隨著1月1日延續(xù)13年的“國補”正式落幕，新能源汽車開始走向與燃油車正面較量的局面。
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而面對資歷深厚的燃油車，因仍存在續(xù)航和安全等問題，被消費者戲稱為“電動爹”的電動汽車，對于動力電池“能量密度、安全性”的提升需求也變得更為迫切。
“續(xù)航焦慮”和“安全焦慮”下，被押注為動力電池重要迭代方向的固態(tài)電池，卻因面臨重重難題，短期量產(chǎn)無望，作為“過渡”選擇的半固態(tài)電池便成為眼下備受關注的新型電池之一。
2022年，半固態(tài)電池上車消息頻傳。趕在年底12月，搭載行業(yè)首個量產(chǎn)裝車半固態(tài)電池的東風嵐圖追光正式開售，開啟半固態(tài)動力電池商業(yè)化應用。也意味著為其提供電芯和模組的孚能科技也實現(xiàn)半固態(tài)產(chǎn)品量產(chǎn)裝車。
此外，近期，固態(tài)電池初創(chuàng)企業(yè)衛(wèi)藍新能源，以及鋰電池龍頭國軒高科也紛紛宣布半固態(tài)電池預計2023年量產(chǎn)。
裝車潮迫近
早在2016年比亞迪就已經(jīng)確定固態(tài)電池為未來發(fā)展方向的基調(diào)，也讓固態(tài)電池開始走進更多人的視野。
2021年，在國內(nèi)蔚來、比亞迪車企進一步公布相關布局，以及國外福特與寶馬宣布向美國固態(tài)電池企業(yè)Solid Power擴大出資等事件集中催化下，固態(tài)電池的概念可以稱得上“一夜爆火”。
有意思的是，當年年初，蔚來宣布將在2022年發(fā)布的ET7上搭載全新研發(fā)的固態(tài)電池。但在蔚來股票因此大漲后，蔚來卻改口稱，之前介紹的固態(tài)電池，其實是半固態(tài)電池。
2022年初，類似劇情再次上演。彼時，東風方面宣稱，首批50輛東風風神E70固態(tài)電池車在江西新余完成交付，這批固態(tài)電池由東風與贛鋒鋰業(yè)合作開發(fā)。
東風在宣傳稿中稱，這批固態(tài)電池車是全球首個固態(tài)電池車示范運營項目，率先打響了固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化第一槍。后來，在投資者的追問之下，贛鋒鋰業(yè)最終表示東風E70裝車的電池是半固態(tài)電池。
就在兩次“含糊其辭”被“真相”后，半固態(tài)電池的推進才逐漸變得“光明正大”。2022年，半固態(tài)電池的量產(chǎn)裝車的消息也明顯增多。
目前，布局半固態(tài)動力電池的企業(yè)基本上是鋰電鏈企業(yè)，以及電池新勢力企業(yè)。包括“鋰業(yè)雙雄”贛鋒鋰業(yè)、天齊鋰業(yè)，動力電池龍頭孚能科技、國軒高科；以及脫胎于中科院物理研究所的衛(wèi)藍新能源，清華大學南策文院士團隊創(chuàng)辦的清陶能源。
近期，東風嵐圖追光開售，開啟了半固態(tài)電池的商業(yè)化。根據(jù)官方資料，追光搭載的半固態(tài)電池，可以實現(xiàn)580km的續(xù)航里程。在超長續(xù)航里程和超高補能效率的基礎上，具備不冒煙、不漏液、不起火的安全保障。
為嵐圖追光的半固態(tài)電池提供電芯和模組的是專注于三元軟包技術路線的孚能科技。孚能科技近日也表示，半固態(tài)電池產(chǎn)品已經(jīng)實現(xiàn)量產(chǎn)裝車。此外，裝備公司產(chǎn)品的奔馳EQS在歐洲市場也開始接受訂單。
雖然孚能科技與東風聯(lián)手的半固態(tài)電池在商業(yè)化搶先一步，但目前1000公里半固態(tài)電池第一棒的懸念更為外界關注。
近期衛(wèi)藍新能源宣布車規(guī)級固態(tài)電池正式下線，這款計劃在蔚來ET7電動車型上搭載續(xù)航里程1000公里的半固態(tài)電池，電池包容量150KWh，能量密度360Wh/kg，并預計2023年量產(chǎn)。
國軒高科也表示，高安全半固態(tài)電池，單體能量密度達360Wh/kg，配套車型的電池包電量達160KWh，續(xù)航里程超過1000km，同樣預計2023年批量交付。
此外，清陶能源在2022年6月披露第一代產(chǎn)品是半固態(tài)電池，能量密度最高，達420Wh/kg。
眾多公司的密集表態(tài)中，讓半固態(tài)電池量產(chǎn)迫近的感覺愈加強烈。
財經(jīng)網(wǎng)從衛(wèi)藍新能源內(nèi)部人士，以及其他業(yè)內(nèi)人士了解到，半固態(tài)電池目前已經(jīng)具備產(chǎn)業(yè)化的條件，2023年量產(chǎn)的可能性非常大。
據(jù)了解，目前材料端，已經(jīng)有瑞泰新材、當升科技、容百科技、恩捷股份等表示切入半固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)鏈。
瑞泰新材表示，部分產(chǎn)品已作為固態(tài)電解質(zhì)或添加劑進入固態(tài)電池客戶供應鏈；高鎳龍頭容百科技表示，2022-2025年，衛(wèi)藍新能源將向公司采購固態(tài)鋰電正極材料產(chǎn)品不低于3萬噸；當升科技此前也宣布，清陶能源承諾2022年-2025年期間向其采購總量不低于3萬噸固態(tài)鋰電正極材料。
有分析人士指出，若以1GWh電池對應1500噸正極材料用量計算，當升、容百兩家各3萬噸正極材料或有望實現(xiàn)約20GWh的電池總產(chǎn)量。
此外，有業(yè)內(nèi)人士透露，半固態(tài)電池的生產(chǎn)設備基本上可以與鋰電兼容，固態(tài)用的基本上都是傳統(tǒng)的生產(chǎn)線，只需新增加一條隔膜的生產(chǎn)線。
半固態(tài)隔膜方面，業(yè)內(nèi)也有通過合作方式推進解決的案例。
財經(jīng)網(wǎng)了解到，衛(wèi)藍新能源與隔膜龍頭恩捷股份已經(jīng)合資建立了溧陽的熱涂覆隔膜生產(chǎn)線?！耙患也徽莆占夹g，一家不掌握設備，這是雙方合作的意義所在?！庇袠I(yè)內(nèi)人士評價。
不會沖擊現(xiàn)有鋰電產(chǎn)業(yè)體系
依據(jù)電解質(zhì)分類，鋰電池可分為液態(tài)、半固態(tài)、準固態(tài)和全固態(tài)四大類，其中半固態(tài)、準固態(tài)和全固態(tài)三種目前統(tǒng)稱為固態(tài)電池。
但半固態(tài)電池對當下主流液態(tài)鋰電池并不具有顛覆性創(chuàng)新。
半固態(tài)電池正極和負極基本延續(xù)了當前的鋰電技術路線。正極材料適合高鎳三元，為了緩解充電發(fā)熱造成不能快充的問題，以單晶鎳成分為主；為了支撐起更高的能量密度，負極向克容量更高的硅碳方向發(fā)展，有碳化硅、氧化硅，還有在人工石墨中加入相應的硅的成分。
而半固態(tài)電池最核心的技術是電解質(zhì)?！半娊庖杭尤肓烁鱾€企業(yè)核心的專利研發(fā)技術，即添加劑成分，使電解液中溶劑的含量大幅度減少?！币晃粯I(yè)內(nèi)人士表示，“添加劑的成分是商業(yè)機密?！?/p>
有業(yè)內(nèi)人士透露，目前電解液方面走在前端的有衛(wèi)藍新能源。
據(jù)衛(wèi)藍新能源研發(fā)人員介紹，其半固態(tài)電池采用了原位固態(tài)化技術，通過化學和電化學反應，使液態(tài)電解質(zhì)部分或全部地轉化為固態(tài)電解質(zhì)，能夠解決在循環(huán)過程中固態(tài)電解質(zhì)和正負極材料如何保持良好接觸的難題，可以綜合平衡電芯充到高電壓、安全性、鋰枝晶析出以及體積膨脹控制等要求。
此外，相較于全固態(tài)電池完全不用隔膜，半固態(tài)電解質(zhì)在有效阻隔正負極接觸方面仍有失效風險，所以如前文提到，半固態(tài)電池也仍需要隔膜。不過，上述人士表示，對于當前的隔膜企業(yè)來說，也只是限于技術更新。
結構方面，半固態(tài)電池外殼基本上都是采用軟包形式，用鋁塑膜來代替鋁殼以及鋼殼結構件。
值得一提的是，半固態(tài)電池使用軟包，就會在結構創(chuàng)新層面少了很多像現(xiàn)在這種方形圓柱結構創(chuàng)新的提升。
對此，上述人士分析，選擇軟包可能是一些電池新勢力企業(yè)對于電池生產(chǎn)線投資的考量?！吧倭?道激光焊接工序，對于一個一條電芯生產(chǎn)線來說，可以說少投資了30%，一個Gwh按照目前的均價來說，投資在4個億，一下至少節(jié)省投資了1個億以上?！?/p>
東興證券表示，半固態(tài)電池商業(yè)化應用，不會對現(xiàn)有鋰電產(chǎn)業(yè)體系形成太大沖擊。
動力電池終極方案？
“能量焦慮”和“安全焦慮”是目前消費者對于電動汽車望而卻步的主要原因，而固態(tài)電池被重視也正是因為正中了當前主流鋰電池的兩大痛點。
特斯拉推出的4680電池被認為是目前市場上已裝車的能量密度最高的動力電池，該電池能量密度為約300Wh/kg，而這已經(jīng)接近鋰離子電池的理論性能極限。
相比之下，美國航空航天局最新研發(fā)的固態(tài)電池，能量密度高達500Wh/kg。全固態(tài)電池最大潛力值更是高達900Wh/Kg。
近年，電動汽車的自燃事件屢現(xiàn)報端，而固態(tài)電池不可燃、無腐蝕、不揮發(fā)、不漏液、耐高溫的固態(tài)電解質(zhì)取代電解液、電解質(zhì)鹽與隔膜，徹底解決可燃性液態(tài)有機電解液導致的自燃風險。
2019年，固態(tài)電池就已經(jīng)基本被認定成了電池方面未來發(fā)展的大方向。國外以日產(chǎn)、豐田、本田等為代表的汽車企業(yè)，以及國內(nèi)寧德時代、比亞迪等動力電池巨頭均在布局。
不過，由于全固態(tài)電池仍面臨工程技術、產(chǎn)業(yè)化等問題難以攻克，短期量產(chǎn)無望。
在這樣的背景下，半固態(tài)電池本來是作為一種過渡路線成為一些企業(yè)的選擇。但隨著全固態(tài)電池進展緩慢，甚至有國外企業(yè)Fisker宣布放棄固態(tài)電池計劃，“半固態(tài)電池就是動力電池的終極方案”的觀點便開始“嶄露頭角”。
但據(jù)財經(jīng)網(wǎng)了解，至少從目前來看，即便是裝車量產(chǎn)的半固態(tài)電池也仍面臨許多問題。
首先就是成本依然沒有低于液態(tài)鋰電池。一位衛(wèi)藍新能源人士對財經(jīng)網(wǎng)透露，目前半固態(tài)電池的成本比高鎳三元鋰電池稍微高一些。具體高多少，該人士表示不好說。
據(jù)2022年6月關于半固態(tài)的一份會議紀要透露，當時半固態(tài)電池每瓦時的成本大概是高鎳811電池（高端三元鋰電池，正極材料的鎳鈷錳比例為8:1:1）的1.7-2.3倍?！敖K極成本應該是在傳統(tǒng)811電池的0.7倍左右。但整個行業(yè)的正負極材料還在高位狀態(tài)，它的價格兩年之內(nèi)我認為可能不會下降?！睍h上有人士表示。
這也是目前公布的半固態(tài)電池應用端只是在商用車，以及E70這些高端車型，無法應用經(jīng)濟車型的原因，而這無疑限制了半固態(tài)電池的市場空間。
不容置疑，半固態(tài)電池相較于液態(tài)鋰電池的安全性和能量密度確實有了很大提高。
真鋰研究院研究員墨柯對財經(jīng)網(wǎng)透露，“曾經(jīng)聽一個整車廠老總說安全性有可能提高80%、90%以上?！蹦壳靶加媱澚慨a(chǎn)裝車的半固態(tài)電池，能量密度也大多在300-360Wh/kg。
但值得注意的是，半固態(tài)電池并不是目前提升安全性和能量密度的唯一路線。
寧德時代就選擇了另外的路徑，被美國《時代》周刊評為2022年度最佳發(fā)明的麒麟電池，就是基于高鎳三元的液態(tài)鋰離子電池，通過電池包的層面設計和技術改進，提高電池安全性和能量密度。
麒麟電池能量密度可達255Wh/kg，實現(xiàn)整車1000公里續(xù)航；首創(chuàng)電芯大面冷卻技術，使麒麟電池換熱面積擴大四倍，可實現(xiàn)全化學體系的熱穩(wěn)定、熱安全提升，將于2023年量產(chǎn)上市。
此外，正負極材料沒有大變化的情況下，只靠電解液和隔膜，也是無法完成半固態(tài)電池到固態(tài)電池的跨越進化。
“做全固態(tài)電池，能量密度就要有一個很大的提升，負極要換成金屬鋰，但只要有電解液就不能用金屬鋰?！敝袊姵禺a(chǎn)業(yè)研究院院長吳輝對財經(jīng)網(wǎng)表示，“現(xiàn)在半固態(tài)電池還處于一個比較尷尬的情況?！?/p>
有分析指出，由于國外企業(yè)想要彎道超車，超越中國鋰電池，因此海外企業(yè)對于固態(tài)電池的推進力度更大，也有可能率先進行量產(chǎn)。而國內(nèi)企業(yè)也在進行大量的固態(tài)電池技術儲備，但短時間內(nèi)還是液態(tài)電池還是主流，尤其優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)能還處在供不應求的階段。
據(jù)了解，目前，全固態(tài)電池還不具備量產(chǎn)條件，綜合國內(nèi)外多數(shù)觀點，預計要2030年才能實現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)，最快2026年能實現(xiàn)小規(guī)模量產(chǎn)。
