固態(tài)電池風口，誰在吹牛，誰是真牛？
時間:2021-02-23 10:09來源:汽車之家 作者:肖瑩
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銷售額為0，市值超過1000億元，這不是神話，而是一家美國固態(tài)電池企業(yè)Quantum Scape（簡稱QS）創(chuàng)造的奇跡。
這家企業(yè)在2020年11月借殼上市，登陸美國紐交所，股價最高時，市值一度超過3000億元，被股民稱為電池領(lǐng)域的一支妖股。
QS為何如此受資本追捧？固態(tài)電池的時代來了嗎？產(chǎn)業(yè)化真實進展究竟如何？
資本狂歡的背后
鋰電池是打開電動車時代大門的鑰匙。
自2008年鋰電池應(yīng)用于新能源汽車以來，動力電池的能量密度已經(jīng)由最初的100Wh/kg提高到250Wh/kg。當前技術(shù)體系下，動力電池能量密度無法一直提升，能量密度和安全是博弈的兩端。
這兩年，頻發(fā)的電動車起火事故正敲響警鐘，動力電池能量密度正在迫近極限。行業(yè)普遍認為，300Wh/kg的能量密度將是液態(tài)電解質(zhì)鋰電池的天花板。
而固態(tài)電池正是打破限制，讓電池能量密度、安全性更上一層樓的關(guān)鍵。QS高市值的背后，是市場對下一代動力電池技術(shù)的期待。
這家成立于2010年的初創(chuàng)公司，得到了大眾集團、上汽集團、大陸集團和比爾·蓋茨等優(yōu)質(zhì)資本的支持，被認為是最接近量產(chǎn)的固態(tài)電池創(chuàng)新企業(yè)。
固態(tài)電池核心技術(shù)難點在于電解質(zhì)。
電解質(zhì)是鋰離子傳輸?shù)闹匾浇�，對電池性能至關(guān)重要。目前，市場上主流的固態(tài)電池按電解質(zhì)的不同可分為三種類型：聚合物、硫化物和氧化物�；诓煌夹g(shù)體系的固態(tài)電解質(zhì)材料，各具優(yōu)勢和挑戰(zhàn)。
其中，氧化物材料的柔韌性比較差，界面接觸較差，會導致界面阻抗增加；聚合物則存在著導電率過低的問題，比現(xiàn)在液態(tài)電解質(zhì)的導電率低4-5個數(shù)量級；硫化物固態(tài)電池則面臨電解質(zhì)對空氣敏感、制造條件苛刻、原材料昂貴、規(guī)�；a(chǎn)技術(shù)不成熟等問題。
QS聲稱，他們已經(jīng)解決了電解質(zhì)難題。2015年左右，QS發(fā)現(xiàn)了一種可以規(guī)避上述種種弊端的材料，并花費5年時間來研究如何有效生產(chǎn)這種材料。按照QS的表述，這種材料已經(jīng)被生產(chǎn)出來，從根本上解決了阻礙固態(tài)電池商業(yè)化的基礎(chǔ)科學難題。
目前，QS以擔心被競爭對手竊取為由，拒絕詳細透露其固態(tài)電解質(zhì)材料。
盡管如此，電池專家、前特斯拉聯(lián)合創(chuàng)始人J.B. Straubel給予了QS極高的評價：“Quantum Scape有機會重新定義電池行業(yè)。”
然而，想重新定義電池行業(yè)不止QS一家。在這場角逐中，傳統(tǒng)電池巨頭、車企、初創(chuàng)電池企業(yè)都牟足了勁。
行業(yè)普遍分析，2025年將是固態(tài)電池真正落地的關(guān)鍵時間點。從公開透露信息來看，有三家企業(yè)表態(tài)最為強勢，除了QS以外，另外兩家分別為輝能科技和豐田汽車。
搶灘2025
爭奪最早落地時間點，QS將量產(chǎn)時間定在2024年，并表示將與大眾集團成立合資企業(yè)生產(chǎn)固態(tài)電池，并為其電動車供應(yīng)電池。
今年1月，QS公司在社交媒體上披露，其固態(tài)電池產(chǎn)品能量密度超過1000Wh/L，完成近1100次的循環(huán)測試，仍可保持80%以上的容量。
“我們是第一個解決固態(tài)問題的人，沒有其他固態(tài)系統(tǒng)可以接近這個”，QS創(chuàng)始人Jagdeep Singh在一次采訪中自信的表示。
輝能科技正在直面挑戰(zhàn)這份自信。這是一家來自中國臺灣的創(chuàng)新公司，稱其技術(shù)要領(lǐng)先QS七年。
不同于QS對電解質(zhì)技術(shù)的保守，輝能科技透露，其選擇的技術(shù)路線是氧化物體系，正極和負極則同QS一樣，分別采用三元材料和金屬鋰。
輝能科技表示，其原型電池已經(jīng)制造出來，質(zhì)量能量密度達到383Wh/kg，體積能量密度為1025Wh/L，循環(huán)測試可以做到500次。
關(guān)于量產(chǎn)計劃，輝能科技也與QS相近，預定在2023年進行試產(chǎn)，2024年量產(chǎn)。與輝能科技公開合作的企業(yè)有4家，一汽、天際、蔚來以及愛馳。
從兩家企業(yè)公布的信息來看，產(chǎn)品性能、量產(chǎn)時間都非常接近。輝能科技叫板QS是噱頭還是實力？還有待觀察。目前，能明顯看出輝能科技領(lǐng)先的部分，是其生產(chǎn)線的建設(shè)進程。
輝能科技已經(jīng)確定在浙江杭州的青山湖科技城選址建廠，該項目計劃總投資380億元，累計產(chǎn)能7GWh，預計今年6月前完成1GWh的產(chǎn)線建設(shè)。
按照輝能科技的說法，其本身技術(shù)準備和驗證已經(jīng)問題不大，后續(xù)主要解決產(chǎn)線建設(shè)以及供應(yīng)鏈體系成熟的問題。
固態(tài)電池的量產(chǎn)需要經(jīng)歷實驗室-小試-中試-量產(chǎn)等環(huán)節(jié)。輝能科技認為，其他企業(yè)多數(shù)處于小試、中試階段，而其本身已經(jīng)走到規(guī)模量產(chǎn)階段。
同時，這家狂傲的企業(yè)判斷，豐田汽車在固態(tài)電池領(lǐng)域的布局要遠快于QS等其他企業(yè)，但也與之有四年的差距。
豐田是業(yè)內(nèi)公認在固態(tài)電池領(lǐng)域最有實力的玩家之一。追溯其布局時間來看，豐田最早提出相關(guān)動態(tài)是在2008年，與固態(tài)電池初創(chuàng)企業(yè)Ilika展開合作。
2014年，豐田宣布其正在進行固態(tài)電池開發(fā)工作，并擁有最多的技術(shù)專利。2017年，豐田宣布與松下攜手，表示雙方將在固態(tài)電池研發(fā)方面進行長期且深入的合作。
圍繞動力電池領(lǐng)域的合作，豐田與松下還成立了一家合資公司Prime Planet Energy＆Solutions Inc.，前后者持股比例為51：49。這家合資公司在2020年4月份開始運營，現(xiàn)在有大約5100名員工。
豐田采用的是硫化物技術(shù)路線，原本計劃在2020年東京奧運會展示固態(tài)電池研發(fā)成果。受疫情影響，不得不將計劃推遲到2021年。
盡管沒有透露具體數(shù)據(jù)，豐田表示，已經(jīng)按照計劃成功制造出固態(tài)電池的樣品，且安裝到概念車上，希望成為全球首家量產(chǎn)搭載固態(tài)電池汽車的廠商，計劃于2021年推出原型車，2025年左右開始量產(chǎn)。
改良技術(shù)競賽
從三家領(lǐng)跑的企業(yè)來看，普遍將固態(tài)電池量產(chǎn)時間設(shè)定在2025年左右。而那些即將在2021年、2022年量產(chǎn)的說法從何而來？
2021年1月，蔚來汽車在NIO Day上宣布，將在2022年發(fā)布一款單體能量密度達360Wh/kg的固態(tài)電池包產(chǎn)品。
一石激起千層浪，炸出了幾家國內(nèi)專注固態(tài)電池的初創(chuàng)企業(yè)，包括輝能科技、清陶能源、衛(wèi)藍新能源等。查閱資料來看，這些企業(yè)都有近期量產(chǎn)固態(tài)電池的計劃。
一位電池專家向《車市物語》透露，實際上，這幾家聲稱量產(chǎn)邊緣的企業(yè)均未達到全固態(tài)電池的水平。目前聲稱即將量產(chǎn)的企業(yè)，多數(shù)是傳統(tǒng)技術(shù)路線的改良，或為固液混合的產(chǎn)品。
以輝能科技為例，其聲稱全固態(tài)鋰金屬電池，但電解質(zhì)仍非100%的固態(tài)，而是90%的準固態(tài)。
另外兩家初創(chuàng)企業(yè)的發(fā)展來看，清陶能源和衛(wèi)藍新能源均在2016年成立，前者由清華大學團隊組建，后者依托中國科學院物理研究所，技術(shù)路線上也均采用氧化物固態(tài)電解質(zhì)。
清陶能源先后獲得北汽、上汽、廣汽等車企投資，并與合眾新能源達成合作，共同推進固態(tài)電池的研發(fā)與應(yīng)用，雙方對新款哪吒U進行了近兩年的聯(lián)合研發(fā)和測試。
2018年，清陶能源建成國內(nèi)首條固態(tài)電池產(chǎn)線，主要投用于特種電源、高端數(shù)碼等領(lǐng)域。2019年7月，清陶能源年產(chǎn)10GWh固態(tài)鋰電池項目簽約在江西省宜春市。
衛(wèi)藍新能源則在北京房山與江蘇溧陽擁有兩大生產(chǎn)基地。溧陽工廠計劃生產(chǎn)無人機電池，產(chǎn)能設(shè)計2億瓦時，生產(chǎn)可5C連續(xù)放電的270Wh/kg混合固液電池。
在動力電池領(lǐng)域，衛(wèi)藍新能源完成了300Wh/kg以上高鎳三元正極的混合固態(tài)電池設(shè)計開發(fā)，循環(huán)壽命達到1200次以上。根據(jù)整車廠導入周期18-24個月考慮，這家公司表示，固態(tài)電池產(chǎn)品預計在2022年量產(chǎn)。
不同于初創(chuàng)企業(yè)的孤注一擲，在競爭格局中，保持領(lǐng)先位置傳統(tǒng)電池巨頭們做好了兩手準備。一邊布局固態(tài)電池，一邊繼續(xù)挖掘液態(tài)電池的改良空間。
傳統(tǒng)電池企業(yè)在不斷改善電池的封裝工藝，例如，比亞迪的刀片電池、蜂巢能源的疊片電池，寧德時代的CTC技術(shù)，以及特斯拉的4680無極耳電池。
同時，也針對正負極材料進行改良，例如，摻硅補鋰，超高鎳電池等。所謂摻硅補鋰，就是通過提高負極中硅的含量，同時增加鋰的含量，以彌補因硅含量提升而導致的電池在充放電過程中鋰損耗的提高，進而提升電池性能。
超高鎳電池則是進一步提高正極材料中鎳的含量，目前的高鎳電池是指NCM 811體系，后續(xù)還可能會出現(xiàn)鎳鈷錳比例為9：0.5：0.5的新一代電池。
總體來看，在全固態(tài)電池真正到來之前，動力電池市場還將有一場圍繞改良技術(shù)展開的革命。
寫在最后：
在液態(tài)鋰電池時代，市場份額主要集中在中日韓等地的幾家電池巨頭手里，這些企業(yè)已經(jīng)建立牢固的技術(shù)及資源壁壘，后來者幾乎沒有入局機會。
固態(tài)電池時代的到來則打開了一個新通道，國內(nèi)外創(chuàng)業(yè)公司都頻頻涌現(xiàn)。與此同時，也為車企重新掌握電池技術(shù)主動權(quán)帶來機會。
一方面，豐田、特斯拉等企業(yè)在積極布局電池技術(shù)，另一方面，Quantum Scape、Solid Power、輝能科技、清陶能源、衛(wèi)藍新能源等專注固態(tài)電池的初創(chuàng)企業(yè)開始嶄露頭角。
初創(chuàng)企業(yè)快速發(fā)力，集中固態(tài)電池技術(shù)單點突破，但這些企業(yè)背后往往都有車企的身影。例如，大眾與QS、豐田與松下、寶馬與Solid Power等。
相比之下，在釋放的固態(tài)電池技術(shù)的進展中，松下、寧德時代、比亞迪、三星、LG、SKI等頭部企業(yè)的聲音反而較弱，但這些企業(yè)在固態(tài)電池領(lǐng)域的布局也同樣不可忽視。
巨頭們沒有過早釋放信息或許有兩方面考慮：一方面，這些企業(yè)瞄準的是全固態(tài)電池，技術(shù)成熟度還不夠，另一方面，作為電池領(lǐng)域的守擂者，這些企業(yè)也沒有那么快掀開底牌的必要。
不論如何，從“液態(tài)”轉(zhuǎn)向“固態(tài)”，每一步都十分艱難。
除了要解決基礎(chǔ)科學難題，固態(tài)電池量產(chǎn)還面臨著生產(chǎn)工藝、產(chǎn)品一致性保障，規(guī)�；杀究煽匾约肮⿷�(yīng)鏈配套成熟的問題。
全固態(tài)電池到來仍需5-10年，在此之前，動力電池還要經(jīng)歷一個技術(shù)改良的過渡階段。
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