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歐美日韓搶先布局 固態電池獲政府大手筆扶持

  • 發表于: 2021-12-07 13:34:09 來源:中國汽車報

數據顯示,今年前10個月,國內新能源汽車產銷分別完成256.6萬輛和254.2萬輛,同比均增長1.8倍。同期,國內動力電池裝車量累計107.5吉瓦時(GWh),同比上升168.1%。

隨著新能源汽車及動力電池市場的增長,性能與安全性更好的固態電池成為車企爭先布局的新技術。“歐美日韓都在加大固態動力電池的布局,均已制定了國家戰略,加大政府和民間的投入,并且組建跨行業的產業聯盟,意在新一代動力電池領域搶占制高點。”中國電動汽車百人會副理事長董揚表示,歐美日韓加大固態動力電池的研究,絕不是因為液態電解質鋰離子電池技術不能滿足新能源汽車發展要求,而是因為我國已占得部分先機,他們希望在新一代電池領域挽回劣勢。我國動力電池發展現狀究竟如何?詳見10~11版。

歐美日韓搶先布局 政府大手筆扶持

固態電池的全球競爭中,歐美日韓從企業到政府都在大力支持固態電池技術研發與產業布局。

11月22日,荷蘭3D固態電池初創公司LionVolt宣布完成400萬歐元(約合人民幣2874萬元)的種子輪融資。至此,該公司今年的總融資額已超500萬歐元(約合人民幣3592萬元)。

對于固態電池布局,歐美及日韓企業日益重視。“如今的動力電池領域,市場競爭更多體現為技術競爭,固態電池也是如此。今天的布局,就是為了搶占明天的市場份額。”長三角研究院新能源應用技術研究中心研究員梁筱磊向《中國汽車報》記者介紹,歐美日韓相關企業都在緊鑼密鼓進行布局。

在歐洲企業中,寶馬近來深化與美國固態電池公司SolidPower的合作,再投1.3億美元(約合人民幣8.3億元)用于固態電池技術研發,并計劃于2022年裝車測試,2025年前推出固態電池原型車,2030年前用于量產車。大眾集團也正與美國固態電池公司量子科技(Quantum Scape)密切合作,先后投資3億美元(約合人民幣19億元),計劃2025年量產固態電池。戴姆勒與加拿大魁北克水電公司合作開發固態電池,并在德國開始建設歐洲最大規模動力電池工廠。

美國車企中,福特也投資了美國固態電池公司Solid Power,希望獲得穩定的固態電池供應。通用汽車的固態電池研發項目,獲得了美國能源部910萬美元(約合人民幣5815萬元)撥款。

在日韓企業中,豐田已經在實驗室制成續駛里程超過1000公里、15分鐘可充滿的固態電池,且正在概念車上測試。豐田還與松下合資成立固態電池公司,其計劃在2025年量產搭載固態電池的電動汽車。韓國現代已先后向美國全固態電池企業Solid Power和Solid Energy System(SES)投資;而韓國電池供應商SKI近日也向Solid Power投資3000萬美元(約合人民幣1.9億元),獲得了Solid Power的固態電池相關技術及生產工藝的使用權。

不僅是企業,政府及地區組織也對固態電池給予了大力支持。“國外政府、機構對固態電池也是高度重視。”西北工業大學新能源應用技術研究中心研究員于冬生向《中國汽車報》記者談到,在歐洲,德國政府投資10億歐元(約合人民幣72億元)支持固態電池技術研發與生產,并支持建立動力電池研發聯盟,聚焦固態電池技術開發。目前,包括德國瓦爾塔邁科電池公司、巴斯夫、福特德國公司、大眾汽車集團等都自愿加入這一聯盟。歐盟還批準了歐洲固態電池投資專項計劃,由歐盟多國共同出資32億歐元(約合人民幣230億元),同時從私人投資商中籌集50億歐元(約合人民幣360億元),用于發展固態電池。

美國能源部今年10月宣布為26個實驗室項目提供2.09億美元(約合人民幣13億元)的資金,開發固態電池及快充技術。日本政府計劃為固態電池提供數千億日元規模的研發補助資金。韓國政府決定將在未來5年投資300億韓元(約合人民幣1.6億元)用于支持開發全固態電池。

國家層面的重視,是技術與產業發展重要的助推器。“盡管目前對于下一代電池的認識并不統一,但歐美認為,固態電池就是鋰離子電池的終極形態,因此出爐了多項固態電池發展規劃。”深圳先進技術研究院新能源創新技術中心研究員胡豐林向《中國汽車報》記者表示,繼歐盟推出《電池2030規劃》及《2030電池創新路線圖》后,近來芬蘭也發布了《2025年國家電池戰略》。今年6月,美國發布《美國鋰電池2021-2030年國家藍圖》,對固態電池發展作出部署。

日本的下一代電池規劃中,將固態電池與氫燃料電池作為扭轉當前日系動力電池市場份額落后的抓手。韓國制定了《“K電池”國家戰略》,明確了發展固態電池的重要價值。“這些來自政策、資金等方面的支持,都表明了各國對于發展固態電池競爭的高度重視。”胡豐林認為。

國內企業緊追不舍 技術路線有差異

在國內,多家電池及相關企業也在攻關固態電池。董揚指出,我國目前固態動力電池研究并不落后,在世界科學期刊發表文章數已居世界第一。當前,需要加強政府支持和指導、產學研合作、上下游合作和市場化產業鏈建設。

近日,國內相關企業的一系列動作,引發業界高度關注。“國軒高科為國內某高端純電動車配套半固態電池實現超1000公里的續駛里程,比第一代車型提高了1倍。”11月20日,國軒高科董事長李縝的公開表態引發廣泛熱議。

巧合的是,此前,蔚來汽車掌門人李斌在介紹蔚來新款轎車ET7時也表示,ET7搭載的是能量密度達360Wh/kg的150kWh半固態電池,續駛里程將超過1000公里。由雙方發言要素的契合度,業內推測,為ET7供應半固態電池的或正是國軒高科。

而國軒高科正在積極籌備2022年為ET7配套量產半固態電池,在一定程度上也得到了證實。“目前,半固態電池是在技術、工藝方面比較成熟的前提下可以快速實現產業化的方案。國軒高科原定2025年將半固態電池投放市場,但根據目前的進度判斷,肯定會提前。”國軒高科工研總院常務副院長徐興無告訴記者。

值得注意的是,2020年5月,大眾汽車(中國)投資有限公司宣布投資約11億歐元(約合人民幣79億元),獲得國軒高科26.47%股份并成為大股東。但是,大眾入股國軒高科后,對國軒高科的三元鋰電池似乎并不感興趣,多次透露出推動國軒高科盡快提高磷酸鐵鋰電池能量密度并加速固態電池的研發。“我們的努力,決定著大眾的資金是否能到位,所以,只有加速研發。”徐興無向記者表示。

事實上,此前,蔚來ET7的電池供貨商一直被疑為另一家電池企業清陶能源。“清陶將發布的最新款固態電池,續駛里程可達1000公里,同時支持快充模式,充電15分鐘可實現續駛600公里。”清陶能源董事長馮玉川如是介紹,該產品電池單體實測能量密度為368Wh/kg。

對于清陶能源固態電池,業內也有推測。“這應該也是半固態電池,因為全固態電池產業化有一系列技術難題全球都沒有解決。”一位不愿透露姓名的業內專家告訴記者,從能量密度和續駛里程指標上看,清陶能源固態電池與國軒高科的半固態電池十分接近。

在國內企業中,蜂巢能源、衛藍新能源等電池企業都在開發半固態電池,蜂巢能源已經發布的“果凍電池”,是一種半固態電池。而且,有鑒于目前動力電池市場需求增長迅速和全固態電池難以一時產業化等因素,國內多家動力電池企業都開始轉向能更快實現量產的半固態電池。“我們已放棄全固態電池技術研發,選擇固液混合的半固態電池路線。”電池企業SES掌門人胡啟朝所言,代表了部分情況類似的企業的現實選擇。

目前,國內的動力電池企業結合自身及市場實際,都有著自己的選擇。“從企業層面看,國內主要有三種選擇。”上海大學新能源產業創新研究中心研究員羅向群在接受《中國汽車報》記者采訪時表示,一種是走半固態電池路線者,如浙江鋒鋰、衛藍新能源等;另一種是選擇全固態電池路線,如比亞迪已公布了固態電池相關產品計劃,天際汽車與輝能科技簽約固態電池供應合同等;三是選擇“兩條腿走路”,兼而有之者,如國軒高科、蜂巢能源等。

中外企業相較,在技術路線選擇上有所不同。“目前歐美日韓大多數企業的研發目標依然是全固態電池,而國內部分企業選擇半固態電池,更注重眼前的市場應用,也是為了適應國內車企的需求。”浙江大學新能源協同創新中心研究員林弘昌向《中國汽車報》記者談到,這是出于不同的市場環境所作出的選擇。

半固態電池或是突破口 3~5年后有望產業化

近年來,在全球動力電池市場競爭中,中國企業累計所占市場份額名列前茅。“固態電池可以做到既達到能量密度高,又具備重量很輕、很薄、體積小、柔性化的特點。”華東汽車新材料技術研究院研究員林澍文向《中國汽車報》記者談到,理論上,固態電池正負極之間的距離可以縮短到幾微米,由此,即使是脆性的陶瓷材料,在厚度薄到毫米級以下后也是可以彎曲并有柔性的,可以用在更多的電子產品上。他表示,從材料角度看,如果把2010年日產聆風應用的錳酸鋰電池看作是第一代動力電池,目前的三元鋰電池和磷酸鐵鋰等電池可以算作是第二代動力電池,續駛里程比第一代增加了1倍多。未來最優選的下一代動力電池,更多人認為是全固態電池。

但是,在技術路線上,中外企業仍有所不同。“目前,在固態電池技術研發中,中外企業都有各自的技術路線。”梁筱磊表示,雖然目前還沒有國際通用的分類方式,但一般是按照固態電池電解質的不同,劃分為三大技術路線,即聚合物、硫化物和氧化物,且各有短長。一是聚合物固態電池,其聚合物雖有較好的高溫電導率,而在常溫下其電導率不高;二是硫化物固態電池,硫化物電解質的綜合性能較好,有比傳統液態電解質更高的離子電導率,但卻極易與空氣中的水、氧氣等發生反應產生碳化氫等有毒氣體;三是氧化物固態電池,目前氧化物電解質依然不夠穩定,但成本較低。“因此,還有許多難題有待破解,而且國內外企業也有各自不同的路線選擇。”梁筱磊談到,日韓企業多采用硫化物固態電解質技術路線;中國企業多以氧化物路線為主;歐美企業選擇則呈多樣化,如Solid Power主要走硫化物路線,Quantum Scape則選擇了氧化物路線。

而在固態電池的材料、構造、加工等方面,依然存在技術難題。“全固態電池預計最快也要3到5年后才能走向產業化。”于冬生表示,目前的固態電池難題,一是存在固-固界面接觸時,內阻較大,循環性能、倍率性能差等問題;二是加工工藝難度大,如硫化物固態電解質對生產環境要求苛刻,需要隔絕水和氧氣,同時涉及薄膜沉積等與現有液態鋰電池完全不同的生產工藝,大規模量產技術尚未解決;三是生產成本高,固態電池生產制造成本占比超50%,而目前的液態鋰離子電池生產成本僅為20%~30%。

“吃著碗里看著鍋里” 加快布局產業鏈

目前,全球業界的主流見解是將固態電池視為下一代電池主要技術之一,其自身的優勢可以解決當前鋰電行業安全和能量密度等問題。董揚指出:“我們要在鞏固鋰離子電池優勢的基礎上,‘吃著碗里看著鍋里’,給予固態電池研發足夠的重視。“

在國內電池相關企業中,有多家企業公布了固態電池研發進度或量產時間表。得到一汽、蔚來、愛馳等車企支持的電池企業輝能科技,預計將在2023年進行試產,2024年量產固態電池。而且,輝能科技的原型固態電池樣品的能量密度達到383Wh/kg,而且還有進一步提升空間,整體性能會優于半固態電池。

與此同時,清陶能源總投資55億元的宜春固態動力鋰電池項目一期工程,規劃固態電池產能10GWh,其中一期產能1GWh,二期產能9GWh。衛藍新能源的1GWh固態電池產線即將建成,計劃2026年后將形成產能20GWh。贛鋒鋰電與東風公司合作,第一代半固態電池產品能量密度達280Wh/kg,第二代固態電池基于高鎳三元正極、含金屬鋰負極材料,能量密度超過350Wh/kg。

這輪投資、擴產為固態電池量產“上車”奠定了基礎。“從目前的動力電池技術看,固態電池具有良好的發展前景,這也是吸引眾多企業紛紛新建或擴充產能的原因。”胡豐林表示,固態電池一旦進入大規模量產,其成本可以降至目前鋰離子電池的40%左右。

近年來,國內對固態電池的政策支持力度也在不斷加大。2020年11月,國務院辦公廳印發的《新能源汽車產業發展規劃(2021~2035年)》中,明確要求“加快固態動力電池技術研發及產業化”。據預測,2020~2030年我國固態電池出貨量將高速增長,至2030年或將突破250GWh。到2030年,我國固態電池市場空間或將達到200億元,較2020年實現百倍增長。

英國專業電池研究機構法拉第研究所預測,到2030年,在交通運輸領域內,固態電池的應用占比將達到5%;到2040年,其份額將穩步上升至30%。法拉第研究所還表示,當前行業對固態電池的研發是長期的,或與高風險相伴,但也有可能獲得高回報。

道路曲折,前途光明,似乎是所有科學技術進步的規律。“對于中國企業而言,或許起步相對較晚,但技術創新的關鍵是事在人為,固態電池亦是如此。”林弘昌認為。

》》》 短評

不必妄自菲薄,也不能盲目自大

先進技術的競爭,永遠是實力的比拼。近來,隨著固態電池關注度持續升溫,也反映出一些耐人尋味的現象,其中可以看到歐美日韓的高度重視及大力投入,也能看出國內行業的真實情況。對于眼下的國內行業而言,雖是瑕瑜互見,喜憂參半,但既不必妄自菲薄,也不能盲目自大。

首先,令人欣慰的是,在固態電池國際競爭加劇的背景下,國內動力電池相關企業的固態電池研發與產業化也在加速,并且在半固態電池產業化方面正在形成先發優勢,國軒高科、清陶能源等企業即將量產,無疑是一個好消息。今年以來,新能源汽車產銷量持續實現月度“十連增”,電池需求高企,對更為安全可靠、性能優勢的固態及半固態電池的市場需求也在水漲船高,同步增長。因此,與國外多數企業堅守全固態電池路線相比,以半固態電池先行解決行業急需的探索,似乎并無不妥。

其次,固態電池技術在國內的發展,并非高枕無憂。一是起步較晚,先不說研究固態電池的諾貝爾獎得主都在歐美,歐美日韓的高度重視,大力投資,豐田等頭部企業率先向固態電池尋求突破,都是為了從長遠著眼,搶占未來固態電池市場先機。而在國內專家眼中,國內固態電池研究還比較分散,沒有組建“國家隊”,也尚無頭部電池企業的強力技術突破。而在出現半固態電池之后,又有多家電池企業涌向半固態電池,趨眼前之利現象明顯,這些對于長遠發展,以及面對未來激烈的固態電池全球市場競爭時令人堪憂。

再者,希望國內動力電池相關企業以全球視野、長遠眼光,高度重視全固態電池技術研發與儲備。從作為技術風向標的專利來看,近10年來全球范圍內固態電池專利年度“百強”中,前15名沒有出現過中國企業,而豐田多年來始終名列前茅。由此,國內企業應該警醒,為更長久的市場份額考慮,也應該以更大的力度去投入全固態電池的研發,而且如果能像歐洲一樣組建聯盟,則更能體現行業的集聚優勢。

總之,以科學的態度看清現實,揚長補短,腳踏實地去研發和儲備技術、破解難題,規劃布局,才是國內固態電池企業未來參與全球競爭的取勝之道。(記者 趙建國)

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