目前,新能源汽车中用得最多的是液态锂电池,而呼声最高的是固态电池。

 

2021年好热闹,娱乐圈大瓜不断,科技圈造车不停,从苹果到百度,还有华为和小米,最近纷纷传出关于造车的新消息。

 

目前尚不清楚谁会最先造出第一辆新车,但在市场的刺激下,新能源汽车的“心脏”——动力电池已经乘势而起,工厂订单不断,工人薪资高涨。

 

据招聘网站显示:宁德时代电池工厂的工人在2月不休假的情况下,最高月工资可以达到1.3万。

 

 

目前,新能源汽车中用得最多的是液态锂电池,而呼声最高的是固态电池。

 

就在今年年初,蔚来宣布推出续航里程可以1000公里的“固态电池”,而市面上的液态锂电池的续航仅有“固态电池”的一半。

 

动力电池的续航焦虑

动力电池,占整车成本的30%至40%,不仅决定了电动汽车的续航能力,同时也影响整车安全。

 

而目前,在保证安全的同时,主流液态锂电池的续航能力已接近瓶颈。

 

图 | 动力电池包

 

具体来说,无论是以宁德时代NCM811为代表的三元锂电池,还是以比亚迪刀片电池为代表的磷酸铁锂电池,目前能做到最高能量密度为260Wh/kg。

 

图 | 宁德时代NCM811

 

在该能量密度下,电动汽车理论上最远续航约500~600公里,但受到客观因素的影响,实际一般达不到。

 

于是,固态电池被提上日程。

 

从原理上看,固态电池与使用电解液作为电解质的液态锂离子电池不同,改用锂、钠制成的化合物作为传导物质。

 

由于固态传导物质不具备流动性,不会产生锂枝晶的问题,设计时通常会去掉中间的隔膜(锂离子形成的锂枝晶会刺穿隔膜,造成锂电池短路),节约了大量空间。

 

图 | 液态锂离子电池中间含有隔膜

 

这样一来,同样规格下,固态电池可以尽可能提升电极材料的占比,进而提升能量密度。

 

在年初,蔚来宣称自家固态电池已经可以实现360Wh/kg的超高能量密度,这无疑是给饱受“能量瓶颈”的动力电池打上了一针强心剂。

 

业内人士也认为,固态电池势必是迈向电动化的关键一步,其能量密度有望达到目前液态锂离子电池的两到三倍。

 

没有量产的“技术噱头”?

尽管市场空间巨大,但摆在固态电池面前的问题也十分明显。

 

有专家称,蔚来宣称的固态电池更多只是“半固态电池”,即它的负极并不是以锂金属为材料,而是采用石墨为基础,添加硅作为辅料,再在液态电解质中加入凝胶状材料,从而提高电池的能量密度,达到固态电池的效果。

 

所以这种电池只能当成液态锂离子电池的改良,谈不上真正的固态电池。

 

只有在使用硅完全替代石墨之后,再用锂金属代替硅做负极,这样才能算得上真正意义上的“全固态电池”。

 

图 | 陶瓷氧化物固态电池

 

而想要实现“全固态电池”,不仅要解决技术上电导率过低、固态接触面稳定性差的问题,还要解决大规模量产前成本偏高的问题。

 

 

目前使用石墨作为负极的“半固态电池”成本就比同规格的液态锂离子电池高出30%,而使用固态电解质的“全固态电池”,成本只会更高。

 

当然,随着产业投入的逐渐加大,生产难点和成本等问题都会迎刃而解,以固态电池自身的优势来看,取代液态锂电池也只是时间问题。

 

新技术下的群雄纷争

除了技术上的正常迭代,国内外各大动力电池企业的竞争也加速了这次“电池革命”。

 

尽管目前尚未有真正量产化的固态电池,但这个年初刚火起来的“新”技术,实际上已有多家国内外车企在进行研发与产业化布局。

 

目前,日本在固态电池领域全球遥遥领先。

 

类似丰田汽车,从2004年就开始着手固态电池的研发,2008年与固态电池创业公司伊利卡(llika)进行合作,并于2019年展示了与松下合作的试验阶段的全固体电池样品。

 

 

而根据供应链消息,丰田计划在今年抢先发布全球首款搭载固态电池的汽车,这比蔚来还要提早一年——按照计划,搭载150kWh固态电池包的蔚来新车型要到2022年第四季度才会交付。

 

此外,日产、通用等车企都在加速固态电池的研发,LG化学等电池厂商都开始筹建固态电池工厂。

 

而在国内,宁德时代等“新生代”动力电池企业也希望借助固态电池这一概念,抢先赢得新一轮动力电池竞赛中赢下市场。

 

 

如果将目光放得更长远一点,2019年12月,工信部在发布的《新能源汽车产业发展规划(2021-2035年)》中,就已把加快固态动力电池技术研发及产业化被列为“新能源汽车核心技术攻关工程”,将固态电池推升到了国家战略层面。

 

另一方面,宁德时代等国内电池企业逐渐感受到来自日韩动力电池企业的压力,此前淡出中国市场的三星SDI、SKI、松下等日韩企业都开始卷土重来。

 

不过,得益于《汽车动力蓄电池行业规范标准》与《动力电池生产企业目录》等政策文件的支持,日韩动力电池企业被“驱逐出境”,宁德时代等国内动力电池企业得到了快速发展。

 

目前整个行业内,宁德时代与比亚迪分别做到了三元锂电池和磷酸铁锂电池的成本最低,这也成功帮助前者抢下了特斯拉的电池供货订单,在这之前,特斯拉的电池由松下独家供应。

 

图 | 比亚迪刀片电池

 

但随着外资品牌的卷土重来以及政策的降温,国内大批动力电池企业正经历重创,到2020年,国内动力电池企业已缩减至20余家。

 

同时,业内巨头宁德时代的冠军宝座似乎也并不牢固,据韩国市场研究机构SNE Research公布的2020年全球动力电池市场相关数据,宁德时代全年装机量达34GWh,连续第4年夺得冠军位置,但仅同比增长2%。

 

相比之下,排名第二的LG化学受益于上海特斯拉超级工厂生产的国产Model 3,在过去一年里飞速增长,在去年第一季度一度超越宁德时代,成为市占率第一的动力电池企业。

 

 

如果蔚来和背后的大电池供应商真正掌握了固态电池商业化的秘籍,那么对于国内动力电池企业来说是一次跨越式的进步。

 

固态电池并非唯一选择

总得来说,年初关于固态电池的“出圈”并非偶然,在动力电池领域,围绕着固态电池的战役早已拉开序幕。

 

但如果把固态电池定义为动力电池行业的“第二次变革”,还为时过早。

 

整体来看,目前的固态电池依然只是实验室科学阶段下的过渡产品,距离产业化还有很长的路要走。正如2020年大火的“无钴电池”和特斯拉的“无极耳电池”一样,倒不如把固态电池当成锂电池的正常技术迭代。

 

 

想要拿下“下一代动力电池技术”的制高点,目前还有太多难点急需解决,这并不是一蹴而就的事情。

 

毕竟固态电池只是未来电池技术的发展方向之一。

 

包括燃料电池、超级电容器、铝空气电池、镁电池在理论上都有很大的发展空间,一款动力电池想要在商业化规模和成本方面都能达到完美的平衡点,实现大规模应用的可能,最终还是看哪种路线发展更快、更接地气。

 

从蔚来固态电池本身来说,宣传时“噱头大于实用”,在真正的性能没有浮出水面之前,市场还是要保持冷静。