開發,循環壽命達到1200次以上。根據整車廠導入周期18-24個月考慮,這家公司表示,固態電池產品預計在2022年量產。

  不同于初創企業的孤注一擲,在競爭格局中,保持領先位置傳統電池巨頭們做好了兩手準備。一邊布局固態電池,一邊繼續挖掘液態電池的改良空間。

  傳統電池企業在不斷改善電池的封裝工藝,例如,比亞迪的刀片電池、蜂巢能源的疊片電池,寧德時代的CTC技術,以及特斯拉的4680無極耳電池。

  同時,也針對正負極材料進行改良,例如,摻硅補鋰,超高鎳電池等。所謂摻硅補鋰,就是通過提高負極中硅的含量,同時增加鋰的含量,以彌補因硅含量提升而導致的電池在充放電過程中鋰損耗的提高,進而提升電池性能。

  超高鎳電池則是進一步提高正極材料中鎳的含量,目前的高鎳電池是指NCM 811體系,后續還可能會出現鎳鈷錳比例為9:0.5:0.5的新一代電池。

  總體來看,在全固態電池真正到來之前,動力電池市場還將有一場圍繞改良技術展開的革命。

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寫在最后:

  在液態鋰電池時代,市場份額主要集中在中日韓等地的幾家電池巨頭手里,這些企業已經建立牢固的技術及資源壁壘,后來者幾乎沒有入局機會。

  固態電池時代的到來則打開了一個新通道,國內外創業公司都頻頻涌現。與此同時,也為車企重新掌握電池技術主動權帶來機會。

  一方面,豐田、特斯拉等企業在積極布局電池技術,另一方面,Quantum Scape、Solid Power、輝能科技、清陶能源、衛藍新能源等專注固態電池的初創企業開始嶄露頭角。

  初創企業快速發力,集中固態電池技術單點突破,但這些企業背后往往都有車企的身影。例如,大眾與QS、豐田與松下、寶馬與Solid Power等。

  相比之下,在釋放的固態電池技術的進展中,松下、寧德時代、比亞迪、三星、LG、SKI等頭部企業的聲音反而較弱,但這些企業在固態電池領域的布局也同樣不可忽視。

  巨頭們沒有過早釋放信息或許有兩方面考慮:一方面,這些企業瞄準的是全固態電池,技術成熟度還不夠,另一方面,作為電池領域的守擂者,這些企業也沒有那么快掀開底牌的必要。

  不論如何,從“液態”轉向“固態”,每一步都十分艱難。

  除了要解決基礎科學難題,固態電池量產還面臨著生產工藝、產品一致性保障,規;杀究煽匾约肮⿷溑涮壮墒斓膯栴}。

  全固態電池到來仍需5-10年,在此之前,動力電池還要經歷一個技術改良的過渡階段。(文/汽車之家 肖瑩)

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