动力电池,激战将至

DoNews · 2021-01-22
动力电池江湖再起波澜。

编者按:本文来自微信公众号“DoNews”(ID:ilovedonews),作者:尹太白,编辑:杨博丞 ,36氪经授权发布。

动力电池行业迎来了新的变局。 

1月9日,在蔚来举办的“2020 NIO Day”上,除了号称是“目前最先进技术集成”的ET7正式亮相之外,还宣布搭载固态电池的蔚来ET7将会在2022年的第四季度上市,其能量密度达到360Wh/kg,而在搭载固态电池后,蔚来ET7的一次充电续航里程可以达到1000公里以上。 

不过,对固态电池的供应商,蔚来创始人李斌三缄其口,只表示蔚来汽车与固态电池供应商之间有着非常紧密的合作关系,且肯定是业内最领先的企业。基于李斌的只言片语,外界猜想这家固态电池供应商很可能是宁德时代。 

但无论蔚来的固态电池供应商是谁,固态电池都是新能源汽车发展过程中诸多难题的最优解决方案,同时也是动力电池行业中一个重要的发展方向。 

一位动力电池业内人士认为,固态电池将是下一代高性能动力电池的技术制高点,“固态电池领域已经进入‘军备竞赛’阶段,市场参与者众多,车企、动力电池企业、投资机构、科研机构等在资本、技术、人才三方面进行博弈,不寻求改变必将出局。” 

动力电池江湖群雄毕至

动力电池行业冷暖,与新能源汽车行业密不可分,而伴随着新能源汽车市场逐步回暖,动力电池行业的竞争也愈发激烈。 

值得一提的是,动力电池被誉为新能源汽车的“心脏”,占整车成本的30%至40%,也正因如此,动力电池产业一度被认为是汽车工业下一个时代的突破点,然而随着政策降温、外资品牌卷土重来,动力电池行业也面临着和新能源汽车行业一样的严峻挑战。 

首先遭受到严峻挑战的就是宁德时代。 

1月13日,韩国市场研究机构SNE Research公布了2020年全球动力电池市场相关数据。数据显示,2020年全球动力电池在电动车上的装机量达137GWh,同比增长17%,其中宁德时代连续第4年夺得冠军位置,全年装机量达34GWh,同比增长2%。 

对于动力电池企业而言,装机量决定了其市场地位,尽管宁德时代装机量依旧保持优势,但从全球业务增量的涨幅来看,宁德时代的装机增长率远低于全球增长率,毫无疑问,以LG化学、松下、SKI为代表的日韩系动力电池企业正在迅速扩张中。 

自2013年新能源汽车补贴政策正式出台,与新能源汽车产业密切相关的动力电池产业,一度迎来了高速的发展。 

2015年后,工信部推出《汽车动力蓄电池行业规范标准》与《动力电池生产企业目录》等政策文件,日韩动力电池企业被“驱逐出境”,国内动力电池产业发展达到高峰期。 

然而到了2019年6月,政策收紧、门槛提高、路线变动,大批动力电池企业经历挣扎期,最终消失。到了2020年,国内动力电池企业已缩减至20余家。 

与此同时,对于中国市场这块肥肉,外资动力电池企业早已蠢蠢欲动。2018年以来,日韩动力电池企业如三星SDI、LG化学、SKI等开始加速“反扑”中国市场,扩建动力电池产能,其中,三星SDI与LG化学的动力电池工厂已经建成投产,国内动力电池市场呈现中日韩“三国杀”格局。 

攻势最猛的是LG化学,由于特斯拉上海超级工厂生产的Model 3系列使用的是LG化学的电池,因此不仅带动了LG化学飞速增长,也使得宁德时代遭受阻击。2020年第一季度,原来排名第三的LG化学一举超越宁德时代,成为全球市占率第一的动力电池企业。 

与此同时,比亚迪也发起了进攻。 

2020年3月,比亚迪发布刀片电池,开始向第三方车企供应。王传福称,“在全面开放的大战略下,比亚迪电池的独立拆分已提上日程,并预计将在2022年左右进行IPO。” 

事实上,刀片电池更多是对电池生产和加工工艺做了改进,并未对材料及技术上进行突破性革新。目前,电动汽车通常使用的三元锂电池与磷酸铁锂电池,两者都属于锂离子电池,而能量密度最高的锂电池为260Wh/kg,业内普遍认为锂离子电池能量密度已经接近极限,很难突破300Wh/kg。 

下半场卡位战已打响 

一个不可置否的事实是,谁能在率先突破技术瓶颈,谁就能抢占下半场先机。 

早在2019年12月,工信部发布《新能源汽车产业发展规划(2021-2035 年)》中,就已把加快固态动力电池技术研发及产业化被列为“新能源汽车核心技术攻关工程”,将固态电池推升到了国家战略层面。 

近年来,丰田、日产雷诺、通用、北汽、上汽等国内外主流车企都已开始加紧固态电池的研发与产业化布局,与此同时,清陶能源、LG化学、麻省固能等电池企业也开始筹备建设固态电池工厂,其中不乏已经投产的固态电池产线。 

相较于传统锂电池,固态电池具备能量密度更高、安全性更好、体积更小等诸多优势,被业界认为是动力电池的终极发展方向。 

与锂电池使用电解液作电解质不同,固态电池技术采用锂、钠制成的固体玻璃化合物为传导物质。由于固态传导物质不具备流动性,自然就解决了锂枝晶的问题,而且还可以去掉中间的隔膜,以及为了保证稳定性的石墨负极材料,节约了大量空间。这样一来,就可以在电池有限的空间内尽可能提升电极材料的占比,进而提升能量密度。理论上,固态电池可以很容易做到300Wh/kg以上的能量密度,此次蔚来声称其使用的固态电池,就实现了360Wh/kg的超高能量密度。 

上述业内人士也认为,这种电池将是迈向电动化未来的重要一步。固态电池的能量密度有望达到目前锂离子电池的两至三倍,并且会比现在的电池更轻、寿命更长、也更安全。 

安全,一直是笼罩在动力电池行业上方的阴影。 

2020年,我国共实施汽车召回199次,涉及汽车678.23万辆,其中新能源汽车召回31次,在新能源汽车召回中,动力电池可能存在热失控和自燃等安全隐患仍然是新能源汽车召回的主要原因。相比之下,固态电解质最大的特点就是不易燃烧,从而在根本上改善新能源汽车的安全性。 

丰田进入固态电池领域极早。从2004年开始,丰田就已经进行了全固态电池的研发,并积累了第一手固态电池技术。2019年5月,丰田展出其正处于试制阶段的全固态电池样品。根据丰田的规划,计划到2025年将固态电池能量密度提升到现有锂电池能量密度的2倍以上,预计可达到450Wh/kg。届时,搭载固态电池的电动汽车,续航里程将大幅提升,可与目前燃油车相媲美。 

与此同时,北汽新能源也宣布完成对首台搭载固态电池系统的纯电动样车的调试。2020年初,北汽新能源发布了“2029计划”,其中包括以锂离子电池、固态电池、燃料电池“三位一体”的能源驱动系统构建多元化能源体系。 

对于这场即将而来的激战,宁德时代也做出了相应布局。 

2020年5月,宁德时代董事长曾毓群透露,真正的固态电池需要用金属锂作负极,这样才能提高能量密度。宁德时代在持续对固态电池等技术进行前沿研究和产品研发投入。 

显然,在动力电池领域,一场基于固态电池的卡位战已悄然拉开序幕,而基于固态电池的技术领先,将成为动力电池领域的一道分水岭。 

固态电池仍面临桎梏 

根据SNE Researchd的测算,2025年我国固态电池市场空间有望达30亿元,2030年有望达到200亿元。 

尽管市场空间巨大,但摆在固态电池面前的有两大难题,技术和成本。目前,全球固态电池中固态电解质主要有三个材料体系,分别为聚合物全固态、氧化物全固态和硫化物全固态电解质,而蔚来提到的固态电池实则是半固态电池,即液态电解质和氧化物固体电解质的混合。 

从量产可能性角度看,固态电池确实可以很好地解决目前液态电池的安全性问题。然而,由于前两个材料体系的电导率问题是一个理论问题而不是工艺问题,因此仍需要一定时间的研发投入加以解决,另外,硫化物体系的“生产危害性”也暂时无法得到有效处置,且成本问题较大。 

固态电池的产业化道路仍然障碍频频,想要真正享受固态电池的能量密度红利,必须更换能量密度更高的锂金属负极体系,通过固态电池的安全性保障将其实现,其电池能量密度可达500Wh/kg以上。但这个难度仍然很大,固态电池的研发还处于实验室科学试验阶段,距离产业化还比较远。 

一个可以列举的例子是,2020年3月,哪吒汽车发布了一款搭载固态电池的新车型哪吒U,据哪吒汽车透露,哪吒U计划于去年10月份申报工信部公告,年底前量产500台。然而截至目前,500台哪吒固态电池汽车仍不见踪影。 

不过,即便固态电池已经具备了成熟的技术,批量投产还需要解决与液锂电池的成本较量,李斌也曾表示,固态电池量产的难度在于成本过高,成本问题是固态电池技术商业化的最大挑战。 

从本质上讲,续航里程与使用成本(整车与更换电池成本)目前仍是电动车的薄弱环节,任何新技术的成功都必须同时解决这两大问题。据推算,同样采用石墨负极的固态电池总成本为158.8$/kWh,要比118.7$/kWh的液态电池总成本高出34%。 

整体来看,固态电池仍处在过渡阶段,技术和成本难题亟需破解。尽管如此,对于动力电池行业而言,固态电池仍是下半场卡位战的必争高地。 

新一轮电池技术革命即将到来,谁也不想在下半场战事中落于人后。

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