固態電池風口，誰在吹牛，誰是真牛？

時間:2021-02-23 10:09來源:汽車之家 作者:肖瑩
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       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？
 
       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。基于不同技術體系的固態電解質材料，各具優勢和挑戰。
　　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、規模化生產技術不成熟等問題。
 
　　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。”
 
　　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在一次采訪中自信的表示。
 
　　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。
　　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。
 
　　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。
 
       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。
 
　　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。
 
       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，規模化成本可控以及供應鏈配套成熟的問題。
 
　　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。
 
(責任編輯：子蕊)
文章標簽： 電池 固態電池
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