[汽車之家行業(yè)]又到了電動車“自燃季”？據(jù)不完全統(tǒng)計，僅4-5月全國各地已經(jīng)被曝光的電動車自燃起火事件高達8起，這再次考驗了人們對電動車安全性的信任感。而對于電動車安全性的質(zhì)疑，歸根結(jié)底是對動力電池的質(zhì)疑。面對儲能較少、自燃風險、充電緩慢、回收困難這幾大硬傷，一款顛覆性的電池產(chǎn)品才是人們真正所需。
什么是顛覆性？不是每年“擠牙膏”般地讓技術(shù)進步一點點，而是要讓電動車與燃油車之間的便利性差距縮小至零。那這種顛覆性是指日前關(guān)注度極高的蜂巢能源“無鈷”電池嗎？是以特斯拉為代表的“高鎳低鈷”三元鋰電池嗎？亦或是以比亞迪為代表的磷酸鐵鋰“刀片”電池？答案：都不是。今日我們就來揭秘動力電池江湖的隱藏“boss”。
進入到2020年，大家對動力電池的關(guān)注度甚至超出了電動車本身。寧德時代的CTP技術(shù)、比亞迪的刀片技術(shù)，以及半路殺出來一個攔路虎——蜂巢能源的“無鈷”電池（鎳錳酸鋰電池），都爭先搶后占據(jù)著媒體頭版頭條。（詳情可見《誰家更靠譜？“無鈷”動力電池爭奪大戰(zhàn)》）
“鎳錳酸鋰電池本質(zhì)是由鎳取代尖晶石錳酸鋰中的部分錳，與錳酸鋰有同樣的晶體結(jié)構(gòu)，早在20年前就有人研究。”一位業(yè)內(nèi)研究人員對此表示。無論是蜂巢能源的鎳錳酸鋰電池，還是比亞迪的磷酸鐵鋰電池，它們雖在能量密度上有所提升，但在材料上沒有根本性改變，只是結(jié)構(gòu)上有較大突破。這些技術(shù)進步是獲得行業(yè)內(nèi)高度認可的，但作為一款產(chǎn)品，對于消費者而言還不足以讓人“驚艷”。
■固態(tài)電池才是你要的“驚艷”之選
根據(jù)“中國制造2025”規(guī)劃，至2020年鋰電池能量密度要達到300Wh/kg，2025年為400Wh/kg，2030年為500Wh/kg。目前來看，無論是市場上的哪種電池，依靠現(xiàn)有材料技術(shù)都難以實現(xiàn)電池單體能量密度高于350Wh/kg的目標。即使是特斯拉的21700三元鋰電池，能量密度也僅在300Wh/kg左右。
2019諾貝爾化學獎得主Goodenough老爺子曾表述，“你需要的是一步跨越，而不是一個增量。”在他眼里，那個跨越就是“固態(tài)電池”。何為固態(tài)電池？一位清華大學研究生曾經(jīng)用紅豆糕非常形象地回答了這個問題。
“我喜歡吃紅豆糕，一開始的時候只是覺得好吃，突然有一天，我意識到原來紅豆糕是將兩個固體完美粘合在一起。當時每天在做固態(tài)電池研究的我，心心念念想做這樣一個緊密接觸的界面，沒想到最好的例子卻擺在飯桌上。”他說。
在傳統(tǒng)鋰離子電池中，隔膜和電解液加起來占據(jù)了電池中近40%的體積和25%的質(zhì)量，而固態(tài)電解質(zhì)代替電解液后，正負極之間的距離則縮小至幾個微米。電池的外在形態(tài)也從圓圓胖胖的樣子變得更加瘦扁，如同紅豆糕一樣。
條條大路通羅馬，但有的人生來就在羅馬。即使是半固態(tài)電池，能量密度也可達350Wh/kg以上，完全“吊打”目前的鋰離子電池。隨著液態(tài)電解質(zhì)含量逐步下降，全固態(tài)電池的能量密度可達500Wh/kg以上。這意味著目前市面上600公里的鋰離子電池包，如果換為全固態(tài)電池，續(xù)航將達到2000km以上，所謂的電動車里程焦慮也將不復存在。
“固態(tài)電池將成為三元電池的顛覆者。”國家工信部培訓中心汽車專家張翔曾如此論斷，他認為固態(tài)電池將成為電動汽車取代傳統(tǒng)燃油汽車的利器。
全固態(tài)電池不僅在能量密度上做到出眾，還具有不可燃、無腐蝕、不揮發(fā)、不存在漏液問題等特性，安全性更有保證，即使在高溫情況下也不會著火。此外，在回收方面，全固態(tài)電池僅用“干法”回收即可。也就是通過破碎法將電池內(nèi)部的有效成分提取出來，這也解決了當下動力電池回收難、易產(chǎn)生廢液的問題。
■眾企業(yè)已悄然進入“軍備競賽”階段
說了那么多固態(tài)電池的閃亮之處，想必你一定在想，這么好的“神仙”產(chǎn)品，倒是快點量產(chǎn)啊！實際上，為完成未來動力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃目標，固態(tài)電池已悄然進入“軍備競賽”階段，其中海外企業(yè)以豐田最為出眾。如果不是因為疫情，原本在2020年東京奧運會上，豐田將亮相旗下的固態(tài)電池電動汽車，但真正量產(chǎn)或許要等到2025年。
『豐田固態(tài)電池基于e-Palette概念平臺進行研發(fā)』
為什么日本的固態(tài)電池可以在這個夏天“早熟”？在電動化浪潮開啟之初，各大汽車制造商紛紛推出純電動汽車，但豐田在這方面的表現(xiàn)并不積極，原因就是在等待自家固態(tài)電池的成熟。豐田官方發(fā)言人Kayo Doi表示，豐田希望能在二十一世紀20年代初期將全固態(tài)電池商業(yè)化，以此來彌補豐田與日產(chǎn)、特斯拉等電動車先導企業(yè)之間的差距。
這并不是一句空想。事實上，豐田早在2008年就舉全集團之力研究全固態(tài)電池。在取得成果方面，豐田在該領(lǐng)域?qū)＠麛?shù)量占據(jù)全球固態(tài)電池專利數(shù)量的13%，是全球擁有固態(tài)電池專利數(shù)量最多的企業(yè)。開句玩笑話，豐田免費開放了5680項汽車氫燃料電池專利使用權(quán)，此后又免費開放了23740項混合動力車的相關(guān)技術(shù)專利，那么“大方”的豐田怎么不開放固態(tài)電池專利呢？這就很耐人尋味了。
另一個有意思的案例，戴森日前展示了其已經(jīng)放棄的代號為“N526”的電動車。之前因造車成本太高，戴森果斷停止了造車項目。值得一提的是，雖然戴森放棄了制造電動車，但卻投入25億英鎊（約合210億元人民幣）用于固態(tài)電池及相關(guān)技術(shù)的研發(fā)。可見固態(tài)電池這一“金礦”還吸引了跨界玩家紛紛參與。
實際上，從汽車產(chǎn)業(yè)鏈到電子電器產(chǎn)業(yè)鏈，甚至許多固態(tài)電池初創(chuàng)企業(yè)，全都卯足勁希望能在固態(tài)電池領(lǐng)域搶占先機贏得市場份額。
| 主流海外車企在固態(tài)電池領(lǐng)域研發(fā)布局一覽 | |||
| 車企 | 進展 | 量產(chǎn)時間 | |
| 寶馬 | 2018年9月與美國SolidPower公司在固態(tài)電池方面合作，新一代產(chǎn)品將在寶馬xEV上應(yīng)用。 | 2026年 | |
| 大眾 | 2018年向美國QuantumScape公司投資1億美元以合作開發(fā)固態(tài)電池，并在歐洲建廠生產(chǎn)。 | 2025年 | |
| 通用 | 2019年收到美國能源部撥款910萬美元，其中200萬美元明確用于研究固態(tài)電池。 | —— | |
| 福特 | 2019年投資美國固態(tài)電池公司SolidPower。 | —— | |
| 賓利 | 2020年賓利首席執(zhí)行官表示，賓利純電動車型將考慮使用固態(tài)電池技術(shù)。 | 2025年 | |
| 豐田 | 在固態(tài)電池領(lǐng)域擁有大量專利，計劃2020年推出固態(tài)電池（非全固態(tài)）電動汽車，并于2022年量產(chǎn) | 2022年（非全固態(tài)） | |
| 現(xiàn)代 | 2018年投資固態(tài)電池材料企業(yè)IonicMaterials；2020年5月與三星合作研發(fā)電動車，或搭載固態(tài)電池。 | 2025年 | |
| 雷諾-日產(chǎn)-三菱聯(lián)盟 | 2018年投資固態(tài)電池材料企業(yè)IonicMaterials | —— | |
| 資料來源：公開資料整理；制表：汽車之家行業(yè)組 | |||
從國內(nèi)整體形勢上看，部分企業(yè)也已進入固態(tài)電池（半固態(tài)電池）中試階段，2025年前可能實現(xiàn)固態(tài)電池量產(chǎn)，其中以蔚來、天際及愛馳為代表的中國造車新勢力品牌，在固態(tài)電池的布局上表現(xiàn)更為積極。
| 主流中國企業(yè)在固態(tài)電池領(lǐng)域研發(fā)布局一覽 | |||
| 企業(yè) | 進展 | 量產(chǎn)時間 | |
| 比亞迪 | 2016年確定固態(tài)電池為未來發(fā)展基調(diào)，將在未來10年內(nèi)推出。 | 2026年 | |
| 蔚來汽車 |
2019年8月，蔚來宣布將打造采用輝能科技MAB固態(tài)電池包的樣車。 |
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| 天際汽車 | 2019年初展示了國內(nèi)首臺固態(tài)電池電動車ME7；2021年固態(tài)電池能量密度達300Wh/kg以上。 | 2021年（非全固態(tài)） | |
| 哪吒汽車 | 2019年與清陶科技合作，推進固態(tài)電池研發(fā)應(yīng)用。 | —— | |
| 寧德時代 | 2016年宣布在硫化物固態(tài)電池上的研發(fā)路徑，未來能量密度超300Wh/kg。 | 2030年（全固態(tài)） | |
| 國軒高科 | 2017年著手研發(fā)固態(tài)電池，2019年推出半固態(tài)電池試生產(chǎn)線。 | —— | |
| 蜂巢能源 | 2019年2月宣稱開發(fā)四元正極材料，在此基礎(chǔ)上研發(fā)固態(tài)電池。 | —— | |
| 輝能科技 | 2013年實現(xiàn)消費電子領(lǐng)域固態(tài)電池商業(yè)化，2021年達到1GWh固態(tài)電池產(chǎn)能（非全固態(tài)電池）。 | 2024年（全固態(tài)） | |
| 萬向A123 | 2018年與寶馬合作研發(fā)固態(tài)電池；2019年在英國建立固態(tài)電池研發(fā)中心；2020年為Karma電動汽車提供固態(tài)電池解決方案。 | 2022年-2024年 | |
| 資料來源：公開資料整理；制表：汽車之家行業(yè)組 | |||
■動力電池江湖將被顛覆
任何一個美好事物在誕生前，都要經(jīng)歷一番血與火的淬煉，通往固態(tài)電池之路同樣并非一帆風順。
關(guān)于實驗室研究和產(chǎn)業(yè)化的差異，中科院院士南策文有個經(jīng)典的論述：“做研究追求1%的可能性、可行性，可以通過不斷試錯創(chuàng)新；產(chǎn)業(yè)界追求的是99%甚至100%的可靠性和一致性，各個方面都要考慮周到，要把1%變成99%甚至100%，中間需要一個轉(zhuǎn)化的橋梁和過程，需要逐漸完善，直至完全可控。”業(yè)內(nèi)專家預(yù)測，在2025年前后，半固態(tài)電池可以實現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)，2030年前后可實現(xiàn)全固態(tài)電池的商業(yè)化應(yīng)用。
在固態(tài)電池還未真正量產(chǎn)之際，眼下主流的三元電池、磷酸鐵鋰電池，乃至新晉的鎳錳酸電池，都會在近5-10年內(nèi)占據(jù)主導地位，但固態(tài)電池一旦量產(chǎn)，整個動力電池江湖將會翻天覆地。
首先，一旦全固態(tài)電池量產(chǎn)，鋰離子電池所詬病的安全和續(xù)航問題將不再是障礙，這將真正拉開電動車替代燃油車的大幕。
其次，全固態(tài)電池的上游正負極材料、固態(tài)電解質(zhì)、設(shè)備和制造等環(huán)節(jié)業(yè)將會發(fā)生變化。這不但會給新玩家機會，也會重重的捶打原有的玩家。
最后，電池要達到商業(yè)化需要在規(guī)模和成本方面都能達到完美的平衡點，使用的材料不能是高成本且稀有的，并且要有實現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用的可能。不過，根據(jù)輝能科技的估算，在量產(chǎn)規(guī)模達到20GWh之時，全固態(tài)電池組的成本將降至三元鋰電池的98%，并形成替代作用。
編輯有話說：
科技進步的力量是無窮的，當電池技術(shù)解決了電動車的續(xù)航不足、充電緩慢等硬傷，電動車便可自然而然取代燃油車。目前，離我們最近的新電池技術(shù)應(yīng)該就是眼下最熱門的“無鈷”電池，但真正意義上的更深層次的技術(shù)革新，可能還要屬全固態(tài)電池。全固態(tài)電池將在接下來的幾年內(nèi)撥開云霧見月明，我們也更期待中國汽車品牌給我們帶來驚喜。（文/汽車之家 彭斐）