最近新能源汽車(chē)圈的“大亂斗”又升級(jí)了,上汽,廣汽、奇瑞,豐田、大眾、寶馬以及眾多二線(xiàn)電池廠商,都宣傳過(guò)自己的固態(tài)電池正在研發(fā)中,并且會(huì)在2025年上車(chē),實(shí)現(xiàn)充電10分鐘,續(xù)航輕松破千的夢(mèng)想。
按照這個(gè)參數(shù),可以說(shuō)一旦固態(tài)電池上車(chē),三元沉默、鐵鋰落淚、油車(chē)大氣都不敢出。
2025年電池行業(yè)和汽車(chē)行業(yè)真的會(huì)因固態(tài)電池洗牌嗎?
從現(xiàn)在的時(shí)間線(xiàn)來(lái)看,還是只聞樓梯響,不見(jiàn)人下來(lái)。各家產(chǎn)品已經(jīng)箭在弦上,但落地裝車(chē)還未到不得不發(fā),但對(duì)于不少二線(xiàn)廠商,固態(tài)電池已經(jīng)成了換道超車(chē)的良機(jī)。
01為什么需要固態(tài)電池?固態(tài)電池到底有哪些好
固態(tài)電池之所以備受期待,根本原因在于現(xiàn)在的電池技術(shù)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)未達(dá)到理想狀態(tài),所以光從汽車(chē)市場(chǎng)來(lái)看,對(duì)燃油車(chē)才未能形成徹底的碾壓之勢(shì),還需要借助插混/增程等過(guò)度路線(xiàn)。
同時(shí)在安全性方面,傳統(tǒng)液態(tài)鋰電池燃燒和爆炸事件時(shí)有發(fā)生。這主要是因?yàn)閭鹘y(tǒng)液態(tài)電池含有易揮發(fā)且燃點(diǎn)低的有機(jī)溶劑電解液,一旦發(fā)生泄露并與三元鋰材料接觸,便可能引發(fā)燃燒或爆炸。
其次,續(xù)航焦慮問(wèn)題依然存在。這種焦慮源自?xún)蓚€(gè)方面:一是續(xù)航里程不足,二是充電時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。即便目前技術(shù)已能實(shí)現(xiàn)10多分鐘快速充電和7、800公里的續(xù)航里程,但在長(zhǎng)途駕駛時(shí),焦慮感仍舊難以避免。
此外,電池體積龐大也是一個(gè)不容忽視的問(wèn)題。電池包通常安裝在座艙下方,這不僅侵占了乘坐空間,還影響了車(chē)輛的外觀設(shè)計(jì),使得許多電動(dòng)轎車(chē)側(cè)面顯得笨重。
然而,當(dāng)電解液和隔膜被固態(tài)電解質(zhì)取代后,這些問(wèn)題便可迎刃而解,這正是固態(tài)電池的顯著優(yōu)勢(shì)所在。
液態(tài)固態(tài)電池對(duì)比系統(tǒng)(圖源:鋰離子電池中枝晶鋰的形成機(jī)理與防治)
固態(tài)電池為何具有如此卓越的性能?那便是針對(duì)當(dāng)下的液態(tài)電池“對(duì)癥下藥、逐一解決”。
首先是安全性更高,原因在于固態(tài)電池采用固態(tài)電解質(zhì)替代了傳統(tǒng)液態(tài)電解液,從根本上消除了電池包破損和電解液泄露的風(fēng)險(xiǎn)。
除了外部破損,液態(tài)鋰電池還容易產(chǎn)生鋰枝晶,這些枝晶猶如電池內(nèi)部自行生成的“針”,一旦刺穿隔膜,連接正負(fù)極,就會(huì)導(dǎo)致電池短路,同樣可能引起電池燃燒和爆炸。
鋰枝晶示意圖(圖源:鋰離子電池中枝晶鋰的形成機(jī)理與防治)
而固態(tài)電池的電解質(zhì)不僅為固態(tài),而且具有足夠的硬度,能有效抑制鋰枝晶的生長(zhǎng),避免電池短路,從而全面提升安全性。
其次,固態(tài)電池的能量密度更高。得益于固態(tài)電池更穩(wěn)定的基礎(chǔ),工程師們得以更大膽地進(jìn)行設(shè)計(jì),例如采用富鋰錳基正極和金屬鋰負(fù)極等高能量密度材料。
與三元鋰電池相比,其電芯能量密度上限為300Wh/kg,而固態(tài)電池采用上述材料后,能量密度可輕松超過(guò)400Wh/kg,稍加努力甚至能達(dá)到5、600Wh/kg或更高。
固態(tài)電池能量密度(圖源:萬(wàn)聯(lián)電力)
因此,在固態(tài)電池的宣傳中,續(xù)航1200km被視為保守估計(jì),1500km是中等預(yù)期,而2000km也并非遙不可及。
此外,固態(tài)電解質(zhì)耐高溫性能更佳,這意味著它能承受更高的功率,只要充電設(shè)施能夠匹配,充電速度將大幅提升,從而實(shí)現(xiàn)充電10分鐘,續(xù)航1200km的愿景。
最后,固態(tài)電池的體積更小。在液態(tài)鋰電池中,電解液和隔膜占據(jù)了電池近65%的體積。而當(dāng)這些材料轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)后,隔膜的厚度可大幅降低至幾微米,電池體積亦可顯著減小。例如,三星固態(tài)電池的體積就比傳統(tǒng)液態(tài)電池減少了50%。
02全球押注技術(shù)路線(xiàn)之爭(zhēng)
固態(tài)電池有這么多優(yōu)勢(shì)和潛力,自然也成為各大工業(yè)國(guó)的“兵家必爭(zhēng)之地。
全球范圍內(nèi),有近百家企業(yè)在固態(tài)電池領(lǐng)域加速布局,遍布北美、歐盟、中國(guó)、日韓等多個(gè)國(guó)家和地區(qū)。固態(tài)電池主要分為半固態(tài)、準(zhǔn)固態(tài)和全固態(tài)三種類(lèi)型。
其中,全固態(tài)電池不含任何液體電解質(zhì),半固態(tài)電池的液體電解質(zhì)含量低于10%,而準(zhǔn)固態(tài)電池的液體電解質(zhì)含量則低于5%。
但目前實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的固態(tài)電池均為半固態(tài)電池,即其中仍含有不超過(guò)10%的液態(tài)電解質(zhì),而非完全的固態(tài)電解質(zhì)。
換句話(huà)說(shuō),固態(tài)了個(gè)寂寞,因?yàn)橹灰簯B(tài)電解質(zhì)存在,那么“絕對(duì)安全”的大旗就無(wú)法豎起來(lái),而固態(tài)電池生產(chǎn)成本的溢價(jià)也就無(wú)法被市場(chǎng)接受。
即使是半固態(tài)的產(chǎn)品,選擇材料方向上行業(yè)也并未達(dá)成一致。如果說(shuō)當(dāng)年鋰電池是磷酸鐵鋰與三元路線(xiàn)的雙雄對(duì)決,固態(tài)電池則是處于百花齊放的早期,各家都想趁機(jī)主導(dǎo)行業(yè)路線(xiàn)。
在過(guò)去,鋰電池的發(fā)展過(guò)程中,技術(shù)路線(xiàn)的爭(zhēng)論曾一度激烈。如今,固態(tài)電池領(lǐng)域也出現(xiàn)了技術(shù)路線(xiàn)的爭(zhēng)論,這可能會(huì)對(duì)未來(lái)行業(yè)格局產(chǎn)生影響。
比如按最近發(fā)布固態(tài)電池的鵬輝能源的劃分,目前固態(tài)電池主要有聚合物、氧化物、硫化物三種技術(shù)路線(xiàn),還有一種較為小眾的鹵化物路線(xiàn)。
固態(tài)電池技術(shù)路線(xiàn)(圖源:東吳證券)
第一種聚合物固態(tài)電池易于加工,與現(xiàn)有的液態(tài)電解液的生產(chǎn)設(shè)備和工藝較為兼容,但其電導(dǎo)率較低,在高溫下也容易發(fā)生起火燃燒現(xiàn)象,因不夠安全,上限低,已基本被淘汰。
第二種硫化物固態(tài)電池在三種材料體系中能量密度最高,但熱動(dòng)力穩(wěn)定性較差,且硫化物容易與空氣中的水、氧氣反應(yīng)產(chǎn)生硫化氫這種劇毒氣體。
第三種氧化物固態(tài)電池具有較好的穩(wěn)定性,但其電導(dǎo)率相對(duì)于硫化物來(lái)說(shuō)仍然偏低。
目前,歐洲電池廠商主要看好聚合物路線(xiàn),日韓廠商則傾向于硫化物路線(xiàn),而國(guó)內(nèi)企業(yè)更是全數(shù)覆蓋。
例如鋰電龍頭寧德時(shí)代、比亞迪、孚能科技等龍頭企業(yè)兩條路線(xiàn)并重,而衛(wèi)藍(lán)新能源、清陶能源、贛鋒鋰業(yè)、等廠商則更傾向氧化物路線(xiàn)。
國(guó)內(nèi)外企業(yè)在發(fā)展固態(tài)電池中存在的差異,和在液態(tài)電池時(shí)期國(guó)內(nèi)外電池廠商的技術(shù)積累、研發(fā)資源、市場(chǎng)策略、成本等多種因素造成。
畢竟對(duì)于西方國(guó)家來(lái)說(shuō),在液態(tài)電池路線(xiàn)中已經(jīng)滯后于我國(guó),必須“賭把大的”才能在將來(lái)有反敗為勝的機(jī)會(huì)。
固態(tài)電池量產(chǎn)時(shí)間(圖源:東吳證券)
至于未來(lái)硫化物和氧化物哪條技術(shù)路線(xiàn)將成為主流,但其實(shí)二者都有自身的價(jià)值,需要根據(jù)具體應(yīng)用場(chǎng)景來(lái)決定。也就是儲(chǔ)能和動(dòng)力電池的不同特征去區(qū)分。
儲(chǔ)能應(yīng)用對(duì)成本相對(duì)較為敏感,對(duì)能量密度的要求并沒(méi)有車(chē)用電池那么高,因此低成本方案可能會(huì)成為儲(chǔ)能領(lǐng)域的主流方案,例如聚合物路線(xiàn)。
在車(chē)用電池的應(yīng)用場(chǎng)景中,車(chē)用電池不僅追求高能量密度,還追求快速充電性能,這就需要較高的離子電導(dǎo)率。氧化物的離子電導(dǎo)率介于硫化物和聚合物之間,而硫化物的離子電導(dǎo)率是三者中最高的,但其成本也是最高的。
從目前國(guó)內(nèi)各廠商的布局來(lái)看,很少有企業(yè)只采用單一的電解質(zhì)路線(xiàn),大多數(shù)企業(yè)都采用復(fù)合路線(xiàn),例如聚合物復(fù)合硫化物,或者硫化物復(fù)合氧化物、氧化物復(fù)合聚合物,因?yàn)閱我坏碾娊赓|(zhì)各有優(yōu)缺點(diǎn),無(wú)法達(dá)到綜合性能的最佳。
但繁雜的技術(shù)路線(xiàn)導(dǎo)致了材料商、設(shè)備商也不得不各自站隊(duì),產(chǎn)業(yè)尚未形成合力來(lái)擴(kuò)大固態(tài)電池供應(yīng)鏈的規(guī)模,換句話(huà)說(shuō),行業(yè)急需站出幾位領(lǐng)頭羊來(lái)帶動(dòng)全局。
這就不得不看固態(tài)電池這件事,到底誰(shuí)參與的最積極了,可以說(shuō),二線(xiàn)電池廠,反而在此次變革中沖在了最前面。
03固態(tài)電池量產(chǎn)時(shí)間表 打擂臺(tái)和守擂臺(tái)之爭(zhēng)
固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)參與者眾多,布局趨向多元化。國(guó)內(nèi)固態(tài)電池參與者眾多,涵蓋了整車(chē)企業(yè)、電池廠商、固態(tài)電池初創(chuàng)企業(yè)、鋰電材料廠商等多個(gè)類(lèi)型,在固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)均有布局。
從固態(tài)電池的廠商派別來(lái)看,實(shí)際上可以分為“守擂者”和“打擂者”。
“守擂者”就是以寧德時(shí)代和比亞迪為代表的液態(tài)電池龍頭。
固態(tài)電池主機(jī)廠進(jìn)度(圖源:2024年中國(guó)固態(tài)電池行業(yè)市場(chǎng)前景報(bào)告)
例如寧德時(shí)代就曾依靠深入研發(fā)高鎳 NCM(鎳鈷錳)正極材料,使電池能量密度顯著提升,可達(dá) 240Wh/kg,在高端市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)奠定基礎(chǔ)。比亞迪更是憑借刀片電池和磷酸鐵鋰的低成本讓鐵鋰“起死回生”,占據(jù)動(dòng)力電池7成的市場(chǎng)份額。
曾經(jīng)他們依靠技術(shù)取得領(lǐng)先地位,自然也不想在下一代電池技術(shù)中成為下一個(gè)“諾基亞”。
而寧德時(shí)代作為“老大”自然是最積極的那個(gè)。在半固態(tài)電池技術(shù)中,寧德時(shí)代23年4月推出凝聚態(tài)電池,能量密度可高達(dá)500Wh/kg,并具備優(yōu)秀的充放電性能,24年已具備車(chē)規(guī)級(jí)量產(chǎn)能力,同時(shí)進(jìn)行航空級(jí)合作開(kāi)發(fā)。全固態(tài)電池技術(shù)中,寧德時(shí)代布局硫化物路線(xiàn),目標(biāo)27年小批量量產(chǎn)。
曾毓群在24年世界動(dòng)力電池大會(huì)表示,如果用技術(shù)和制造成熟度作為評(píng)價(jià)體系(1-9打分),寧德時(shí)代的全固態(tài)電池目前處于4的水平,對(duì)比全世界的情況,研究算是“領(lǐng)先一大步”,目標(biāo)是27年達(dá)到7-8的水平,實(shí)現(xiàn)小批量生產(chǎn)。
同時(shí)寧德時(shí)代在今年增加了對(duì)全固態(tài)電池的研發(fā)投入,已將全固態(tài)電池研發(fā)團(tuán)隊(duì)擴(kuò)充至超1000人,目前主攻硫化物路線(xiàn),近期已進(jìn)入20Ah樣品試制階段。
另一家巨頭比亞迪旗下的弗迪動(dòng)力則更加商場(chǎng)發(fā)揮拿手好戲“成本控制”。
弗迪動(dòng)力占據(jù)絕對(duì)成本比重的硫化物(或?yàn)榱蚧?鹵化物復(fù)合)固態(tài)電解質(zhì)降本計(jì)劃為到2027年硫化物成本較2024年降本效果實(shí)現(xiàn)15~20倍,2030年通過(guò)合成工藝改善及優(yōu)化,相較2027年在下降30%~50%,2033年通過(guò)規(guī)模化效率再降本約20%~30%。
量產(chǎn)時(shí)間表方面,計(jì)劃于2027年小批量產(chǎn),搭載于比亞迪高端車(chē)型作為示范項(xiàng)目,規(guī)模為1000臺(tái)左右。2030年為市場(chǎng)推廣期,預(yù)計(jì)將有4萬(wàn)臺(tái)車(chē)輛裝機(jī)全固態(tài)電池,并開(kāi)始下探到主流價(jià)格段的車(chē)型 。
這樣來(lái)看,主流大廠的時(shí)間表還是先等到2027年再說(shuō)量產(chǎn),2030年再說(shuō)推廣,2025年就是元年,那還是再等等吧。
而“打擂者”就是一些當(dāng)下的二線(xiàn)鋰電廠商和固態(tài)電池初創(chuàng)公司,因?yàn)樾枰?ldquo;守擂者”發(fā)起挑戰(zhàn),所以從量產(chǎn)時(shí)間上看更加大膽。
固態(tài)電池主機(jī)廠進(jìn)度(圖源:2024年中國(guó)固態(tài)電池行業(yè)市場(chǎng)前景報(bào)告)
例如清陶能源脫胎于清華大學(xué)材料學(xué)院,和上汽集團(tuán)綁定,固態(tài)電池分為三代產(chǎn)品,量產(chǎn)進(jìn)度相對(duì)較快。
其中半固態(tài)電池能量密度為320Wh/kg,已經(jīng)搭載上汽智己光年版車(chē)型,在今年10月已經(jīng)正式量產(chǎn)。全固態(tài)電池能量密度為400Wh/kg,走的富鋰錳+鹵化物/硫化物體系,計(jì)劃26年裝車(chē)驗(yàn)證,27年裝車(chē),比寧德時(shí)代和比亞迪都快。
再比如贛鋒鋰業(yè),2023年6月其半固態(tài)鋰電池就在賽力斯SERES-5上正式交付裝車(chē)。贛鋒鋰業(yè)一代固態(tài)電池能量密度可以做到260Wh/kg以上,二代固態(tài)電池產(chǎn)品能量密度超過(guò)350Wh/kg,循環(huán)壽命接近400次。
但打擂者還是那個(gè)老問(wèn)題,一說(shuō)都是固態(tài)電池已經(jīng)上車(chē),一看都是半固態(tài),別問(wèn),問(wèn)就是下一代就全固態(tài)了。
從守擂臺(tái)的來(lái)說(shuō),因?yàn)樽陨砜蛻?hù)相對(duì)比較穩(wěn)定,而當(dāng)下新能源汽車(chē)市場(chǎng)的頭部也比較穩(wěn)定,所以固態(tài)電池的研發(fā)相對(duì)按部就班。
從攻擂方來(lái)說(shuō),吹的太過(guò)分,甲方拿著合同兌現(xiàn)也是一種風(fēng)險(xiǎn),因此可以說(shuō)是嘴上放衛(wèi)星,手上卻小心翼翼,但對(duì)車(chē)企,尤其是當(dāng)下新能源進(jìn)度相對(duì)滯后的車(chē)企來(lái)說(shuō),卻是一個(gè)大好的品牌形象上彎道超車(chē)機(jī)會(huì)。
所以,很多汽車(chē)廠商已經(jīng)等不及了的打開(kāi)了擴(kuò)音器:
例如現(xiàn)代汽車(chē) 12 月 27 日宣布即將開(kāi)始生產(chǎn)全固態(tài)電池,并計(jì)劃在 2025 年試點(diǎn)配備。
本田也在12 月披露了其全固態(tài)電池的示范生產(chǎn)線(xiàn),并計(jì)劃到 2030 年推出基于這一技術(shù)的新電動(dòng)汽車(chē)。
Factorial 和奔馳在12 月 13 日宣布將聯(lián)合開(kāi)發(fā)的首款 solstice™全固態(tài)電池電芯已擴(kuò)展至 40ah 容量,并指出該產(chǎn)品的小型原型已達(dá)到 2000 多次循環(huán),該電池能量密度高達(dá) 450wh/kg。
傳統(tǒng)車(chē)企面對(duì)已經(jīng)到了“下半場(chǎng)”的新能源趨勢(shì),可以說(shuō)是一個(gè)衛(wèi)星接一個(gè)衛(wèi)星地放,但這真的能挽回嗎?
那就從國(guó)內(nèi)已經(jīng)搭載了或者即將搭載固態(tài)電池的造車(chē)新勢(shì)力看一下有哪些情況。
例如嵐圖追光早在去年4月正式推出市場(chǎng),宣稱(chēng)配備的半固態(tài)電池技術(shù),本應(yīng)成為汽車(chē)制造商宣傳的亮點(diǎn)。然而,嵐圖卻采取了低調(diào)的處理方式。
除了品牌自身的定位,深入分析半固態(tài)電池的性能參數(shù),亦可揭示其背后的原因。
其純電續(xù)航里程為580公里,相較于現(xiàn)在的高配車(chē)型云母電池的730公里略顯不足。在能量密度方面,追光半固態(tài)電池包的170Wh/kg也低于云母電池的212Wh/kg。
因此,首次應(yīng)用的半固態(tài)電池更似一次技術(shù)試水,旨在通過(guò)更先進(jìn)的概念,觀察市場(chǎng)反饋。根據(jù)這些反饋,決定是否推出技術(shù)更先進(jìn)的固態(tài)電池。
而今年4月,智己L6搭載的“第一代光年半固態(tài)電池”,在性能上與嵐圖半固態(tài)電池相比,則有了大大地進(jìn)步。
光年半固態(tài)電池(圖源:智己L6發(fā)布會(huì))
其單體電芯能量密度高達(dá)368Wh/kg,整包能量密度至少在250Wh/kg以上。相比之下,刀片電池的能量密度為140Wh/kg,寧德時(shí)代神行電池為145Wh/kg,特斯拉4680電池為242Wh/kg,寧德時(shí)代麒麟電池為255Wh/kg……
從能量密度來(lái)看,智己L6的光年半固態(tài)電池某種程度上達(dá)到了行業(yè)領(lǐng)先水平。
但這當(dāng)中所要付出地成本卻不容忽視,光年半固態(tài)電池價(jià)格超過(guò)33萬(wàn)元。循環(huán)壽命相比成熟地液態(tài)鋰電池更是具有成本地差距。
而最近宣布要搭載100%全固態(tài)電池的廠商,就是預(yù)計(jì)將在2026年應(yīng)用于廣汽埃安旗下的高端品牌昊鉑。
從參數(shù)來(lái)看,昊鉑純固態(tài)電池的能量密度達(dá)到400Wh/kg,高于智己L6的電池,預(yù)計(jì)上車(chē)后可實(shí)現(xiàn)超過(guò)1000公里的純電續(xù)航。
昊鉑純固態(tài)電池(圖源:昊鉑純固態(tài)電池發(fā)布會(huì))
不過(guò),廣汽此次披露的技術(shù)細(xì)節(jié)仍然有限,最關(guān)鍵的電解質(zhì)材料和充電倍率等信息,依舊不為人知。
所以,可以看出,不管汽車(chē)廠商如何“放衛(wèi)星”,實(shí)際上當(dāng)前的固態(tài)電池仍然是處于前期階段,還有各種各樣的問(wèn)題亟待解決,暫時(shí)并不能改變當(dāng)下新能源汽車(chē)的產(chǎn)業(yè)排名,彎道超車(chē),沒(méi)那么簡(jiǎn)單。
全固態(tài)電池還是半固態(tài)電池,現(xiàn)在距離大規(guī)模量產(chǎn)上車(chē)仍然需要一定時(shí)間,量產(chǎn)問(wèn)題、成本問(wèn)題、技術(shù)問(wèn)題依然橫亙?cè)谇胺?。但?duì)于業(yè)界來(lái)說(shuō),固態(tài)電池卻有更深的意義。
自從磷酸鐵鋰和三元為代表的液態(tài)鋰離子電池成熟以來(lái),整個(gè)產(chǎn)業(yè)已經(jīng)在“微創(chuàng)新”上執(zhí)著太久,在產(chǎn)能競(jìng)賽上徘徊太久,整個(gè)產(chǎn)業(yè)都進(jìn)入了一個(gè)“紙上雕花”的瓶頸,無(wú)數(shù)聰明的頭腦都在電池一點(diǎn)結(jié)構(gòu)調(diào)整、一點(diǎn)添加劑成分、一點(diǎn)尺寸調(diào)整上做文章,無(wú)數(shù)資本投入都變成了開(kāi)半年休半年的巨型產(chǎn)線(xiàn)。
固態(tài)電池給出了新的解題思路,也讓全行業(yè)重新想起:創(chuàng)新,才是新能源改變世界的唯一途徑。(來(lái)源新能源產(chǎn)業(yè)家)