[汽車之家行業(yè)]又到了電動(dòng)車“自燃季”,?據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),,僅4-5月全國各地已經(jīng)被曝光的電動(dòng)車自燃起火事件高達(dá)8起,這再次考驗(yàn)了人們對(duì)電動(dòng)車安全性的信任感,。而對(duì)于電動(dòng)車安全性的質(zhì)疑,,歸根結(jié)底是對(duì)動(dòng)力電池的質(zhì)疑。面對(duì)儲(chǔ)能較少、自燃風(fēng)險(xiǎn),、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(jìn)步一點(diǎn)點(diǎn),而是要讓電動(dòng)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(dòng)力電池江湖的隱藏“boss”,。
進(jìn)入到2020年,,大家對(duì)動(dòng)力電池的關(guān)注度甚至超出了電動(dòng)車本身。寧德時(shí)代的CTP技術(shù),、比亞迪的刀片技術(shù),,以及半路殺出來一個(gè)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(dòng)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(duì)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(jìn)步是獲得行業(yè)內(nèi)高度認(rèn)可的,,但作為一款產(chǎn)品,,對(duì)于消費(fèi)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(dá)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(shí)現(xiàn)電池單體能量密度高于350Wh/kg的目標(biāo)。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(xué)獎(jiǎng)得主Goodenough老爺子曾表述,“你需要的是一步跨越,,而不是一個(gè)增量,。”在他眼里,,那個(gè)跨越就是“固態(tài)電池”,。何為固態(tài)電池?一位清華大學(xué)研究生曾經(jīng)用紅豆糕非常形象地回答了這個(gè)問題,。
“我喜歡吃紅豆糕,,一開始的時(shí)候只是覺得好吃,突然有一天,,我意識(shí)到原來紅豆糕是將兩個(gè)固體完美粘合在一起,。當(dāng)時(shí)每天在做固態(tài)電池研究的我,心心念念想做這樣一個(gè)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(fù)極之間的距離則縮小至幾個(gè)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(dá)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(dá)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(dá)到2000km以上,,所謂的電動(dòng)車?yán)锍探箲]也將不復(fù)存在。
“固態(tài)電池將成為三元電池的顛覆者,?!眹夜ば挪颗嘤?xùn)中心汽車專家張翔曾如此論斷,,他認(rèn)為固態(tài)電池將成為電動(dòng)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(huì)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(dāng)下動(dòng)力電池回收難、易產(chǎn)生廢液的問題,。
■眾企業(yè)已悄然進(jìn)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(diǎn)量產(chǎn)??!實(shí)際上,,為完成未來動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃目標(biāo),固態(tài)電池已悄然進(jìn)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?yàn)橐咔椋驹?020年東京奧運(yùn)會(huì)上,,豐田將亮相旗下的固態(tài)電池電動(dòng)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(tái)進(jìn)行研發(fā)』
為什么日本的固態(tài)電池可以在這個(gè)夏天“早熟”,?在電動(dòng)化浪潮開啟之初,,各大汽車制造商紛紛推出純電動(dòng)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(jì)20年代初期將全固態(tài)電池商業(yè)化,,以此來彌補(bǔ)豐田與日產(chǎn),、特斯拉等電動(dòng)車先導(dǎo)企業(yè)之間的差距。
這并不是一句空想,。事實(shí)上,,豐田早在2008年就舉全集團(tuán)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(fèi)開放了5680項(xiàng)汽車氫燃料電池專利使用權(quán),,此后又免費(fèi)開放了23740項(xiàng)混合動(dòng)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(gè)有意思的案例,,戴森日前展示了其已經(jīng)放棄的代號(hào)為“N526”的電動(dòng)車。之前因造車成本太高,,戴森果斷停止了造車項(xiàng)目,。值得一提的是,雖然戴森放棄了制造電動(dòng)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(shí)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(jī)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(jìn)展 | 量產(chǎn)時(shí)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(dòng)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(jì)劃2020年推出固態(tài)電池(非全固態(tài))電動(dòng)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(dòng)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(jìn)入固態(tài)電池(半固態(tài)電池)中試階段,,2025年前可能實(shí)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(jìn)展 | 量產(chǎn)時(shí)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(tái)固態(tài)電池電動(dòng)車ME7;2021年固態(tài)電池能量密度達(dá)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(jìn)固態(tài)電池研發(fā)應(yīng)用。 | —— | |
寧德時(shí)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(shí)現(xiàn)消費(fèi)電子領(lǐng)域固態(tài)電池商業(yè)化,,2021年達(dá)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(dòng)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(dòng)力電池江湖將被顛覆
任何一個(gè)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(fēng)順,。
關(guān)于實(shí)驗(yàn)室研究和產(chǎn)業(yè)化的差異,,中科院院士南策文有個(gè)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(cuò)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(gè)方面都要考慮周到,,要把1%變成99%甚至100%,,中間需要一個(gè)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(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn),,2030年前后可實(shí)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(huì)在近5-10年內(nèi)占據(jù)主導(dǎo)地位,,但固態(tài)電池一旦量產(chǎn),整個(gè)動(dòng)力電池江湖將會(huì)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(dòng)車替代燃油車的大幕,。
其次,全固態(tài)電池的上游正負(fù)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(huì)發(fā)生變化。這不但會(huì)給新玩家機(jī)會(huì),,也會(huì)重重的捶打原有的玩家,。
最后,電池要達(dá)到商業(yè)化需要在規(guī)模和成本方面都能達(dá)到完美的平衡點(diǎn),,使用的材料不能是高成本且稀有的,,并且要有實(shí)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(dá)到20GWh之時(shí),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(jìn)步的力量是無窮的,當(dāng)電池技術(shù)解決了電動(dòng)車的續(xù)航不足,、充電緩慢等硬傷,,電動(dòng)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)