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谁在争抢固态电池?

2022-06-11 10:25
电动公会
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谁在争抢固态电池?

作者 | 东关大先生

出品 | 电动公会

固态电池的“风口”要来了?

近日,一家新晋固态电池企业——重庆太蓝新能源有限公司宣布完成数亿元A++轮融资,这已经是太蓝新能源3个月内的第二笔融资了。

无独有偶,另一家固态电池厂商辉能科技也在近日获得了融资,投资方来自国新科创,总金额达数千万美元。

除此之外,今年以来,卫蓝新能源、Solitor、高能时代、Factorial Energy、恩力动力、SES等国内外多家固态电池产业链企业也接连获得资本青睐。投资方包括华为、小米、宁德时代、欣旺达、梅赛德斯-奔驰、本田汽车、吉利控股、上汽集团、通用汽车、现代汽车、起亚等,阵容相当豪华。

很显然,固态电池已经成为各大汽车厂商争夺未来纯电动车话语权的核心技术。

01 为什么受宠?

固态电池虽然正逐渐站上风口,但由于其商业化在短期内难以实现,导致各方对这一技术路线仍存较大争议。

固态电池好在哪?

第一、固态电池使用固体电解质替代了传统锂电池的电解液和隔膜。与传统锂电池相比,固态电池更安全、能量密度也更高、循环性能更强。

第二、固态电池技术被认为将大幅缩减电动汽车的成本,有研究机构认为,量产固态电池的成本仅为目前锂离子电池的40%。

基于以上两点优势,在下一代汽车动力电池的自主研发技术中,让固态电池成为了风向标。

尽管前景可期,但由于技术和工艺上的种种问题,发展固态电池的道路并非一帆风顺。

首先,高效的电解质材料体系缺乏。

作为固态电池的核心材料,目前在固体锂离子导体的单一指标上已有所突破,但综合性能尚不能满足大规模储能需求。现今固态电池采用的固态电解质普遍存在性能短板,距离高性能锂离子电池系统的要求仍有不小的差距。

其次,固态电解质和电极的界面处理也是固态电池目前面临的一大难题。

在固体电解质中锂离子传输阻抗很大,与电极接触的刚性界面接触面积小,在充放电过程中电解质体积的变化容易破坏界面的稳定。

此外,在固态锂电池中,除了电解质和电极之间的界面,电极内部还存在复杂的多级界面,电化学以及形变等因素都会导致接触失效影响电池性能。

第三,长期使用时稳定性不理想也是长寿命储能固态电池发展的瓶颈。

固态电池在服役过程中结构与界面会随时间发生退化,但退化对电池综合性能的影响机制尚不明确,难以实现长效应用。而构建高性能固态电池需要从两方面入手,一是构建高性能的固态电解质,二是提高界面的相容性和稳定性。

针对固态电池,我们要从最基础的材料、界面、单体,一直到最终的系统模块进行研究,只有从根本上解决了关键材料和界面问题,才能开展系统的工艺研究,从而满足单电池的性能要求。

02 百家争鸣

面对发展过程中接连不断的挑战,各种新技术“百家争鸣”,一些固态电池技术也有了最新突破。

比如前两年,在固体电解质材料上,业内发现基于石榴石结构的锂镧锆氧(LLZO)固体电解质体系的固态电池具有优异的循环性能和倍率性能,它也因此成为一大技术热点。

LLZO是一种性能优异的填料,能够提高聚合物基复合固态电解质的性能,基于LLZO的固态电池循环1000次后容量仍能保持81%。

去年,由沙特支持的印度研究者Saturnos也计划公布其增强蚀变铝离子(Enhanced Altered Aluminum Ion,简称Ea?I)电池化学成分的独立测试。

据悉,该电池不使用钴或镍,不存在锂离子的枝晶和热失控火灾问题。相反,Ea?I 系统的阴极使用了高能、改变和无序的岩盐结构。

一组15kW的固态铝离子电池重达565公斤,支持1200公里的电动汽车续航里程,并能持续至少20000次充放电循环,在汽车使用中可提供长达15年的稳定寿命

Saturnos表示,预计在2022年推出固态可充电铝电池。投产后,它将成为世界上第一款商用铝离子固态电池。

英国萨里大学(University of Surrey)研究人员也在近日成功开发出一款新型高密度固态锂离子电池,该研究团队将氙离子注入陶瓷氧化物材料中,以制造固态电解质。

研究小组发现,他们的方法创造出一种电池电解质,且与未注入陶瓷氧化物材料的电池相比,其寿命提高了30倍,这款电池不久将会应用到汽车上。

总的来说,对于固态电池的研究,目前已经从学术层面逐渐走向实践。

丰田欧洲研发负责人杰拉尔德·基尔曼也曾公开表示,丰田已经制造出配备固态电池技术功能的测试原型车,目前正在进行耐用性为主导的开发过程,将在2025年正式投入使用。

梅赛德斯-奔驰近期也宣布将投资数千万美元加速固态电池的发展,奔驰官方称,最早在今年进行测试原型电池,五年内将固态电池技术集成到汽车上。

固态电池技术的前景正在吸引更多汽车制造商入局,他们都被电池的高能量密度和高安全性所吸引。

梅赛德斯汽车首席运营官Markus Schfer称,通过选择固体电解质而不是液体电解质,电池可以提供更长的续航里程和更短的充电时间,这项技术对于电动汽车发展的重要性是显而易见的。

03 何时产业化?

固态电池的技术优势很明显,但在产业化方面,因为一些关键技术涉及到各个企业核心技术而无法获取,导致基于工程化应用方面的技术还需要进一步探究。

过去几年,全球汽车巨头产业都在投资研发这一领域,全球汽车产业的加入导致这一市场的“僧多肉少”,做科研和做技术的企业就那么多,谁能先拿下就是谁的。

此前,中国科学院院士、中国电动汽车百人会副理事长欧阳明高在接受媒体采访时表示,虽然中国目前在汽车动力电池供应上处于绝对龙头地位,但欧美和日韩企业已经在下一代固态电池领域的研发上处于领先地位。

欧阳明高认为,如果从国家角度来讲,目前固态电池技术最好的国家是日本。因为日本在固态电池的研发中制定了非常详细的国家性计划,每一步的分工都非常明确。

“而我国现在研发全固态电池还属于各自为政阶段,没有一个完整的国家计划来推动,所以相比之下,日本应该要超前我们 5 年。”

从2021年开始,日系三大车企丰田、本田、日产汽车都陆续对外发布2030战略。这些战略在表达电动化转型的决心之外,无一例外地把固态电池的研发作为重点战略之一,并给出了具体的时间节点。

三家日系车企中,丰田的固态电池进展启动的时间点更靠前,最先试制。日产和本田则统一在2024年建设试产线,为量产做准备。虽前期步调有些许差异,但三家均将批量生产时间设在2030年前。

最多五年的时间,三家车企都需要完成全固态电池的试产、量产到上车应用,节奏十分紧凑。对比液态锂电池的依赖外部供应商模式,日系车企对固态电池自造的迫切可见一斑。

那我们的路该怎么走?

按照上海大学新能源产业创新研究中心研究员罗向群的观点,企业可以分为三类路线:

第一种是半固态电池路线者,其实多半是从全固态路线转为半固态路线,并且在可见的将来基本上专注于半固态电池,比如卫蓝新能源、SES、浙江锋锂等。

目前看,半固态电池量产装车的时间点已经到来。今年3月,卫蓝新能源首席科学家、创始人李泓透露,卫蓝新能源开发了混合固液电解质动力电池,并将在蔚来ET7车型上量产应用,单次充电1000km,电池包电量达到150kWh,单体能量密度达到360Wh/kg。

半固态电池量产上车,是一个很重要的时间节点。不过,半固态电池量产初期,价格不会便宜,有多少消费者愿意为此买单还是一个未知数。

第二种是直接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,还有的属于整车企业选择全固态产品,如天际汽车与辉能科技签约固态锂陶瓷电池电芯技术授权等;

第三种是选择“两条腿走路”,例如国轩高科、蜂巢能源等。5月27日,国轩高科在其第十一届科技大会上发布了一款半固态电池,该款电芯能量密度达到360Wh/kg,将在今年年底量产上车。

而无论哪种路线,现阶段我国的固态电池领域最先要解决的问题是如何合理运用资金拿下固态电解质。

做材料这种事不可操之过急,需要静下心来长期积累,有了夯实基础才能做到厚积薄发,中国全固态电池技术的落后,并不可怕,可怕的是不去做,况且技术研发不是一个恒定的值,在“你争我赶”的过程中,我们有望颠覆。

事实上,目前国内市场中,宁德时代和蔚来汽车均在固态电池的研发中已取得阶段性进展,另外,在小米、华为、辉能科技、春华资本、丹丰资本等资本的帮助下,国内固态电池领域的投资也取得了较好的成绩。

只不过现在的时间节点,磷酸铁锂三元锂、半固态和固态电池处于一种混合存在的状态,它们都有着此时此刻自己应该扮演的角色。

虽然现在固态电池还未应用在汽车上,但在消费电子、无人机等终端设备之上,却已经得到了不少的应用。

欧阳明高预测,固态电池真正在汽车领域大规模商业化应用,大概的时间是在2025~2030年之间。

— END —

       原文标题 : 谁在争抢固态电池?

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