固态电池大战将至

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  原标题:固态电池大战将至

  未来5-10年将是固态电池行业发展的重要窗口期,各家企业的主要任务将是潜心研发,尽快将产品投向市场。

  21世纪新汽车研究院研究员 左茂轩 北京报道

  中国新能源汽车产业的发展,大力推动着我国动力电池产业的发展,培育出了宁德时代比亚迪等龙头企业,我国锂电池技术和市场发展规模目前均处于全球领先水平。

  未来几年,动力电池装机量将随着电动汽车市场的快速增长而爆发。

  12月2日,中国科学院院士、中国电动汽车百人会副理事长欧阳明高表示,今年1到9月份,国内动力电池的装车量共计0.92亿千瓦时,预计全年将达到1.5亿千瓦时左右。而2025年将达到约6亿千瓦时,2030年则将在15亿-20亿千瓦时之间。

  规模扩大的同时,动力电池的技术仍在发展。除了进一步提升目前市场主流的磷酸铁锂电池及三元锂电池的能量比之外,动力电池的材料革新同样值得期待。能量比更高、性能更高、更加安全的固态电池,被视作下一代动力电池技术发展的风向。

  即将上市的蔚来ET7将首次在量产车上搭载半固态电池,由此逐步开启半固态电池及固态电池的市场化。

  综合行业内主要参与车企及动力电池企业的技术路线图和相关产业规划,21世纪新汽车研究院预计,在2025年前,半固态电池会逐步实现商业化,在动力电池的整体市场上逐渐形成一定规模;2025年左右,全固态电池将开始小规模搭载在实车上;2030年左右,第一代固态电池将实现小规模产业化;2035年左右,新一代固态电池可能会加速提升固态电池的市场化规模,而液态电解质电池的市场份额出现下滑。

  目前,固态电池领域的主要玩家包括三类:第一类是车企自主研发,主要代表包括日本的丰田、本田、日产等企业;第二类则是动力电池企业,目前中日韩等国的动力电池龙头企业都在加大动力电池的研发;第三类则是初创企业,其中不少企业已经获得了知名跨国企业的投资。

  不过,需要指出的是,目前欧美和日韩企业在下一代固态电池领域的研发上处于领先地位,我国固态电池行业与其存在一定差距。

  欧阳明高认为,从国家角度来看,日本对于全固态电池最为重视、做得最好、规模最大。日本有很大的国家计划,分工细致。而在研发全固态电池上,我国现在还处于“各自为政”阶段,没有一个完整的国家计划来推动,相比之下,日本较中国超前5年。

  发展固态电池是大势所趋

  从1991年索尼公司将含有液态电解质的锂离子电池带入电子设备应用至今,液态锂电池已经成为目前最为成熟、使用最广泛的技术路线之一。

  在新能源汽车领域,磷酸铁锂和三元锂电池已经发展成行业的主流技术。但是,固态电池于近年被视为可以继承锂离子电池地位的电池。与锂离子电池相比,固态电池是一种使用固体电极和固体电解液的电池。固态电池一般功率密度较低,能量密度较高,非常适合用于电动汽车之上。

  从技术角度而言,固态电池替代传统锂电池是大趋势。尽管近年来锂离子电池的能量密度不断提升,但是从化学属性上来看存在一定上限。而固态电池除了能量密度更高之外,也拥有更高的安全性和更长的使用寿命。

  固态电池需要找到合适的固态电解质,目前主要有硫化物和氧化物两种路线。其中,丰田以及锂电行业的巨头主要都选择硫化物这一技术路线。目前,固态电解质是固态电池行业想取得突破要面对的最主要问题,需要解决成本、稳定性等一系列难点。

  此外,真正的固态电池是要用锂金属作为负极,锂在循环过程中即使没有锂枝晶,也要面对粉化、循环寿命的问题。

  整体而言,固态电池的商业化还需要较长一段时间。因此整个动力电池行业在未来将呈现从液态到半固态再到全固态的技术发展趋势。

  半固态电池是在目前工艺、技术方面比较成熟的前提下,可以快速实现的方案。半固态电池不一定用锂金属作为负极,可以用高硅的负极、高镍的正极,中间也有隔膜,有固态电解质,还有少量的电解液。

  欧阳明高认为,固态电池真正投入大规模商业应用,大概的时间是在2025-2030年之间。当前这一代锂离子电池的比能量上限大约为300wh/kg。2025年会出现与现有液态电解质锂离子电池比能量大体相当的第一代全固态电池。2030年后将出现第二代采用新型正负极材料的全固态电池,比能量会提升到500wh/kg,还会有高比能量锂-硫电池、金属空气电池。

  欧阳明高预计,现有的锂离子电池包括固液混合的锂离子电池在2030年之前处于绝对主导地位。第一代全固态电池产业化,占市场比例接近1%的时间点可能在2030年左右。2035年之后,新一代固态电池,钾、镁、钠、锂-硫等各类电池进入市场。到2050年,液态锂离子电池有可能减少到大约20%。

  全球车企争相布局发力

  2021年以来,多家跨国企业在宣布电动汽车发展规划时,均提及了对于电池行业的布局,多家企业已经制定了固态电池商业规划,并开展相关业务布局。

  不同车企布局固态电池的方式存在差异,目前的主要形式包括自己研发和对外投资两种。

  车企自研固态电池的代表性企业,包括丰田、本田、日产等日本企业。其中,丰田是最早研发固态电池的企业之一,拥有最多相关技术专利。

  尽管日本车企目前在纯电动汽车领域的发展较为迟缓,但均极为重视下一代固态电池的开发和商业化。丰田计划在2025年,实现全固态电池的小规模量产,首先搭载在混动车型上;到2030年,实现全固态电池持续的、稳定的量产。日产汽车则计划到2028年推出搭载独创全固态电池的电动车型,并计划2024年在日本横滨建造试点工厂。

  欧洲及美国车企则通过投资头部初创企业的方式来进行相关业务布局,并持续加码投资,2021年多家企业有不少新动作。

  早在2018年,大众汽车集团就投资了美国固态电池公司Quantum Scape1亿美元,并开展合作,2020年追加2亿美元投资。该公司于2020年9月上市,大众持有其A类股票31.05%。

  通用汽车则在2018年参与了美国固态电池公司Solid Energy Systems(SES)的B轮融资。2021年4月,SES完成了1.39亿美元的D轮融资,由通用汽车领投。

  2021年5月,宝马集团和福特汽车则宣布联合向固态电池初创企业Solid Power投资1.39亿美元;2021年12月,戴姆勒和Stellantis表示将对固态电池制造商Factorial Energy进行战略投资,并与其展开业务合作,不过,目前戴姆勒、Stellantis和Factorial还没有对外透露投资的财务细节。

  现代汽车则除了在2018年与三星SDI联合投资Solid Power之外,还在2021年投资了与通用汽车关系密切的SES。

  目前国际上的主流跨国汽车企业均在扩大对固态电池领域的布局,国内车企方面,目前有较为明确动作的,则主要包括上汽集团长城汽车、蔚来、北汽新能源等少数企业。

  上汽集团与Quantum Scape、Solid Energy、清陶等固态电池初创企业开展了战略合作;长城汽车旗下的蜂巢能源也提出了非常具体的固态电池技术发展规划。

  整体而言,中国本土车企对于固态电池的研发热情并没有海外的跨国汽车集团高。

  从量产时间表来看,尽管蔚来将率先搭载半固态电池,但除了上汽称其将在2025年投产固态电池之外,国内暂未有其他车企给出固态电池商业化的明确时间节点。跨国车企方面,大部分则提出在2025年左右推出搭载固态电池的原型车或者实现小规模生产,2030年左右实现产业化应用。

  因此,未来5-10年将是固态电池行业发展的重要窗口期,各家企业的主要任务将是潜心研发,以实现将相关产品更快地投向市场这一目标。

  动力电池的下一个战场

  目前的汽车动力电池市场的头部玩家,以中日韩企业为主。在三元锂电池和磷酸铁锂电池领域,我国动力电池材料结构创新走在全球前列,拥有技术和市场优势。宁德时代和比亚迪等企业也受到资本追捧,股价不断走高。

  但是,随着技术的进步和发展,固态电池的商业化有可能带来市场的重新洗牌,这也会带来巨大的商业前景。此前在电动汽车电池市场不及中国企业的欧美及日韩等国,都已经将此作为赶超的机遇。

  不少初具实力的固态电池初创企业,正在受到资本的追捧。

  美国的Quantum Scape、Solid Energy Systems、Solid Power、Factorial Energy等企业大都源于顶尖高校研究所,正在尽力将研究成果从实验室带上市场。这四家公司都已经得到了不同头部车企的投资。

  Quantum Scape于2020年9月通过与一家SPAC公司Kensington Capital合并实现上市。尽管该公司还没有产品推出,还处于投入期,但在上市初期受到市场追捧,市值一度曾飙升至近500亿美元,但由于持续的亏损,此后该公司股价出现大幅回调,该公司最新市值约为103.7亿美元。由此也可见资本市场对于固态电池的热情。

  近期获得戴姆勒、Stellantis投资的Factorial公司,团队高层阵容非常豪华。Factorial公司CEO Joe Taylo此前曾出任松下北美公司CEO,公司的顾问委员会成员包括戴姆勒前CEO蔡澈、福特前CEO马克·菲尔兹和奥巴马政府汽车工业总统特别工作组前高级顾问哈里·威尔逊等人,马克·菲尔兹和哈里·威尔逊是Factorial重要的投资人。

  国内的卫蓝新能源、星盈科技、清陶能源等初创企业也收获了新融资。

  成立于2016年的卫蓝新能源,是中科院物理研究所清洁能源实验室固态电池技术的产业化平台,该公司是蔚来ET7半固态电池供应商。启信宝显示,卫蓝新能源完成了约5亿元的C轮融资,投资方包括小米集团、华为技术、IDG资本、蔚来资本、允泰资本,本轮融资后卫蓝新能源估值达到50亿元。

  上汽、广汽此前则分别领投了固态电池企业清陶能源的E+轮和E++轮融资。

  当然,国内外主要的头部电池企业也都已经开展固态电池研发多年,在未来也是固态电池领域的主要参与者。

  LG能源、三星SDI、SKI等韩国企业也都提出了固态电池的量产规划,而国内的头部企业宁德时代和比亚迪均未明确给出推出固态电池的时间表,暂未对外透露更多信息。除了固态电池之外,宁德时代2021年发布了第一代钠离子电池,但钠离子电池的商业化也需要很长的一段时间。

  固态电池已经行走在风口之上,无论对车企、动力电池企业还是初创企业而言,它都是一个充满潜力但又极具挑战的新赛道,将是未来十年动力电池行业资本竞争、技术竞争、市场竞争的一大焦点。

  (编辑:张若思)

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责任编辑:李桐

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