2019年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)得主，鋰離子電池之父約翰·古迪納夫曾坦言：“在現(xiàn)如今的科學(xué)技術(shù)幫助下，鋰離子電池能量密度每年約增加7-8%的效率的速度，已經(jīng)完全跟不上時(shí)代的發(fā)展需求。”在他看來，在整個(gè)第三次工業(yè)革命之中，人類的發(fā)展在很大程度上受到了電池發(fā)展的掣肘和影響。倘若電池技術(shù)能夠出現(xiàn)新的突破，那么與之相關(guān)的所有技術(shù)都將出現(xiàn)爆發(fā)性的增長(zhǎng)。
現(xiàn)如今越來越多的人選用新能源汽車，電動(dòng)汽車就是其中最出名的一種。然而這類汽車面臨的最大問題就是，電池不給力!電池的續(xù)航能力以及提供的動(dòng)力都無法和汽油相提并論。倘若這個(gè)問題能夠解決，那么未來的汽車行業(yè)或許將發(fā)生天翻地覆的變化。
政策+技術(shù)，新能源汽車銷量加速提升
當(dāng)前，在政策引導(dǎo)和技術(shù)不斷優(yōu)化加持下，全球新能源汽車銷量與滲透率加速提升，發(fā)展前景十分廣闊。
公開數(shù)據(jù)顯示，今年1-9月，全球廣義新能源乘用車銷量達(dá)到621萬輛，其中插混、純電動(dòng)、燃料電池的狹義新能源車全球銷量達(dá)400萬輛，同比增長(zhǎng)196%，而中國市場(chǎng)新能源汽車同期累計(jì)銷量215.7萬輛，同比增長(zhǎng)185.3%。
申港證券預(yù)測(cè)，2021年中國新能源汽車銷量有可能突破300萬輛，同時(shí)全球電動(dòng)車銷量將突破600萬輛，同比增速達(dá)到74%;并有望在2022年和2023年度繼續(xù)保持65%以上的增速。到2025年全球新能源汽車占比預(yù)計(jì)突破50%。
動(dòng)力電池，新能源汽車核心部件
在此背景下，動(dòng)力電池作為新能源汽車核心零部件成為各方“勢(shì)力”搶先爭(zhēng)奪的戰(zhàn)略制高點(diǎn)。
目前，幾乎占據(jù)整個(gè)新能源汽車市場(chǎng)的兩大主流動(dòng)力電池技術(shù)是磷酸鐵鋰和三元鋰，而兩者市場(chǎng)之爭(zhēng)暗流涌動(dòng)，又各有所長(zhǎng)。
“磷酸鐵鋰電池制造成本較低，安全性高，但電池能量密度不夠高，續(xù)航里程較短;而三元鋰電池能量密度容量較大，續(xù)航里程較高，但成本略高，穩(wěn)定性較低，安全性提升空間較大。所以，續(xù)航焦慮、充電焦慮、安全擔(dān)憂是當(dāng)下新能源汽車比較集中緩解空間又受限的主要痛點(diǎn)。”資深汽車研究員張翔表示。但是，無論是磷酸鐵鋰還是三元鋰電池，鋰離子電池都存在一個(gè)安全問題：液體電解質(zhì)的可燃性。所以無論儲(chǔ)能或電動(dòng)汽車，想要安全首先要解決液體電解質(zhì)的可燃問題。
固態(tài)電池，新一代動(dòng)力電池
固態(tài)電池，業(yè)內(nèi)將其視作能夠解決行業(yè)痛點(diǎn)的新一代動(dòng)力電池。在對(duì)動(dòng)力電池的三大要求——安全性、能量密度和循環(huán)壽命方面，固態(tài)電池具備優(yōu)于傳統(tǒng)鋰離子電池的潛力。“電動(dòng)車電池技術(shù)向固態(tài)電池技術(shù)變遷是必然的，而電池就像燃油車的發(fā)動(dòng)機(jī)一樣，是車企未來的核心競(jìng)爭(zhēng)力，有必要提前布局重資投入。”汽車數(shù)據(jù)工廠創(chuàng)始人張曉亮表示。
中國電池工業(yè)協(xié)會(huì)副理事長(zhǎng)黃學(xué)杰在談“下一代動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)化之路”時(shí)曾表示，未來動(dòng)力電池技術(shù)，是全固態(tài)電池，這是革命性的技術(shù)，科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃新能源汽車專項(xiàng)希望通過原理創(chuàng)新開發(fā)出全固態(tài)電池，等下一代600Wh/kg的電池做出來時(shí)，動(dòng)力電池不僅僅能開汽車，也應(yīng)能夠滿足電動(dòng)飛機(jī)的動(dòng)力需求。
固態(tài)電池技術(shù)，車企未來的核心競(jìng)爭(zhēng)力
固態(tài)電池的發(fā)展備受業(yè)界的期待。固態(tài)電池更安全，成本也更低，很可能會(huì)是鋰離子電池的替代品，從而加速電動(dòng)汽車的普及。固態(tài)電池技術(shù)有可能將電動(dòng)汽車充電時(shí)間從數(shù)小時(shí)縮短至10分鐘左右。雖然固態(tài)電池在短期內(nèi)還無法實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，但并不影響各大企業(yè)對(duì)于固態(tài)電池技術(shù)研發(fā)進(jìn)程的加快!Bloomberg數(shù)據(jù)預(yù)計(jì)，2028-2035年，采用固態(tài)電池的電動(dòng)車將增長(zhǎng)37倍，而固態(tài)電池的成本將下降至40美元/KWh，甚至低于液態(tài)電池。
國外車企早已認(rèn)真開始與固態(tài)電池相關(guān)的研究和開發(fā)的動(dòng)向。
整車企業(yè)中，豐田已在固態(tài)電池領(lǐng)域研發(fā)布局多年。2008年2月，豐田與伊利卡達(dá)成合作，共同研發(fā)固態(tài)電池;2019年5月，豐田公司展出了處于試制階段的全固態(tài)電池樣品;2025年，豐田公司搭載硫化物固態(tài)電池的新能源汽車計(jì)劃量產(chǎn)，電量從0充電至100%僅需15min，能量密度達(dá)到450W·h/kg。
2022年開始，寶馬集團(tuán)計(jì)劃將SolidPower研發(fā)的100Ah固態(tài)電芯用于固態(tài)電池車規(guī)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試及其和整車的集成。寶馬計(jì)劃在2025年前制造出一款搭載固態(tài)電池的原型車，并在2030年將技術(shù)應(yīng)用于量產(chǎn)車。
福特的目標(biāo)是在2022年底前投入運(yùn)營，并計(jì)劃開發(fā)和制造鋰離子電池和固態(tài)電池。今年，寶馬和福特宣布向美國新創(chuàng)企業(yè)Solid Power擴(kuò)大出資，以擴(kuò)大其的生產(chǎn)能力，并將使Solid Power有望在10年內(nèi)，量產(chǎn)供應(yīng)電動(dòng)汽車所需固態(tài)電池。
2021年3月，大眾集團(tuán)公布了固態(tài)電池計(jì)劃。大眾集團(tuán)與美國固態(tài)電池公司Quantum Scape開展密切合作，不僅在2018年投資1億美元與其建立合資公司，還在2020年追加了2億美元投資。大眾集團(tuán)預(yù)計(jì)2025年之后就可以銷售固態(tài)電池車型。
2021年4月，現(xiàn)代汽車在電話會(huì)議上宣布正在開發(fā)固態(tài)電池，并計(jì)劃在2030年將首批采用該技術(shù)的汽車投入批量生產(chǎn)。早在2018年，現(xiàn)代汽車就已經(jīng)投資了Solid Power。2021年7月，據(jù)報(bào)道現(xiàn)代汽車公司向Solid Energy System(SES)投資1億美元，以確保下一代電池技術(shù)。
2021年10月，通用汽車在密歇根州沃倫設(shè)立威利斯電池創(chuàng)新中心，以加快鋰金屬和硅以及先進(jìn)電池等新技術(shù)的開發(fā)。通用汽車目前擁有2000多項(xiàng)與電動(dòng)汽車電池技術(shù)相關(guān)的專利，其中包括60項(xiàng)專利和商業(yè)秘密，以及46項(xiàng)未來電池發(fā)展重要領(lǐng)域的正在申請(qǐng)專利，如鋰金屬電解質(zhì)、正極、負(fù)極和粘合劑。
聚焦固態(tài)電池技術(shù)，多方聯(lián)合推進(jìn)
在電池研究方面，國內(nèi)企業(yè)雖不及歐美、日本等國起步早，但是市場(chǎng)參與者眾多，院所、車企、電池企業(yè)等密切合作，也推進(jìn)了固態(tài)電池裝車試驗(yàn)進(jìn)程。
11月9日，天津市捷威動(dòng)力工業(yè)有限公司與中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所共建的“固研先進(jìn)電池聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室”，在蘇州產(chǎn)業(yè)園區(qū)正式成立并舉行簽約揭牌儀式。聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室將聚焦固態(tài)電池的關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)、提升電池安全性能。此次也是雙方在已有“高比能電池安全性提升”合作基礎(chǔ)上的延伸和擴(kuò)展，表明了捷威動(dòng)力進(jìn)一步加大前沿電池技術(shù)布局及加速技術(shù)創(chuàng)新的決心。
“基于原位固態(tài)化的高能量密度電池，將在明年年底實(shí)現(xiàn)2GWh的量產(chǎn)。”中國科學(xué)院物理研究所研究員李泓，近期透露了衛(wèi)藍(lán)新能源的開發(fā)目標(biāo)，”這款電池的單體能量密度可以達(dá)到350Wh/kg，支持1000公里的續(xù)航。”盡管李泓所說的即將批量裝車的“原位固態(tài)電池”仍是一款半固態(tài)電池，但其高安全性和高能量密度的屬性，依然讓業(yè)界對(duì)半固體電池這一介于液體鋰電和固態(tài)電池的過渡產(chǎn)品充滿了期待。
“不僅是衛(wèi)藍(lán)，還有幾家企業(yè)也都會(huì)在明年實(shí)現(xiàn)GWh級(jí)(半固態(tài)電池)的量產(chǎn)。”在行業(yè)人士看來，雖然明年或?qū)⒊蔀榘牍虘B(tài)電池大規(guī)模商業(yè)化的“元年”，但真正意義上的固態(tài)電池才是行業(yè)共同努力的方向，“如果中期時(shí)間內(nèi)(10年左右)車用全固態(tài)電池技術(shù)將迎來突破性進(jìn)展和快速發(fā)展期，那么其將成為電動(dòng)汽車取代燃油汽車的制勝利器。”
此外，Sakuu公司的鋰金屬固態(tài)電池生產(chǎn)試驗(yàn)線已經(jīng)開始建設(shè)，將于2021年底前完成，投產(chǎn)后每年將能生產(chǎn)高達(dá)2.5兆瓦時(shí)的固態(tài)電池，大規(guī)模生產(chǎn)預(yù)計(jì)將在2022年進(jìn)行;浦項(xiàng)科技大學(xué)創(chuàng)建了一種“無死區(qū)”聚合物電解質(zhì)，從而加快離子傳輸速度，推進(jìn)全固態(tài)電池商業(yè)化。
固態(tài)電池，后鋰電時(shí)代的必經(jīng)之路
一場(chǎng)全球范圍內(nèi)的全固態(tài)鋰二次電池技術(shù)競(jìng)賽已經(jīng)開啟，雖然固態(tài)電池仍未實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化，但其作為“后鋰電時(shí)代的必經(jīng)之路”已是行業(yè)共識(shí)。隨著全球加快固態(tài)電池的研發(fā)、各國政策支持與商業(yè)組織的投入，固態(tài)電池的發(fā)展呈現(xiàn)出下列趨勢(shì)：
(1)固態(tài)電池被列入多國戰(zhàn)略規(guī)劃后，2021年或?qū)⒊蔀楣虘B(tài)電池市場(chǎng)的培育期，相關(guān)的產(chǎn)品規(guī)劃和研發(fā)投入將加劇;
(2)2022-2025年，企業(yè)致力于提升電池能量密度并逐漸向固態(tài)電池轉(zhuǎn)變，預(yù)計(jì)全固態(tài)鋰二次電池2023年前后開始進(jìn)入終端市場(chǎng)，隨著循環(huán)性、倍率、高低溫、安全性等綜合技術(shù)指標(biāo)的提升，逐步進(jìn)入電動(dòng)汽車市場(chǎng)，少部分高端動(dòng)車上將搭載固態(tài)電池;
(3)2026-2030年，隨著量產(chǎn)及技術(shù)突破，固態(tài)電池能量密度達(dá)500Wh/kg。成本追上液態(tài)鋰電池，迎來市場(chǎng)成熟期，2030年前后全固態(tài)電池可能將較為普及。
小結(jié)
隨著汽車四化深入發(fā)展，電氣化已經(jīng)成為全球汽車發(fā)展的一個(gè)重要方向。汽車電氣化飛速發(fā)展的背景下，作為上游產(chǎn)業(yè)鏈的電池供應(yīng)商們也迎來了水漲船高的利好市場(chǎng)。電池就像電動(dòng)車的心臟，我們堅(jiān)信固態(tài)電池將成為使新能源汽車更安全、性能更理想的關(guān)鍵技術(shù)。
參考來源：
中國經(jīng)營報(bào)、電池聯(lián)盟、財(cái)聯(lián)社、蝸牛工場(chǎng)、高工鋰電、第一鋰電網(wǎng)等
中國粉體網(wǎng)粉體大數(shù)據(jù)研究：《中國固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究報(bào)告2021~2022》
董昊旻，王軍雷等. 基于專利分析的豐田固態(tài)電池技術(shù)研究
杜莎. 固態(tài)電池步入“軍備競(jìng)賽”階段，大規(guī)模量產(chǎn)仍待工藝與成本突破
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