1月9日，國(guó)內(nèi)造車新勢(shì)力頭部企業(yè)之一的蔚來(lái)汽車在其舉辦的“2020 NIODAYS”活動(dòng)上發(fā)布了旗下首款純電動(dòng)轎車——蔚來(lái)eT7。除了發(fā)布新車外，蔚來(lái)汽車還發(fā)布了一款單體能量密度達(dá)360Wh/kg的150kWh固態(tài)電池包產(chǎn)品，并宣布將于2022年四季度將該款固態(tài)電池裝配到旗下的量產(chǎn)車上。消息一出，引發(fā)市場(chǎng)熱議。
什么是固態(tài)電池
《每日財(cái)報(bào)》注意到，蔚來(lái)發(fā)布新電池之后，A股的電解液、隔膜企業(yè)股價(jià)均出現(xiàn)大幅下跌，究竟是為什么呢?這還要從兩種電池的本質(zhì)說(shuō)起。
傳統(tǒng)的鋰電池由正極、負(fù)極、電解液和隔膜組成，其工作原理是鋰離子在正負(fù)極之間往返脫嵌導(dǎo)致外電路電子定向移動(dòng)形成電流，而電解液就是鋰離子電池的“血液”。電解液由溶劑、高純?nèi)苜|(zhì)和高純添加劑按照一定的比例配制而成，質(zhì)量占比分別為83%/12%/5%，目前電解液基本的組成體系已經(jīng)比較成熟，主溶質(zhì)以六氟磷酸鋰為主，主溶劑以碳酸酯類產(chǎn)品為主，新型鋰鹽和添加劑仍存在較大變化。雖然新型鋰鹽和新型溶劑已經(jīng)得到部分應(yīng)用，但是由于其自身存在各種缺陷，還無(wú)法完全取代六氟磷酸鋰和碳酸酯類溶劑，只能作為輔助產(chǎn)品來(lái)使用，實(shí)際上仍可以看作是添加劑。
固態(tài)電池和傳統(tǒng)鋰電池最顯著的區(qū)別在于電池內(nèi)部的電解質(zhì)的物理形態(tài)。與現(xiàn)今普遍使用的鋰離子電池和鋰離子聚合物電池不同，固態(tài)電池是一種使用固體電極和固體電解質(zhì)的電池，其并不需要鋰電隔膜與電解液。這也就是為什么這些領(lǐng)域的公司在蔚來(lái)發(fā)布新電池之后股價(jià)大跌，固態(tài)電池的核心是固體電解質(zhì)，目前有三大技術(shù)路徑：聚合物、硫化物和氧化物全固態(tài)電池。
不過(guò)需要注意的是，固態(tài)電池并非新出現(xiàn)的概念，早在1978年Michel Armand首次報(bào)道了固態(tài)金屬鋰電池的相關(guān)研究，隨后40年內(nèi)固態(tài)鋰電池被全球廣泛研究。固體電解質(zhì)離子電導(dǎo)率低，界面相容性差等技術(shù)瓶頸制約了商業(yè)化進(jìn)程，全固態(tài)鋰電池的研究停滯于20世紀(jì)末，2007年開(kāi)始，全固態(tài)鋰電池的研究開(kāi)發(fā)復(fù)蘇。
2019年末發(fā)布的《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2021-2035)》首次將固態(tài)電池上升到了國(guó)家層面，提出了加強(qiáng)固態(tài)電池研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程的要求。但直到現(xiàn)在固態(tài)電池也沒(méi)能實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，根本原因是固態(tài)電池的技術(shù)瓶頸尚未攻克，因此只能先用半固態(tài)電池。也就是在液態(tài)電解液中添加了固態(tài)電解質(zhì)的成分，保留了以前的電解液和隔膜，同時(shí)添加固態(tài)電解質(zhì)的成分。固態(tài)電池的商用路徑需要從半固態(tài)逐漸過(guò)渡到全固態(tài)電池，蔚來(lái)汽車此次發(fā)布的電池也是半固態(tài)電池。
最后，成本問(wèn)題是固態(tài)電池技術(shù)商業(yè)化的最大挑戰(zhàn)，從本質(zhì)上講，續(xù)航里程與使用成本(整車與更換電池成本)目前仍是電動(dòng)車的薄弱環(huán)節(jié)，任何新技術(shù)的成功都必須同時(shí)解決這兩大問(wèn)題。據(jù)推算，同樣采用石墨負(fù)極的固態(tài)電池總成本為158.8$/kWh，要比液態(tài)電池總成本(118.7$/kWh)高出34%。
為什么要發(fā)展固態(tài)電池?
續(xù)航能力和安全性是動(dòng)力電池追求的兩大主要方向，發(fā)展固態(tài)電池也正是為了解決這兩大問(wèn)題。
新能源汽車最初發(fā)展的時(shí)候采用的是磷酸鐵鋰電池，這種能量密度較低但安全性好的技術(shù)路徑成為“初代”新能源汽車動(dòng)力電池的首選。但伴隨著新能源汽車市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的加劇，能量密度更高，成本效益比更好的三元鋰電池成為新寵，直到目前仍然是市場(chǎng)主流。但業(yè)內(nèi)專業(yè)人士指出，目前磷酸鐵鋰和三元鋰電池的能量密度都已經(jīng)接近理論極限，高鎳材料+硅碳負(fù)極單體能量密度極限在300Wh/Kg左右，目前寧德時(shí)代和國(guó)軒高科都已經(jīng)達(dá)到這個(gè)水平。
富鋰錳基+硅碳負(fù)極單體的能量密度極限在400Wh/Kg左右，中國(guó)提出的目標(biāo)是在2025年達(dá)到這個(gè)水平，還有5年時(shí)間，能量密度要提升33%。但是越接近理論極限，研發(fā)投入的邊際產(chǎn)出就會(huì)越低，進(jìn)步的速度就會(huì)越緩慢。在此背景之下，固態(tài)鋰離子電池被認(rèn)為是最有可能的下一代鋰電技術(shù)，固態(tài)電池能量密度具備突破500wh/kg的潛力，而更多的能量密度就意味著更長(zhǎng)的續(xù)航里程。
其次，液態(tài)電解質(zhì)電池的安全性也不高，隨著充放電次數(shù)增加，一旦鋰枝晶穿透隔膜，很容易燃燒或者爆炸，而固態(tài)電解質(zhì)不可燃、無(wú)腐蝕、不揮發(fā)、不漏液，即使在高溫情況下，也無(wú)自燃爆炸風(fēng)險(xiǎn)，因此，固態(tài)電池在安全性層面也具備優(yōu)勢(shì)。
事實(shí)上，國(guó)內(nèi)外的頭部企業(yè)早就著手固態(tài)電池的研究了，動(dòng)力電池龍頭企業(yè)寧德時(shí)代早在2016年就正式宣布在硫化物固態(tài)電池上的研發(fā)路徑，目前寧德時(shí)代固態(tài)電池可實(shí)現(xiàn)300周循環(huán)以容量保持率82%，但全固態(tài)電池還在開(kāi)發(fā)中，預(yù)計(jì)2030年后才能實(shí)現(xiàn)商品化。輝能推出的MAB固態(tài)電池包采用了BiPolar+(電芯內(nèi)部串并聯(lián)等)、S-Inlay(直線堆棧)與Logi-Pack(內(nèi)建偵測(cè)系統(tǒng))技術(shù)，針對(duì)固態(tài)電池的高安全性、高散熱能力與機(jī)構(gòu)特性而開(kāi)發(fā)出的一種全新封裝方式，并計(jì)劃在2022年以不犧牲安全性、具經(jīng)濟(jì)可行性的方案創(chuàng)造出續(xù)航里程與燃油車相當(dāng)?shù)母吣芰棵芏入姵匕?/p>
此外，贛鋒鋰業(yè)一期項(xiàng)目固液混合的半固態(tài)鋰電池實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)能力，公司與中科院許曉雄課題組合作，設(shè)立全資子公司浙江鋒鋰新能源科技有限公司，開(kāi)展固態(tài)鋰電池方面的產(chǎn)業(yè)化工作。
根據(jù)SNE Researchd的測(cè)算，2030年全球固態(tài)電池需求有望接近500GWh，2025年固態(tài)電池全球市場(chǎng)空間有望達(dá)到60億元，而2025年我國(guó)固態(tài)電池市場(chǎng)空間有望達(dá)30億元，2030年有望達(dá)到200億元。綜合看下來(lái)，從長(zhǎng)期的視角來(lái)看，固態(tài)電池具備廣闊的前景，而且很可能成為未來(lái)的主流電池，但從當(dāng)下的情況來(lái)看，技術(shù)水平和成本問(wèn)題都制約了其大規(guī)模商用化，液態(tài)電池依然是目前的必選項(xiàng)。
