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欧美日韩开辟新战场,固态电池赛道,我国跑慢了吗

编前:在 " 双碳 " 目标背景下,全球汽车业纷纷涌入新能源赛道,而固态电池正在成为这一赛道上的重要选手。

数据显示,今年前 10 个月,国内新能源汽车产销分别完成 256.6 万辆和 254.2 万辆,同比均增长 1.8 倍。同期,国内动力电池装车量累计 107.5 吉瓦时(GWh),同比上升 168.1%。

随着新能源汽车及动力电池市场的增长,性能与安全性更好的固态电池成为车企争先布局的新技术。" 欧美日韩都在加大固态动力电池的布局,均已制定了国家战略,加大政府和民间的投入,并且组建跨行业的产业联盟,意在新一代动力电池领域抢占制高点。"中国电动汽车百人会副理事长董扬表示,欧美日韩加大固态动力电池的研究,绝不是因为液态电解质锂离子电池技术不能满足新能源汽车发展要求,而是因为我国已占得部分先机,他们希望在新一代电池领域挽回劣势。我国动力电池发展现状究竟如何?

欧美日韩抢先布局 政府大手笔扶持

固态电池的全球竞争中,欧美日韩从企业到政府都在大力支持固态电池技术研发与产业布局。

11 月 22 日,荷兰 3D 固态电池初创公司 LionVolt 宣布完成 400 万欧元(约合人民币 2874 万元)的种子轮融资。至此,该公司今年的总融资额已超 500 万欧元(约合人民币 3592 万元)。

对于固态电池布局,欧美及日韩企业日益重视。" 如今的动力电池领域,市场竞争更多体现为技术竞争,固态电池也是如此。今天的布局,就是为了抢占明天的市场份额。"长三角研究院新能源应用技术研究中心研究员梁筱磊向《中国汽车报》记者介绍,欧美日韩相关企业都在紧锣密鼓进行布局。

在欧洲企业中,宝马近来深化与美国固态电池公司 SolidPower 的合作,再投 1.3 亿美元(约合人民币 8.3 亿元)用于固态电池技术研发,并计划于 2022 年装车测试,2025 年前推出固态电池原型车,2030 年前用于量产车。大众集团也正与美国固态电池公司量子科技(QuantumScape)密切合作,先后投资 3 亿美元(约合人民币 19 亿元),计划 2025 年量产固态电池。戴姆勒与加拿大魁北克水电公司合作开发固态电池,并在德国开始建设欧洲最大规模动力电池工厂。

美国车企中,福特也投资了美国固态电池公司 SolidPower,希望获得稳定的固态电池供应。通用汽车的固态电池研发项目,获得了美国能源部 910 万美元(约合人民币 5815 万元)拨款。

在日韩企业中,丰田已经在实验室制成续驶里程超过 1000 公里、15 分钟可充满的固态电池,且正在概念车上测试。丰田还与松下合资成立固态电池公司,其计划在 2025 年量产搭载固态电池的电动汽车。韩国现代已先后向美国全固态电池企业 SolidPower 和 SolidEnergySystem(SES)投资;而韩国电池供应商 SKI 近日也向 SolidPower 投资 3000 万美元(约合人民币 1.9 亿元),获得了 SolidPower 的固态电池相关技术及生产工艺的使用权。

不仅是企业,政府及地区组织也对固态电池给予了大力支持。" 国外政府、机构对固态电池也是高度重视。"西北工业大学新能源应用技术研究中心研究员于冬生向《中国汽车报》记者谈到,在欧洲,德国政府投资 10 亿欧元(约合人民币 72 亿元)支持固态电池技术研发与生产,并支持建立动力电池研发联盟,聚焦固态电池技术开发。目前,包括德国瓦尔塔迈科电池公司、巴斯夫、福特德国公司、大众汽车集团等都自愿加入这一联盟。欧盟还批准了欧洲固态电池投资专项计划,由欧盟多国共同出资 32 亿欧元(约合人民币 230 亿元),同时从私人投资商中筹集 50 亿欧元(约合人民币 360 亿元),用于发展固态电池。

美国能源部今年 10 月宣布为 26 个实验室项目提供 2.09 亿美元(约合人民币 13 亿元)的资金,开发固态电池及快充技术。日本政府计划为固态电池提供数千亿日元规模的研发补助资金。韩国政府决定将在未来 5 年投资 300 亿韩元(约合人民币 1.6 亿元)用于支持开发全固态电池。

国家层面的重视,是技术与产业发展重要的助推器。" 尽管目前对于下一代电池的认识并不统一,但欧美认为,固态电池就是锂离子电池的终极形态,因此出炉了多项固态电池发展规划。"深圳先进技术研究院新能源创新技术中心研究员胡丰林向《中国汽车报》记者表示,继欧盟推出《电池 2030 规划》及《2030 电池创新路线图》后,近来芬兰也发布了《2025 年国家电池战略》。今年 6 月,美国发布《美国锂电池 2021-2030 年国家蓝图》,对固态电池发展作出部署。

日本的下一代电池规划中,将固态电池与氢燃料电池作为扭转当前日系动力电池市场份额落后的抓手。韩国制定了《"K 电池 " 国家战略》,明确了发展固态电池的重要价值。" 这些来自政策、资金等方面的支持,都表明了各国对于发展固态电池竞争的高度重视。" 胡丰林认为。

国内企业紧追不舍 技术路线有差异

在国内,多家电池及相关企业也在攻关固态电池。董扬指出,我国目前固态动力电池研究并不落后,在世界科学期刊发表文章数已居世界第一。当前,需要加强政府支持和指导、产学研合作、上下游合作和市场化产业链建设。

近日,国内相关企业的一系列动作,引发业界高度关注。" 国轩高科为国内某高端纯电动车配套半固态电池实现超 1000 公里的续驶里程,比第一代车型提高了 1 倍。"11 月 20 日,国轩高科董事长李缜的公开表态引发广泛热议。

巧合的是,此前,蔚来汽车掌门人李斌在介绍蔚来新款轿车 ET7 时也表示,ET7 搭载的是能量密度达 360Wh/kg 的 150kWh 半固态电池,续驶里程将超过 1000 公里。由双方发言要素的契合度,业内推测,为 ET7 供应半固态电池的或正是国轩高科。

而国轩高科正在积极筹备 2022 年为 ET7 配套量产半固态电池,在一定程度上也得到了证实。" 目前,半固态电池是在技术、工艺方面比较成熟的前提下可以快速实现产业化的方案。国轩高科原定 2025 年将半固态电池投放市场,但根据目前的进度判断,肯定会提前。"国轩高科工研总院常务副院长徐兴无告诉记者。

值得注意的是,2020 年 5 月,大众汽车 ( 中国 ) 投资有限公司宣布投资约 11 亿欧元(约合人民币 79 亿元),获得国轩高科 26.47% 股份并成为大股东。但是,大众入股国轩高科后,对国轩高科的三元锂电池似乎并不感兴趣,多次透露出推动国轩高科尽快提高磷酸铁锂电池能量密度并加速固态电池的研发。" 我们的努力,决定着大众的资金是否能到位,所以,只有加速研发。" 徐兴无向记者表示。

事实上,此前,蔚来 ET7 的电池供货商一直被疑为另一家电池企业清陶能源。" 清陶将发布的最新款固态电池,续驶里程可达 1000 公里,同时支持快充模式,充电 15 分钟可实现续驶 600 公里。"清陶能源董事长冯玉川如是介绍,该产品电池单体实测能量密度为 368Wh/kg。

对于清陶能源固态电池,业内也有推测。" 这应该也是半固态电池,因为全固态电池产业化有一系列技术难题全球都没有解决。" 一位不愿透露姓名的业内专家告诉记者,从能量密度和续驶里程指标上看,清陶能源固态电池与国轩高科的半固态电池十分接近。

在国内企业中,蜂巢能源、卫蓝新能源等电池企业都在开发半固态电池,蜂巢能源已经发布的 " 果冻电池 ",是一种半固态电池。而且,有鉴于目前动力电池市场需求增长迅速和全固态电池难以一时产业化等因素,国内多家动力电池企业都开始转向能更快实现量产的半固态电池。" 我们已放弃全固态电池技术研发,选择固液混合的半固态电池路线。"电池企业 SES 掌门人胡启朝所言,代表了部分情况类似的企业的现实选择。

目前,国内的动力电池企业结合自身及市场实际,都有着自己的选择。" 从企业层面看,国内主要有三种选择。"上海大学新能源产业创新研究中心研究员罗向群在接受《中国汽车报》记者采访时表示,一种是走半固态电池路线者,如浙江锋锂、卫蓝新能源等;另一种是选择全固态电池路线,如比亚迪已公布了固态电池相关产品计划,天际汽车与辉能科技签约固态电池供应合同等;三是选择 " 两条腿走路 ",兼而有之者,如国轩高科、蜂巢能源等。

中外企业相较,在技术路线选择上有所不同。" 目前欧美日韩大多数企业的研发目标依然是全固态电池,而国内部分企业选择半固态电池,更注重眼前的市场应用,也是为了适应国内车企的需求。"浙江大学新能源协同创新中心研究员林弘昌向《中国汽车报》记者谈到,这是出于不同的市场环境所作出的选择。

半固态电池或是突破口 3~5 年后有望产业化

近年来,在全球动力电池市场竞争中,中国企业累计所占市场份额名列前茅。" 固态电池可以做到既达到能量密度高,又具备重量很轻、很薄、体积小、柔性化的特点。"华东汽车新材料技术研究院研究员林澍文向《中国汽车报》记者谈到,理论上,固态电池正负极之间的距离可以缩短到几微米,由此,即使是脆性的陶瓷材料,在厚度薄到毫米级以下后也是可以弯曲并有柔性的,可以用在更多的电子产品上。他表示,从材料角度看,如果把 2010 年日产聆风应用的锰酸锂电池看作是第一代动力电池,目前的三元锂电池和磷酸铁锂等电池可以算作是第二代动力电池,续驶里程比第一代增加了 1 倍多。未来最优选的下一代动力电池,更多人认为是全固态电池。

但是,在技术路线上,中外企业仍有所不同。" 目前,在固态电池技术研发中,中外企业都有各自的技术路线。" 梁筱磊表示,虽然目前还没有国际通用的分类方式,但一般是按照固态电池电解质的不同,划分为三大技术路线,即聚合物、硫化物和氧化物,且各有短长。一是聚合物固态电池,其聚合物虽有较好的高温电导率,而在常温下其电导率不高;二是硫化物固态电池,硫化物电解质的综合性能较好,有比传统液态电解质更高的离子电导率,但却极易与空气中的水、氧气等发生反应产生碳化氢等有毒气体;三是氧化物固态电池,目前氧化物电解质依然不够稳定,但成本较低。" 因此,还有许多难题有待破解,而且国内外企业也有各自不同的路线选择。" 梁筱磊谈到,日韩企业多采用硫化物固态电解质技术路线;中国企业多以氧化物路线为主;欧美企业选择则呈多样化,如 SolidPower 主要走硫化物路线,QuantumScape 则选择了氧化物路线。

而在固态电池的材料、构造、加工等方面,依然存在技术难题。" 全固态电池预计最快也要 3 到 5 年后才能走向产业化。" 于冬生表示,目前的固态电池难题,一是存在固 - 固界面接触时,内阻较大,循环性能、倍率性能差等问题;二是加工工艺难度大,如硫化物固态电解质对生产环境要求苛刻,需要隔绝水和氧气,同时涉及薄膜沉积等与现有液态锂电池完全不同的生产工艺,大规模量产技术尚未解决;三是生产成本高,固态电池生产制造成本占比超 50%,而目前的液态锂离子电池生产成本仅为 20%~30%。

" 吃着碗里看着锅里 " 加快布局产业链

目前,全球业界的主流见解是将固态电池视为下一代电池主要技术之一,其自身的优势可以解决当前锂电行业安全和能量密度等问题。董扬指出:" 我们要在巩固锂离子电池优势的基础上,‘吃着碗里看着锅里’,给予固态电池研发足够的重视。"

在国内电池相关企业中,有多家企业公布了固态电池研发进度或量产时间表。得到一汽、蔚来、爱驰等车企支持的电池企业辉能科技,预计将在 2023 年进行试产,2024 年量产固态电池。而且,辉能科技的原型固态电池样品的能量密度达到 383Wh/kg,而且还有进一步提升空间,整体性能会优于半固态电池。

与此同时,清陶能源总投资 55 亿元的宜春固态动力锂电池项目一期工程,规划固态电池产能 10GWh,其中一期产能 1GWh,二期产能 9GWh。卫蓝新能源的 1GWh 固态电池产线即将建成,计划 2026 年后将形成产能 20GWh。赣锋锂电与东风公司合作,第一代半固态电池产品能量密度达 280Wh/kg,第二代固态电池基于高镍三元正极、含金属锂负极材料,能量密度超过 350Wh/kg。

这轮投资、扩产为固态电池量产 " 上车 " 奠定了基础。" 从目前的动力电池技术看,固态电池具有良好的发展前景,这也是吸引众多企业纷纷新建或扩充产能的原因。" 胡丰林表示,固态电池一旦进入大规模量产,其成本可以降至目前锂离子电池的 40% 左右。

近年来,国内对固态电池的政策支持力度也在不断加大。2020 年 11 月,国务院办公厅印发的《新能源汽车产业发展规划(2021~2035 年)》中,明确要求 " 加快固态动力电池技术研发及产业化 "。据预测,2020~2030 年我国固态电池出货量将高速增长,至 2030 年或将突破 250GWh。到 2030 年,我国固态电池市场空间或将达到 200 亿元,较 2020 年实现百倍增长。

英国专业电池研究机构法拉第研究所预测,到 2030 年,在交通运输领域内,固态电池的应用占比将达到 5%;到 2040 年,其份额将稳步上升至 30%。法拉第研究所还表示,当前行业对固态电池的研发是长期的,或与高风险相伴,但也有可能获得高回报。

道路曲折,前途光明,似乎是所有科学技术进步的规律。" 对于中国企业而言,或许起步相对较晚,但技术创新的关键是事在人为,固态电池亦是如此。" 林弘昌认为。

文:赵建国 编辑:陈伟 版式:赵方婷

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