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固态电池——长期看好，短期没戏？

时间:2021-07-27 09:43来源:汽车人传媒 作者:黄耀鹏
点击: 次
       在电动车供应链里面，按照分类，动力电池是价格最昂贵的配件。这一年多的时间里，动力电池供不应求，某种程度上进入了买方市场。
 
       整车企业都对电池供应产生了一些焦虑情绪，在供货谈判中，甚至出现了电池企业主导协议进程的情况。
 
       但是长期而言，就像市场需求主导产业一样，整车企业作为系统集成商，对电池发展节奏和方向，仍然拥有足够的话语权。所有电池供应商和相当一部分主机厂，投资固态电池研发的理由，源头就是市场需求。用户对安全和续航的需求，一直延伸到技术路径的选择上。
 
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固态美好，半固态很尴尬
 
       当前技术水平，液态锂电池单体能密最高可达300Wh/kg；算上PACK结构件后，能密180Wh/kg就很不错了。业内普遍对液态电解质电池能密突破天花板信心不足。业内普遍认为，2025年PACK能密做到400Wh/kg、2030年达到500Wh/kg，才能匹配市场需求，当前技术路径几乎不可能。
 
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       消费者期待1000公里以上续航、机械撞击安全性，在固态电池上都能找到理论突破口。固态理论能密高达700Wh/kg以上（重量减轻），而且没有液态电解质，意味着不会漏液、爆炸、柔性电解质保证无“枝晶”、上千次充放无衰减。
 
       如此之多的好处，不仅让众多企业趋之若鹜，监管方也对固态作为“下一代电池”解决方案青睐有加。2019年工信部发布的《新能源汽车产业发展规划（2021-2035年）》，明确把固态电池列为“核心技术”攻关工程。至少表明固态表现出明确的技术潜在优势和商业前景。
 
       今年初，蔚来重申了2022年在首款轿车上使用续航长达1000公里的“固态电池”。实际上，当前普遍使用的锂离子电池，和固态电池（不含液体电解质）之间，还有半固态（液态电解质<10%）、类固态/准固态（液态电解质<5%）两个过渡的技术状态。
 
       蔚来也暗示使用的并非“完全状态”的固态电池，很可能是半固态。蔚来并未透露电池供应商的名字。
 

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       如果生产半固态电池，电解质生产至少也要用浸润机替换注液机，新增锂盐和全新合金（包含镧系金属）生产线，生产纳米材料（用于包裹正极），隔膜和外壳生产线可以沿用。这意味着投建新生产线，鉴于工艺不成熟，技术和投资风险很大。这就能解释当前头部电池供应商为何兴趣缺乏。
 
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预测保守派占优
 
       长期合作的宁德时代，其高管声称固态电池“也许在2030年”投入生产。显然，中期内（2025年之前），宁德时代不看好固态电池的商业价值。
 
       目前，大多数沉默的电池供应商，大多同意固态电池不会马上进入商业应用。如果非要给个时间的话，都给到2030年。不仅因为它是个“最近的整数年份”，还因为10年左右的技术预期，能够大致看到。同时它表明，目前量产存在难以克服的困难，也就是“长期看好，短期没戏”。
 

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       因为大的电池供应商是既有路径的受益者，所以人们怀疑他们掩盖了一些信息。实际上头部电池生产商也无力排除新技术，只要有一个创业公司或者任何一家企业研发出来可靠的量产技术，就会形成强大的羊群效应。诋毁或者无视，都毫无意义。
 
       创业公司们则把“期望值”调高，乐观的公司将量产时间“定在”2025年。这是可望又可及的年份，意味着技术不存在根本性障碍，工艺技术正在迅速成熟中。而创业公司则是未来路径的可能受益者。他们的说法，也可能掺杂了主观愿望。
 
       随着2021年已经过半，更激进的“2022派”已经迅速解体。这是明摆着的结果，无须多谈。
 
3
固态上线，资本信心不足
 
       和固态电池这两年才在评论界火起来相比，拥有信息优势的知识界、产业界，比媒体看得远多了。学术界研究固态电池的历史可追溯到30年前。10年前，固态电池成为产业界主流的研究方向，丰田和大众都是在那时投入研发；而资本驱动的创业企业，自那以后层出不穷。
 
       10年来，有多家固态电池创业公司成立又倒闭，真正能挺下来的不多，因为这些公司无一例外都无法创建正向现金流。去年底美国固态电池创业公司QuantumScape（QS）在纽交所上市，成为固态电池第一股。QS成立于2010年，得到比尔·盖茨、施特劳贝尔（特斯拉前高管）的天使投资，大众则是主要投资者和预定的大客户。
 
      但是外界对QS的技术路线知之甚少。对于不断延期的未来技术，资本市场给出了自己的态度，QS股价已经较高点腰斩。
 

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图片来源：QuantumScape官网
 
       当然，业内也传出来一些相反的消息。有人声称，宁德时代、蜂巢能源、LG化学、三星SDI、松下和索尼都有固态电池“小规模量产能力”。不过，他们无一例外，都没有把如此惊人的消息写到财报里。
 
      “能造出来”和“量产”是两个概念。当前已经有厂家造出续航300公里左右的全固态电池组，电芯造价（不是电池组）就高达370万元人民币。显然，如果即便只是良品率的问题，也需要多次迭代，经历多年才可能达到量产状态。
 
       有学者认为，当前固态电池制造的难点，在于无法同时达致“高能量密度、快速充电、长循环寿命和宽温度范围工作”多重目标。
 
4
难以克服的工艺噩梦
 
       就当前生产工艺水平而言，固态电池堪称“工艺噩梦”。
 
       和当前锂电池碳或者合金负极不同，固态电池采用锂金属作为负极。锂的化学性质非常活泼，容易和水、空气发生反应，还不耐高温。令人纠结的是，要改善电解质和电极的界面阻抗，必须在1000度高温下烧结电极材料。两个相反的诉求同时存在，很难平衡。
 
       而薄膜氧化物电解质，目前只有真空镀膜才能保证电解质的均匀性，这大大提升了设备和工艺的要求。
 
       这只是工艺中的一小部分问题。磁控溅射、脉冲激光沉积、真空热气相沉积、3D打印，哪一个都要花大价钱，而且都不适应大规模生产。
 
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       一度打算生产电动车的戴森，把希望寄托在Sakti3固态电池上。硫化物电解质对生产环境和使用安全提出了巨大挑战，只要泄露，就会反应产生硫化氢。想象一下，若客户在街上开车碰撞，一股浓烈的臭鸡蛋气味包围车厢和附近的行人，导致人群呼吸道灼伤和公共环境损害。对于厂商来说，是多么可怕的口碑。
 
       旨在隔绝空气的冷压技术生产，又容易产生锂枝晶，导致负极劣化。按下葫芦浮起瓢，又贵又不省心，直接击碎了戴森转型的决心。
 
       工艺不成熟、成本过高的问题，在过去10年锂电池发展的过程中已经通过迭代，得到大幅度的改善，NEDC续航从几十公里发展到700公里。但是，沿着现有路径，固态电池无法通过迭代获得性能改善。
 
       学者们因此对固态电池两三年内从试验室状态走向工厂，也没有信心。即便到了生产端，一轮又一轮的小试、中试，攻克掉诸多生产技术和工艺等方面的难关，才可以最终实现产业化，这又要消耗漫长的时光。
 
       学者们仍然建议工业界把精力花在高镍正极、硅碳负极以及高电压电解液等现实道路上来。有人指出，如果不改变现有正负极体系，单纯把液体电解质更换为固体电解质，是无法从根本上提升能量密度的。有些爆炒固态概念的企业，恰恰是只换电解质，不管正负极。
 

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       当前，固态电池的几个电解质方案（聚合物、氧化物、硫化物），没有优势技术路线脱颖而出。此时谈论产业化，是相当可笑的。从此刻算起，如果两年内不能进入小规模试制生产，考虑到生产线建设周期，2025年大规模商业生产的预测，就注定落空。
 
       这对于电池供应商来说，是好消息。因为即便固态量产方案走通，设备几乎要换个遍，目前庞大的固定资产投资，几乎全部要更迭，相当于重建生产线。
 
       目前规划和实施的投建产能，在2025年至2028年到位，在2029年到2032年渐次收回投资。在此之前投入固态，多种技术方案并行、逐步替代，还可接受；在此之前彻底抛弃液态电解质锂电池，不符合电池供应商利益。而当前产业发展的趋势，正让电池供应商放下心来。
 
(责任编辑：子蕊)
文章标签： 电池 固态电池
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