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【原创】错过动力电池市场?固态电池风口才刚到!

青黎

2021.11.23  |  点击 1585次

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导读 固态电池,业内将其视作能够解决行业痛点的新一代动力电池。在对动力电池的三大要求——安全性、能量密度和循环寿命方面,固态电池具备优于传统锂离子电池的潜力。

中国粉体网讯  2019年诺贝尔化学奖得主,锂离子电池之父约翰·古迪纳夫曾坦言:“在现如今的科学技术帮助下,锂离子电池能量密度每年约增加7-8%的效率的速度,已经完全跟不上时代的发展需求。”在他看来,在整个第三次工业革命之中,人类的发展在很大程度上受到了电池发展的掣肘和影响。倘若电池技术能够出现新的突破,那么与之相关的所有技术都将出现爆发性的增长。


现如今越来越多的人选用新能源汽车,电动汽车就是其中最出名的一种。然而这类汽车面临的最大问题就是,电池不给力!电池的续航能力以及提供的动力都无法和汽油相提并论。倘若这个问题能够解决,那么未来的汽车行业或许将发生天翻地覆的变化。



政策+技术,新能源汽车销量加速提升


当前,在政策引导和技术不断优化加持下,全球新能源汽车销量与渗透率加速提升,发展前景十分广阔。


公开数据显示,今年1-9月,全球广义新能源乘用车销量达到621万辆,其中插混、纯电动、燃料电池的狭义新能源车全球销量达400万辆,同比增长196%,而中国市场新能源汽车同期累计销量215.7万辆,同比增长185.3%。


申港证券预测,2021年中国新能源汽车销量有可能突破300万辆,同时全球电动车销量将突破600万辆,同比增速达到74%;并有望在2022年和2023年度继续保持65%以上的增速。到2025年全球新能源汽车占比预计突破50%。


动力电池,新能源汽车核心部件


在此背景下,动力电池作为新能源汽车核心零部件成为各方“势力”抢先争夺的战略制高点。



目前,几乎占据整个新能源汽车市场的两大主流动力电池技术是磷酸铁锂和三元锂,而两者市场之争暗流涌动,又各有所长。


“磷酸铁锂电池制造成本较低,安全性高,但电池能量密度不够高,续航里程较短;而三元锂电池能量密度容量较大,续航里程较高,但成本略高,稳定性较低,安全性提升空间较大。所以,续航焦虑、充电焦虑、安全担忧是当下新能源汽车比较集中缓解空间又受限的主要痛点。”资深汽车研究员张翔表示。但是,无论是磷酸铁锂还是三元锂电池,锂离子电池都存在一个安全问题:液体电解质的可燃性。所以无论储能或电动汽车,想要安全首先要解决液体电解质的可燃问题。


固态电池,新一代动力电池


固态电池,业内将其视作能够解决行业痛点的新一代动力电池。在对动力电池的三大要求——安全性、能量密度和循环寿命方面,固态电池具备优于传统锂离子电池的潜力。“电动车电池技术向固态电池技术变迁是必然的,而电池就像燃油车的发动机一样,是车企未来的核心竞争力,有必要提前布局重资投入。”汽车数据工厂创始人张晓亮表示。





中国电池工业协会副理事长黄学杰在谈“下一代动力电池产业化之路”时曾表示,未来动力电池技术,是全固态电池,这是革命性的技术,科技部重点研发计划新能源汽车专项希望通过原理创新开发出全固态电池,等下一代600Wh/kg的电池做出来时,动力电池不仅仅能开汽车,也应能够满足电动飞机的动力需求。


固态电池技术,车企未来的核心竞争力


固态电池的发展备受业界的期待。固态电池更安全,成本也更低,很可能会是锂离子电池的替代品,从而加速电动汽车的普及。固态电池技术有可能将电动汽车充电时间从数小时缩短至10分钟左右。虽然固态电池在短期内还无法实现商业化,但并不影响各大企业对于固态电池技术研发进程的加快!Bloomberg数据预计,2028-2035年,采用固态电池的电动车将增长37倍,而固态电池的成本将下降至40美元/KWh,甚至低于液态电池。


国外车企早已认真开始与固态电池相关的研究和开发的动向。


整车企业中,丰田已在固态电池领域研发布局多年。2008年2月,丰田与伊利卡达成合作,共同研发固态电池;2019年5月,丰田公司展出了处于试制阶段的全固态电池样品;2025年,丰田公司搭载硫化物固态电池的新能源汽车计划量产,电量从0充电至100%仅需15min,能量密度达到450W·h/kg。


2022年开始,宝马集团计划将SolidPower研发的100Ah固态电芯用于固态电池车规级标准的测试及其和整车的集成。宝马计划在2025年前制造出一款搭载固态电池的原型车,并在2030年将技术应用于量产车。


福特的目标是在2022年底前投入运营,并计划开发和制造锂离子电池和固态电池。今年,宝马和福特宣布向美国新创企业SolidPower扩大出资,以扩大其的生产能力,并将使SolidPower有望在10年内,量产供应电动汽车所需固态电池。


2021年3月,大众集团公布了固态电池计划。大众集团与美国固态电池公司QuantumScape开展密切合作,不仅在2018年投资1亿美元与其建立合资公司,还在2020年追加了2亿美元投资。大众集团预计2025年之后就可以销售固态电池车型。


2021年4月,现代汽车在电话会议上宣布正在开发固态电池,并计划在2030年将首批采用该技术的汽车投入批量生产。早在2018年,现代汽车就已经投资了SolidPower。2021年7月,据报道现代汽车公司向SolidEnergySystem(SES)投资1亿美元,以确保下一代电池技术。


2021年10月,通用汽车在密歇根州沃伦设立威利斯电池创新中心,以加快锂金属和硅以及先进电池等新技术的开发。通用汽车目前拥有2000多项与电动汽车电池技术相关的专利,其中包括60项专利和商业秘密,以及46项未来电池发展重要领域的正在申请专利,如锂金属电解质、正极、负极和粘合剂。


聚焦固态电池技术,多方联合推进


在电池研究方面,国内企业虽不及欧美、日本等国起步早,但是市场参与者众多,院所、车企、电池企业等密切合作,也推进了固态电池装车试验进程。


11月9日,天津市捷威动力工业有限公司与中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所共建的“固研先进电池联合实验室”,在苏州产业园区正式成立并举行签约揭牌仪式。联合实验室将聚焦固态电池的关键技术研发、提升电池安全性能。此次也是双方在已有“高比能电池安全性提升”合作基础上的延伸和扩展,表明了捷威动力进一步加大前沿电池技术布局及加速技术创新的决心。


“基于原位固态化的高能量密度电池,将在明年年底实现2GWh的量产。”中国科学院物理研究所研究员李泓,近期透露了卫蓝新能源的开发目标,”这款电池的单体能量密度可以达到350Wh/kg,支持1000公里的续航。”尽管李泓所说的即将批量装车的“原位固态电池”仍是一款半固态电池,但其高安全性和高能量密度的属性,依然让业界对半固体电池这一介于液体锂电和固态电池的过渡产品充满了期待。


“不仅是卫蓝,还有几家企业也都会在明年实现GWh级(半固态电池)的量产。”在行业人士看来,虽然明年或将成为半固态电池大规模商业化的“元年”,但真正意义上的固态电池才是行业共同努力的方向,“如果中期时间内(10年左右)车用全固态电池技术将迎来突破性进展和快速发展期,那么其将成为电动汽车取代燃油汽车的制胜利器。


此外,Sakuu公司的锂金属固态电池生产试验线已经开始建设,将于2021年底前完成,投产后每年将能生产高达2.5兆瓦时的固态电池,大规模生产预计将在2022年进行;浦项科技大学创建了一种“无死区”聚合物电解质,从而加快离子传输速度,推进全固态电池商业化。


固态电池,后锂电时代的必经之路


一场全球范围内的全固态锂二次电池技术竞赛已经开启,虽然固态电池仍未实现大规模商业化,但其作为“后锂电时代的必经之路”已是行业共识。随着全球加快固态电池的研发、各国政策支持与商业组织的投入,固态电池的发展呈现出下列趋势:


(1)固态电池被列入多国战略规划后,2021年或将成为固态电池市场的培育期,相关的产品规划和研发投入将加剧;


(2)2022-2025年,企业致力于提升电池能量密度并逐渐向固态电池转变,预计全固态锂二次电池2023年前后开始进入终端市场,随着循环性、倍率、高低温、安全性等综合技术指标的提升,逐步进入电动汽车市场,少部分高端动车上将搭载固态电池;


(3)2026-2030年,随着量产及技术突破,固态电池能量密度达500Wh/kg。成本追上液态锂电池,迎来市场成熟期,2030年前后全固态电池可能将较为普及。


小结:


随着汽车四化深入发展,电气化已经成为全球汽车发展的一个重要方向。汽车电气化飞速发展的背景下,作为上游产业链的电池供应商们也迎来了水涨船高的利好市场。电池就像电动车的心脏,我们坚信固态电池将成为使新能源汽车更安全、性能更理想的关键技术。


参考来源:


中国经营报、电池联盟、财联社、蜗牛工场、高工锂电、第一锂电网等

中国粉体网粉体大数据研究:《中国固态电池产业发展研究报告2021~2022》

董昊旻,王军雷等. 基于专利分析的丰田固态电池技术研究

杜莎. 固态电池步入“军备竞赛”阶段,大规模量产仍待工艺与成本突破


(中国粉体网编辑整理/青黎)


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