鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量：908次 | 2021年09月09日
固態(tài)電池：長(zhǎng)期看好，短時(shí)間沒戲？
當(dāng)前，固態(tài)電池的幾個(gè)電解質(zhì)方法，沒有優(yōu)勢(shì)技術(shù)路線脫穎而出。假如兩年內(nèi)不能進(jìn)入小規(guī)模試制生產(chǎn)，考慮到生產(chǎn)線建設(shè)周期，2025年大規(guī)模商業(yè)生產(chǎn)的預(yù)測(cè)，就注定落空。
文/《汽車人》黃耀鵬
在電動(dòng)汽車供應(yīng)鏈里面，按照分類，動(dòng)力鋰離子電池是價(jià)格最昂貴的配件。這一年多的時(shí)間里，動(dòng)力鋰離子電池供不應(yīng)求，某種程度上進(jìn)入了買方市場(chǎng)。
整車公司都對(duì)電池供應(yīng)出現(xiàn)了一些焦慮情緒，在供貨談判中，甚至出現(xiàn)了電池公司主導(dǎo)協(xié)議進(jìn)程的情況。
但是長(zhǎng)期而言，就像市場(chǎng)需求主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)相同，整車公司作為系統(tǒng)集成商，對(duì)電池發(fā)展節(jié)奏和方向，仍然擁有足夠的話語權(quán)。所有電池供應(yīng)商和相當(dāng)一部分主機(jī)廠，投資固態(tài)電池研發(fā)的理由，源頭就是市場(chǎng)需求。用戶對(duì)安全和續(xù)航的需求，一直延伸到技術(shù)路徑的選擇上。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
固態(tài)美好，半固態(tài)很尷尬
當(dāng)前技術(shù)水平，液態(tài)鋰離子電池單體能密最高可達(dá)300Wh/kg；算上PACK結(jié)構(gòu)件后，能密180Wh/kg就很不錯(cuò)了。業(yè)內(nèi)普遍對(duì)液態(tài)電解質(zhì)電池能密突破天花板信心不足。業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為，2025年P(guān)ACK能密做到400Wh/kg、2030年達(dá)到500Wh/kg，才能匹配市場(chǎng)需求，當(dāng)前技術(shù)路徑幾乎不可能。
消費(fèi)者期待1000公里以上續(xù)航、機(jī)械撞擊安全性，在固態(tài)電池上都能找到理論突破口。固態(tài)理論能密高達(dá)700Wh/kg以上（重量減輕），而且沒有液態(tài)電解質(zhì)，意味著不會(huì)漏液、爆炸、柔性電解質(zhì)保證無“枝晶”、上千次充放無衰減。
如此之多的好處，不僅讓眾多公司趨之若鶩，監(jiān)管方也對(duì)固態(tài)作為“下一代電池”解決方法青睞有加。2019年工信部公布的《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021-2035年）》，明確把固態(tài)電池列為“核心技術(shù)”攻關(guān)工程。至少表明固態(tài)表現(xiàn)出明確的技術(shù)潛在優(yōu)勢(shì)和商業(yè)前景。
今年初，蔚來重申了2022年在首款轎車上使用續(xù)航長(zhǎng)達(dá)1000公里的“固態(tài)電池”。實(shí)際上，當(dāng)前普遍使用的鋰離子電池，和固態(tài)電池（不含液體電解質(zhì)）之間，還有半固態(tài)（液態(tài)電解質(zhì)<10%）、類固態(tài)/準(zhǔn)固態(tài)（液態(tài)電解質(zhì)<5%）兩個(gè)過渡的技術(shù)狀態(tài)。
IP67防水，充放電分口 安全可靠
標(biāo)稱電壓：28.8V
標(biāo)稱容量：34.3Ah
電池尺寸：(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域：勘探測(cè)繪、無人設(shè)備
蔚來也暗示使用的并非“完全狀態(tài)”的固態(tài)電池，很可能是半固態(tài)。蔚來并未透露電池供應(yīng)商的名字。
假如生產(chǎn)半固態(tài)電池，電解質(zhì)生產(chǎn)至少也要用浸潤(rùn)機(jī)替換注液機(jī)，新增鋰鹽和全新合金（包含鑭系金屬）生產(chǎn)線，生產(chǎn)納米材料（用于包裹正極），隔膜和外殼生產(chǎn)線可以沿用。這意味著投建新生產(chǎn)線，鑒于工藝不成熟，技術(shù)和投資風(fēng)險(xiǎn)很大。這就能解釋當(dāng)前頭部電池供應(yīng)商為何興趣缺乏。
預(yù)測(cè)保守派占優(yōu)
長(zhǎng)期合作的寧德時(shí)代，其高管聲稱固態(tài)電池“也許在2030年”投入生產(chǎn)。顯然，中期內(nèi)（2025年之前），寧德時(shí)代不看好固態(tài)電池的商業(yè)價(jià)值。
目前，大多數(shù)沉默的電池供應(yīng)商，大多同意固態(tài)電池不會(huì)馬上進(jìn)入商業(yè)應(yīng)用。假如非要給個(gè)時(shí)間的話，都給到2030年。不僅因?yàn)樗莻€(gè)“最近的整數(shù)年份”，還因?yàn)?0年左右的技術(shù)預(yù)期，能夠大致看到。同時(shí)它表明，目前量產(chǎn)存在難以克服的困難，也就是“長(zhǎng)期看好，短時(shí)間沒戲”。
因?yàn)榇蟮碾姵毓?yīng)商是既有路徑的受益者，所以人們懷疑他們掩蓋了一些信息。實(shí)際上頭部電池生產(chǎn)商也無力排除新技術(shù)，只要有一個(gè)創(chuàng)業(yè)公司或者任何一家公司研發(fā)出來可靠的量產(chǎn)技術(shù)，就會(huì)形成強(qiáng)大的羊群效應(yīng)。詆毀或者無視，都毫無意義。
創(chuàng)業(yè)公司們則把“期望值”調(diào)高，樂觀的公司將量產(chǎn)時(shí)間“定在”2025年。這是可望又可及的年份，意味著技術(shù)不存在根本性障礙，工藝技術(shù)正在迅速成熟中。而創(chuàng)業(yè)公司則是未來路徑的可能受益者。他們的說法，也可能摻雜了主觀愿望。
隨著2021年已經(jīng)過半，更激進(jìn)的“2022派”已經(jīng)迅速解體。這是明擺著的結(jié)果，無須多談。
固態(tài)上線，資本信心不足
和固態(tài)電池這兩年才在評(píng)論界火起來相比，擁有信息優(yōu)勢(shì)的知識(shí)界、產(chǎn)業(yè)界，比媒體看得遠(yuǎn)多了。學(xué)術(shù)界研究固態(tài)電池的歷史可追溯到30年前。10年前，固態(tài)電池成為產(chǎn)業(yè)界主流的研究方向，豐田和大眾都是在那時(shí)投入研發(fā)；而資本驅(qū)動(dòng)的創(chuàng)業(yè)公司，自那以后層出不窮。
10年來，有多家固態(tài)電池創(chuàng)業(yè)公司成立又倒閉，真正能挺下來的不多，因?yàn)檫@些公司無一例外都無法創(chuàng)建正向現(xiàn)金流。去年底美國(guó)固態(tài)電池創(chuàng)業(yè)公司QuantumScape（QS）在紐交所上市，成為固態(tài)電池第一股。QS成立于2010年，得到比爾·蓋茨、施特勞貝爾（特斯拉前高管）的天使投資，大眾則是重要投資者和預(yù)定的大客戶。
但是外界對(duì)QS的技術(shù)路線知之甚少。有關(guān)不斷延期的未來技術(shù)，資本市場(chǎng)給出了自己的態(tài)度，QS股價(jià)已經(jīng)較高點(diǎn)腰斬。
當(dāng)然，業(yè)內(nèi)也傳出來一些相反的消息。有人聲稱，寧德時(shí)代、蜂巢能源、LG化學(xué)、三星SDI、松下和索尼都有固態(tài)電池“小規(guī)模量產(chǎn)量力”。不過，他們無一例外，都沒有把如此驚人的消息寫到財(cái)報(bào)里。
“能造出來”和“量產(chǎn)”是兩個(gè)概念。當(dāng)前已經(jīng)有廠家造出續(xù)航300公里左右的全固態(tài)電池組，電芯造價(jià)（不是電池組）就高達(dá)370萬元人民幣。顯然，假如即便只是良品率的問題，也要多次迭代，經(jīng)歷多年才可能達(dá)到量產(chǎn)狀態(tài)。
有學(xué)者認(rèn)為，當(dāng)前固態(tài)電池制造的難點(diǎn)，在于無法同時(shí)達(dá)致“高能量密度、快速充電、長(zhǎng)循環(huán)壽命和寬溫度范圍工作”多重目標(biāo)。
難以克服的工藝噩夢(mèng)
就當(dāng)前生產(chǎn)工藝水平而言，固態(tài)電池堪稱“工藝噩夢(mèng)”。
和當(dāng)前鋰離子電池碳或者合金負(fù)極不同，固態(tài)電池采用鋰金屬作為負(fù)極。鋰的化學(xué)性質(zhì)非?；顫姡菀缀退?、空氣發(fā)生反應(yīng)，還不耐高溫。令人糾結(jié)的是，要改善電解質(zhì)和電極的界面阻抗，必須在1000度高溫下燒結(jié)電極材料。兩個(gè)相反的訴求同時(shí)存在，很難平衡。
而薄膜氧化物電解質(zhì)，目前只有真空鍍膜才能保證電解質(zhì)的均勻性，這大大提升了設(shè)備和工藝的要求。
這只是工藝中的一小部分問題。磁控濺射、脈沖激光沉積、真空熱氣相沉積、3D打印，哪一個(gè)都要花大價(jià)錢，而且都不適應(yīng)大規(guī)模生產(chǎn)。
一度打算生產(chǎn)電動(dòng)汽車的戴森，把希望寄托在Sakti3固態(tài)電池上。硫化物電解質(zhì)對(duì)生產(chǎn)環(huán)境和使用安全提出了巨大挑戰(zhàn)，只要泄露，就會(huì)反應(yīng)出現(xiàn)硫化氫。想象一下，若客戶在街上開車碰撞，一股濃烈的臭雞蛋氣味包圍車廂和附近的行人，導(dǎo)致人群呼吸道灼傷和公共環(huán)境損害。有關(guān)廠商來說，是多么可怕的口碑。
旨在隔絕空氣的冷壓技術(shù)生產(chǎn)，又容易出現(xiàn)鋰枝晶，導(dǎo)致負(fù)極劣化。按下葫蘆浮起瓢，又貴又不省心，直接擊碎了戴森轉(zhuǎn)型的決心。
工藝不成熟、成本過高的問題，在過去10年鋰離子電池發(fā)展的過程中已經(jīng)通過迭代，得到大幅度的改善，NEDC續(xù)航從幾十公里發(fā)展到700公里。但是，沿著現(xiàn)有路徑，固態(tài)電池?zé)o法通過迭代獲得性能改善。
學(xué)者們因此對(duì)固態(tài)電池兩三年內(nèi)從試驗(yàn)室狀態(tài)走向廠，也沒有信心。即便到了生產(chǎn)端，一輪又一輪的小試、中試，攻克掉諸多生產(chǎn)技術(shù)和工藝等方面的難關(guān)，才可以最終實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，這又要消耗漫長(zhǎng)的時(shí)光。
學(xué)者們?nèi)匀唤ㄗh工業(yè)界把精力花在高鎳正極、硅碳負(fù)極以及高電壓電解液等現(xiàn)實(shí)道路上來。有人指出，假如不改變現(xiàn)有正負(fù)極體系，單純把液體電解質(zhì)更換為固體電解質(zhì)，是無法從根本上提升能量密度的。有些爆炒固態(tài)概念的公司，恰恰是只換電解質(zhì)，不管正負(fù)極。
當(dāng)前，固態(tài)電池的幾個(gè)電解質(zhì)方法（聚合物、氧化物、硫化物），沒有優(yōu)勢(shì)技術(shù)路線脫穎而出。此時(shí)談?wù)摦a(chǎn)業(yè)化，是相當(dāng)可笑的。從此刻算起，假如兩年內(nèi)不能進(jìn)入小規(guī)模試制生產(chǎn)，考慮到生產(chǎn)線建設(shè)周期，2025年大規(guī)模商業(yè)生產(chǎn)的預(yù)測(cè)，就注定落空。
這有關(guān)電池供應(yīng)商來說，是好消息。因?yàn)榧幢愎虘B(tài)量產(chǎn)方法走通，設(shè)備幾乎要換個(gè)遍，目前龐大的固定資產(chǎn)投資，幾乎全部要更迭，相當(dāng)于重建生產(chǎn)線。
目前規(guī)劃和執(zhí)行的投建產(chǎn)量，在2025年至2028年到位，在2029年到2032年漸次收回投資。在此之前投入固態(tài)，多種技術(shù)方法并行、逐步替代，還可接受；在此之前徹底拋棄液態(tài)電解質(zhì)鋰離子電池，不符合電池供應(yīng)商利益。而當(dāng)前產(chǎn)業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)，正讓電池供應(yīng)商放下心來。
