固態(tài)電池會成為新能源汽車的“拯救者”嗎？

經(jīng)濟觀察網(wǎng) 記者 李靖恒 新能源汽車產(chǎn)銷量逆市增長。

1月14日，工信部公布了《2020年12月汽車工業(yè)經(jīng)濟運行情況》。該報告顯示，去年全年新能源汽車產(chǎn)銷分別完成136.6萬輛和136.7萬輛，同比分別增長7.5%和10.9%。其中，純電動車分別完成110.5萬輛和111.5萬輛，同比分別增長5.4%和11.6%。在總體汽車產(chǎn)銷數(shù)據(jù)下滑的情況下，新能源汽車市場仍然保持了較高增速。

在資本市場上，新能源汽車制造商的股票也備受追捧，新能源汽車的前景似乎無限光明。然而制約新能源汽車推廣最關(guān)鍵的電池續(xù)航問題卻一直存在。

更令人擔(dān)憂的是，盡管很多廠商接連聲稱能夠研發(fā)和生產(chǎn)續(xù)航里程更遠(yuǎn)的電動車，但現(xiàn)在主流的電動車鋰電池的續(xù)航里程似乎已經(jīng)臨近某個極限。

固態(tài)電池漸行漸近?

電動車最大的技術(shù)瓶頸是電池容量問題。在同樣重量下，決定電池容量的是電池系統(tǒng)的能量密度。其中，核心是電芯(電池系統(tǒng)的最小單元：M個電芯組成一個模組，N個模組組成一個電池包)的能量密度。算上電池系統(tǒng)其它的部件，整個電池系統(tǒng)的能量密度會低于單體芯片的能量密度。

在《中國制造2025》中，曾提出了動力電池的發(fā)展規(guī)劃：2020年，電池能量密度達到300Wh/kg;2025年，電池能量密度達到400Wh/kg;2030年，電池能量密度達到500Wh/kg(這里的密度指的是單體電芯的能量密度)。

然而，作為國家“863”計劃節(jié)能與新能源汽車重大項目總體專家組專家成員，肖成偉早在“2018中國新能源動力電池暨儲能產(chǎn)業(yè)大會”新聞發(fā)布會上就曾表示：“按照國家動力電池技術(shù)路線圖的規(guī)劃，2020年鋰離子電池的單體能量密度目標(biāo)為350Wh/kg，從目前的動力電池技術(shù)來看，這一目標(biāo)可能無法達到。”

他當(dāng)時給出的理由是：“三元鋰離子動力電池目前已經(jīng)可以看到能量密度的“天花板”，目前的高鎳材料、碳硅負(fù)極的鋰電池，單體能量密度最高應(yīng)該在300Wh/kg左右，正負(fù)不超過20Wh/kg，所以依靠三元材料鋰離子電池完成350Wh/kg的技術(shù)路線規(guī)劃目標(biāo)，應(yīng)該是不可能了。”

關(guān)于電池技術(shù)未來發(fā)展，肖成偉當(dāng)時進一步表示：“未來想要達到350Wh/kg的技術(shù)路線規(guī)劃目標(biāo)，可能還需要寄希望于新一代鋰離子電池或者固態(tài)電池，但是目前這兩類動力電池都沒有產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的階段。”

傳統(tǒng)鋰離子電池主要由正負(fù)極材料、電解液和隔膜組成。正負(fù)極材料決定了電池的容量，電解液及隔膜作為傳輸鋰離子的介質(zhì)。

近期，在1月9日于成都舉行的 NIO Day2020上，蔚來宣布首款轎車 ET7正式啟動預(yù)售。蔚來此次還推出了150度(kW·h)電池包，蔚來創(chuàng)始人李斌表示：“我們采用最先進的量產(chǎn)固態(tài)電池技術(shù)，實現(xiàn)了360 Wh/kg的超高能量密度，續(xù)航將超過1000Km。”

據(jù)李斌介紹，電池采用了 “原位固化固液電解質(zhì)”、“無機預(yù)鋰化硅碳負(fù)極”、“納米級包覆超高鎳正極”新工藝，實現(xiàn)50%的能量密度提升，預(yù)計在2022年四季度開始交付。相比之下，特斯拉Model 3(參數(shù)丨圖片)的電池容量為76.8 kW·h，續(xù)航里程為668 km;小鵬P7的電池容量為80.9 kW·h，續(xù)航達到706km。

李斌還宣稱：“固態(tài)電池一直沒有量產(chǎn)的機會，蔚來的商業(yè)模式讓我們可以保證固態(tài)電池啟動量產(chǎn)所必須的量，所以我們推動固態(tài)電池技術(shù)量產(chǎn)的動力比別人大得多。固態(tài)電池車用級規(guī)模的量產(chǎn)需要有人去啟動它，我們?nèi)嬖u估后認(rèn)為能做到量產(chǎn)。相信蔚來可以把整個行業(yè)量產(chǎn)的時間至少提早1—2年。”

對此，國信證券在1月10日發(fā)表的研究報告《蔚來 NIOET7發(fā)布，固態(tài)電池漸行漸近》中指出：“固態(tài)電池與傳統(tǒng)鋰電池相比最大的區(qū)別在于利用固態(tài)電解質(zhì)體系代替了目前的隔膜電解液體系，其優(yōu)點在于安全性高，無自燃、爆炸風(fēng)險，同時能量密度顯著高于傳統(tǒng)鋰電池。目前現(xiàn)有鋰離子電池體系能量密度上限約為400Wh/kg，后續(xù)能量密度提升仍將依賴于正負(fù)極材料體系升級，然而在目前的隔膜電解液電池體系中，雖然金屬鋰負(fù)極能量密度是石墨負(fù)極的10倍以上，但會產(chǎn)生鋰枝晶影響安全性，而固態(tài)電解質(zhì)能夠抑制鋰枝晶的生長，因此理論上全固態(tài)電池可達到500Wh/kg 以上的能量密度。當(dāng)然，目前固態(tài)電池仍有不少缺陷，固態(tài)電解質(zhì)電導(dǎo)率比電解液低10倍以上，快充性能不佳，以及制備工藝復(fù)雜、成本較高。”

蔚來的發(fā)布會之后，市場上一石激起千層浪。市場擔(dān)憂原來生產(chǎn)傳統(tǒng)液態(tài)鋰電池原材料的企業(yè)會在未來面臨淘汰的風(fēng)險。例如，生產(chǎn)鋰電池隔膜、電解液的龍頭企業(yè)恩捷股份(002812.SZ)、中材科技(002080.SZ)、石大勝華(603026.SH)、天賜材料(002709.SZ)、新宙邦(300037.SZ)等公司的股價在發(fā)布會之后的兩個交易日都出現(xiàn)了連續(xù)大幅下跌。

然而，中銀證券在1月12日發(fā)表的《鋰電設(shè)備行業(yè)點評》報告中認(rèn)為，固態(tài)電池技術(shù)對鋰電池生產(chǎn)工藝和設(shè)備影響較為有限：“從固態(tài)電池的構(gòu)成和生產(chǎn)過程來看，對正極材料、負(fù)極材料影響較小;對隔膜、電解液的影響較大，其中完全的固態(tài)電池并不需要隔膜，而電解質(zhì)也從液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài);對設(shè)備影響較小，除注液機等個別設(shè)備外，整體與液態(tài)鋰電池對設(shè)備的需求基本一致，不過從液態(tài)電池到固態(tài)電池的轉(zhuǎn)變可能會導(dǎo)致方形、圓柱和軟包三種電池占比發(fā)生變化，進而影響設(shè)備的需求。目前，鋰電設(shè)備行業(yè)龍頭對固態(tài)電池均有布局，與相關(guān)公司密切合作。”

此外，該研究報告還認(rèn)為：“電池技術(shù)路線的迭代升級有利于設(shè)備需求的增加、行業(yè)格局優(yōu)化。本質(zhì)上，固態(tài)電池是鋰電池技術(shù)迭代升級的一種體現(xiàn)。電池技術(shù)路線的每一次重大升級都會造成原有設(shè)備無法適應(yīng)新產(chǎn)品生產(chǎn)對良率、一致性和效率的要求，導(dǎo)致設(shè)備更新?lián)Q代的周期進一步縮短。以后段工序為例，固態(tài)電池對充放電設(shè)備的電流、電壓等都提出了更高的要求。同時，類似于特斯拉4680電池、固態(tài)電池等電池技術(shù)的不斷迭代升級也要求鋰電設(shè)備廠商在客戶、資金和研發(fā)等方面具有充足的儲備，在這個過程中，中小廠商的生存壓力逐漸變大，預(yù)計設(shè)備更新?lián)Q代的過程中行業(yè)供給進一步出清，龍頭市場份額提升，鋰電設(shè)備競爭格局仍將持續(xù)優(yōu)化。”

大規(guī)模量產(chǎn)尚需時日

當(dāng)然，并不是所有人都認(rèn)為李斌所宣傳的“固態(tài)電池”能很快實現(xiàn)商業(yè)化量產(chǎn)。有很多專家和分析人士都此都提出了質(zhì)疑。

在蔚來發(fā)布會之后不久，國聯(lián)汽車動力電池研究院董事長熊柏青在接受央視采訪時表示：“全固態(tài)電池現(xiàn)在距商業(yè)化還很遠(yuǎn)，現(xiàn)在甚至做個演示都還很困難。10年內(nèi)完全攻克全固態(tài)難度挺大，反正至少這5年沒戲了，我們也做這東西。” 合肥國軒高科工程研究院常務(wù)副院長在接受采訪時也表示：“現(xiàn)在很多廠商都在布局這種固態(tài)電池的研發(fā)，大規(guī)模的應(yīng)該要到2025年?，F(xiàn)在的這種產(chǎn)業(yè)鏈10年之內(nèi)都不會有太大變化。”

面對質(zhì)疑，李斌后來又對媒體解釋到，2022年量產(chǎn)的固態(tài)電池準(zhǔn)確來說是“半固態(tài)電池”。他強調(diào)，目前蔚來采用的并非全固態(tài)電池，還是帶有液體(電解質(zhì))，全固態(tài)電池的量產(chǎn)還是很遠(yuǎn)的事情。另外，他表示不方便透露電池供應(yīng)商具體是哪家公司。

國信證券的研究報告也進一步指出：“由于全固態(tài)電池仍有不少難題需要攻克，大部分電池企業(yè)在研發(fā)固態(tài)電池時，都退而求其次，先加快半固態(tài)電池的產(chǎn)品研發(fā)速度，半固態(tài)鋰電池就是電池中任一側(cè)電極不含電解液。目前固體電池仍處于相當(dāng)實驗室-中試階段，其成本相較于液態(tài)電池仍不具備可比性。但伴隨后續(xù)規(guī)?；a(chǎn)以及工藝改進(輝能雙極電池包架構(gòu))，其成本有望迅速降低，根據(jù)輝能公布的數(shù)據(jù)顯示在電芯產(chǎn)能達到20GWh的時候，雖然電芯成本依然是相同能量密度的液態(tài)電芯的1.1倍，但電池包成本只有98%;而如果采用 MAB，電池包成本僅有同類別液態(tài)電池的7成。”

但是，相關(guān)的電池生產(chǎn)廠商指出，即使是半固態(tài)的電池也遠(yuǎn)沒有達到大規(guī)模商業(yè)化的程度。1月15日，生產(chǎn)鋰電池材料的的天賜材料(002709.SZ)在深交所互動平臺表示：“從相關(guān)的報道和技術(shù)文件分析，蔚來宣稱的半固態(tài)鋰電池材料體系與現(xiàn)今鋰電池并無根本性變化;根據(jù)目前固態(tài)電池研究進展，半固態(tài)以及真正的全固態(tài)電池商用化均還有很長一段距離要走，公司目前已開展全固態(tài)電池用固態(tài)電解質(zhì)的研究，且已有專利布局。”

事實上，固態(tài)電池被炒熱已經(jīng)不是第一次了。在飽受電池續(xù)航里程制約之苦的新能源汽車行業(yè)里，許諾能夠大幅提高續(xù)航里程的企業(yè)往往能立刻獲得高度關(guān)注。

在去年12月8日，美國QuantumScape公司公布了最新固態(tài)電池技術(shù)，宣稱這種固態(tài)電池能將電動汽車的續(xù)航里程提高80%，并能在15分鐘內(nèi)充滿80%的電量，將于2024年投入生產(chǎn)。然而，許多專家在之后紛紛對此提出質(zhì)疑。美國國家實驗室電池中心主任文凱特·斯里尼瓦桑(Venkat Srinivasan)當(dāng)時認(rèn)為：“最大的問題是QuantumScape在實驗室中使用的處理方法是否可以在工廠環(huán)境下工作。”　馬里蘭大學(xué)化學(xué)和生物分子工程助理教授保羅·艾伯特斯更是尖銳地指出：“許多公司都曾過早宣稱電池取得突破，人們失望太多次了，于是對任何新電池都會起疑。”

甚至早在2016年11月份，珈偉股份(現(xiàn)在的珈偉新能(300317.SZ))就在上海舉辦了“全球首例固態(tài)鋰電池與快充電池發(fā)布會”。在發(fā)布會上，公司詳細(xì)介紹了固態(tài)鋰電池技術(shù)，并進行了安全性能演示。當(dāng)時，公司的副董事長、總裁李靂介紹：“公司目前的固態(tài)鋰電池包括凝膠聚合物電池和全固態(tài)電池，在電池密度上可達到400wh/kg至600wh/kg;目前，公司產(chǎn)品已實現(xiàn)小批量生產(chǎn)，預(yù)計2017年底或2018年初實現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)。”

為什么這些企業(yè)熱衷于在固態(tài)電池上做文章呢?華安證券新能源與汽車研究組負(fù)責(zé)人陳曉團隊在1月11日發(fā)表行業(yè)研報《引領(lǐng)“蔚來”，不止于銷量》中提出：“盡管研發(fā)歷史悠久且困難重重，但由于固態(tài)電池出色的安全性能和高能量密度的潛力，仍在世界范圍內(nèi)被各種研究機構(gòu)及企業(yè)廣泛研究。另外，固態(tài)電池已經(jīng)成為部分非傳統(tǒng)電池企業(yè)進軍鋰電行業(yè)的重要突破口。”

國信證券的研究報告大致總結(jié)了一下目前固態(tài)電池在國內(nèi)外的產(chǎn)業(yè)化狀況：“國際車企以豐田、日產(chǎn)雷諾、通用等車企都在主導(dǎo)加緊固態(tài)電池的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化布局，而三星 SDI、SKI、LG 化學(xué)、麻省固能、Quantum Scape 等電池企業(yè)在固態(tài)電池領(lǐng)域不斷取得新突破。國內(nèi)方面，包括輝能科技、贛鋒鋰業(yè)、清陶能源、萬向一二三、衛(wèi)藍(lán)新能源等中國企業(yè)，都在建設(shè)固態(tài)電池產(chǎn)線甚至部分已投產(chǎn)。”

然而，至于固態(tài)電池到底何時能實現(xiàn)量產(chǎn)，陳曉團隊的研究報告并不樂觀：“相比于新入局者的信誓旦旦，傳統(tǒng)動力電池廠家如比亞迪、寧德時代等較為低調(diào)，雖早有布局但鮮有消息放出。而此前爆出的諸多關(guān)于固態(tài)電池的量產(chǎn)計劃，大都不達預(yù)期或不了了之;一方面是技術(shù)本身發(fā)展緩慢，另一方面成本也極其高昂。我們不否認(rèn)固態(tài)電池是未來趨勢，但認(rèn)為技術(shù)發(fā)展緩慢，近期的項目或車型示范效果居多，對于真正大規(guī)模化量產(chǎn)的進度持謹(jǐn)慎態(tài)度。”