重返赛道 固态电池商业化进程要加速?

2021-01-05 08:45:03来源:作者: 网络阅读量:

  [汽车网 行业]  一支“妖股”惊了全球。这支股票叫做QuantumScape(QS.US)。这是一家专注于固态电池技术的初创企业。2020年11月,QuantumScape通过收购壳公司上市,最初估值只有33亿美元。

  上市之后,QuantumScape股价一路狂奔,市值一度冲上477亿美元,超越众多车企。而在近期,这支“妖股”又喷泻而下,目前总市值接近200亿美元。QuantumScape股价暴涨又暴跌的背后,既有业界对固态电池技术的期许,也有对新技术量产可能性的疑虑。

  另一边,丰田则计划在2021年亮相首款固态电池原型车,并有望成为全球首家量产固态电池的汽车厂商。难道固态电池商业化进程真要提速了吗?

■ 液态“火药桶”背后的高增长

  安全性不够高始终是压在动力电池头上的“一座大山”。

  目前锂离子电池问题主要出在电解质上,以有机溶剂作为电解液,容易燃烧。正如中国汽车动力电池产业创新联盟副秘书长王子冬给出的一个比喻,动力电池就像把“火药桶”、“助燃剂”和“打火机”放在一个小屋子,然后用“保鲜膜”隔开。

  其中,“火药桶”指的就是液态电解质。

  尽管电池企业对电芯、电池包进行了一系列安全设计,但是电解液的本质风险依然存在。

  动力电池安全问题让很多车企吃了不少亏,即使动力电池技术有了大幅提升的当下,车辆自燃事件依然屡见不鲜。2020年10月,威马汽车多地接连发生4起自燃事故。中科院力学所威马汽车的爆炸事件,把电池安全问题再次推向舆论风口。


  动力电池安全并非国内独有,多家海外车企和电池供应商,也为电池安全付出了代价。

  近两年来,现代KONA新能源(参数|询价)汽车共发生13起自燃事故。因自燃事故频发,现代汽车申请在全球范围内召回7.7万辆KONA新能源车型。初步统计,此次召回将耗费现代5.2亿美元资金。现代汽车和电池供应商LG化学因召回问题导致股价下跌。宝马汽车也因充电时可能发生车辆自燃而召回2.67万辆新能源车型,其动力电池供应商三星SDI也受到影响。


『KONA新能源2021款』

  尽管电池安全问题依旧严峻,但是产业发展趋势未变,电动汽车产业、动力电池产业发展都会越来越庞大。中商产业研究院预测,2021年中国动力电池市场出货量将达到157GWh,继续保持高速增长。

  全球来看,有行业机构预估,如果能克服动力电池安全、续航方面的问题,到2030年,动力电池产业规模可在保守产值1840GWh的基础上再提升187%。

『全球动力电池市场规模预估』

■ 从液态电池“回”到固态电池

  QuantumScape和丰田潜心研发的固态电池技术,一直被看作下一代高性能动力电池的方向。辉能科技等企业则是国内推动固态电池技术量产化的代表。

  从现有的动力电池技术方案来看,行业内始终在安全与续航之间寻找平衡。依照现阶段的动力技术水平,提升能量密度,而不牺牲电池安全性,并不是一件容易的事。

  根据《汽车产业中长期发展规划》,2025年动力电池单体能量密度要达到350Wh/kg。根据部分动力电池供应商的推测,未来五年锂离子动力电池的单体能量密度有望提高至300Wh/kg以上,但是依靠现有电池产业体系,实现2025年产业发展中长期目标难度依然较大。

  固态电池会是未来电池领域的重要选项。将液态电解质替换为固态电解质,有望大大降低电池热失控的风险。辉能科技向汽车网提供了一组数据,其固态电池包系统能量密度可达480Wh/L,有望使车辆续航里程接近1200km,快充状态下,12分钟便可充满80%左右的电量。

  此前,爱驰、蔚来等企业都与辉能科技签署了有关固态电池技术合作的协议。再则,以辉能科技固态电池包(CIP)为例,可简化封装、冷却系统,电芯内部为串联结构,在有限空间内进一步缩减电池重量。初步估计,成组后固态电池同体积能量密度较液态锂离子电池(石墨负极)可提升70%以上。

  虽被视为下一代动力电池,固态电池起源并不晚。19世纪末期,就有科学家发现一些固态化合物为纯离子导体,可以作为承担导电功能的电解质材料。1978年,国际全固态锂电专家Michel Armand,将这种聚合物电解质作为锂电池电解质研究。

  不过,后来很长一段时间里,固态电池却没有发展起来。主要原因在于离子导电率低是难以克服的障碍。此外,固态聚合物电解质界面阻抗较高,即正负极与隔膜的连接处电阻大,容易出现接触不良的问题。

  现阶段,固态电池再次进入竞争主赛道。为何“回”到固态电池?辉能科技方面表示,随着固态成组技术、主动安全机制、界面阻抗与电性优化等方面的提升,固态电池各类问题都将得到有效解决。据悉,目前已经在使用或接近商用的固态电池的电解质有:聚合物、硫化物和氧化物三种。其中,氧化物电解质性能最优。

『资料来源:辉能科技』

■ 大规模量产进程要提速?

  固态电池距离量产的步伐似乎越来越近。

  QuantumScape不久前发布了固态电池最新成果,QuantumScape固态电池可在15分钟内充满80%的电量,寿命可达到12年左右;丰田则计划在2021年亮相首款固态电池原型车;大众计划在欧洲建厂生产固态电池,预计2024-2025年实现量产;辉能科技表示,计划2021年实现固态电池装车。

『辉能科技固态电池发展计划』

  汽车网综合多方专家和产业界人士观点后了解到,固态电池虽然被行业普遍看好,但量产节点还需要到2025年,也有企业认为要等到2030年才能大规模量产。总体来看,在消费者对电池安全和车辆续航刚性需求之下,固态电池产业在2021年-2022年会加速成长,2025年左右进入批量生产阶段。

  不过,也有人对固态电池本身提出异议。“目前行业内即将量产的固态电池大多是‘固态锂离子电池’,电芯中还会有少量的液态电解质,应该统称为‘准固态’或‘半固态’等,而非全固态电池。”动力电池行业专家王明指出,全固态电池还处于量产前夜,距离大面积量产还需要多年时间。

主流固态电池企业量产时间计划
企业 电解质 技术架构 量产时间
辉能科技 氧化物 混成固态 2021年
辉能科技 氧化物 全固态 2025年
丰田 硫化物 全固态 2025年
三星SDI 硫化物 全固态 2028-2030年
CATL 硫化物 全固态 2030年
QuantumScape 氧化物/硫化物/聚合物 混成固态 2025年

Bolloré

固态聚合物 全固态 2025年
IMEC 固态聚合物 全固态 2025年
Solid power 硫化物 全固态 2025年
资料来源:网络公开报道;制表:汽车网行业频道(混成固态指混合固液电解质)

  从液态到固态,无论是电池结构,还是生产工艺,都是巨大变革。目前已经投入大量人力和物力在锂离子电池领域的企业,不可能使用当前的生产工艺、设备生产固态电池,所以会适当把固态电池投资计划延后。“对于当下主流电池企业来说,固态电池只是他们的储备路线。”王明认为。

  能源研究机构Wood Mackenzi分析师Rory McCarthy表示,目前锂离子动力电池企业正在全球扩张,而一座电池工厂需要建设4-5年才能全面投产,资产回报需要10年左右。由此可见,锂离子动力电池依然会有很长的生命周期。未来10年,锂离子电池仍将主导电池行业,固态电池或将与锂离子电池共存。

编辑总结:

  固态电池要实现大规模商用,还需跨越“体系不稳定、循环寿命短、易膨胀变形、成本高”等多道难关。从目前来看,固态电池初创企业选择孤注一掷,希望尽快实现量产;而传统动力电池企业的固态电池量产计划相对靠后。谁能真正胜出,还是一个未知数。(文/汽车网 李争光)

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