鉅大鋰電 | 點擊量:0次 | 2020年02月24日
深評:風口將至?固態電池量產進展解析
汽車電動化進程中最根本的當屬動力鋰電池領域,但由于2019上半年特斯拉、蔚來、比亞迪等先后發生車輛自燃事故,包括最近剛剛火了的威馬,都導致消費者對三元鋰離子電池安全性的擔憂與日俱增,可以說給電動汽車產業發展潑了一盆涼水。
另一邊,新興造車勢力恒大新能源汽車卻在如火如荼地擴張,四處招兵買馬,僅九月對外公布的招募令中,就計劃招聘8000人,其中與固態電池相關的職位便赫然在列。事實上,固態電池由于其爆炸風險低、能量密度高等特點,市場對其能成為下一代電池的呼聲和關注度一直很高。但國內與固態電池相關的政策及法規形勢是什么樣?目前市場中車企的應用水平到底如何?未來應用后,又會給新一代電動汽車帶來那些變革?帶著這些話題,我們來一探究竟。
60s快速了解核心論點:
1、政策端,宏觀上國家號召重點推動固態電池的應用,同時通過電動汽車補貼法規等,要求提升動力鋰電池的能量密度,變相倒逼車企應用固態電池;
2、海外車企應用形勢上,豐田規劃較激進,計劃在2020年商業化,其他韓、歐車企計劃在2025年左右落地該技術,目前多數海外車企正通過強強聯合或投資美國初創公司方式,進行技術開發;
3、預計在2021年,國內進入固態電池應用初期,新興造車勢力天際等率先使用,電池能量密度達到300Wh/kg;在2025年左右,進入固態電池應用中后期,傳統造車勢力長城、北汽等也參與到市場競爭中,能量密度或達到近500Wh/kg;
4、搭載固態電池后,預計未來高車級電動汽車型將增多,同時在產品端續航里程、電池安全性、空間靈活性等都會得到質的提升。
固態電池相關政策動向:逆向倒逼,技術應用的必然
日本最大公立研究組織新能源產業技術綜合開發機構(NEDO),在2008年公布的電池研發路線圖中,就明確指出,要將固態電池作為未來新一代電池的發展方向。
而我國也一直力爭在該領域取得全球領先地位,所以在2017年二月由工信部等四部委聯合公布的《促進汽車動力鋰電池產業發展行動方案》通知中,便首次提出要重點推動固態電池等新體系動力鋰電池的應用,力爭使單體電池能量密度在2020年和2025年分別達到400Wh/kg以上及500Wh/kg。
事實上,為落實國務院公布的《節能與新能源汽車產業發展規劃(20122020年)》,即在2020年,新型鋰離子動力鋰電池的單體能量超過300Wh/kg,系統能量超過260Wh/kg的目標,過去國家一直在政策端不遺余力鼓勵車企搭載的動力鋰電池向高能量密度、低電耗技術方向發展。
近三年來,新能源車補貼標準嚴格化趨勢就是最好的例證。自2017年開始,在純電動汽車補貼標準將電池能量密度納入考量后,2018年及2019年繼續對電池能量密度的準入門檻及要求水平提出嚴苛限制(目前國家補貼金額=標準補貼額*電池能量密度加權值*電池能耗率系數),倒逼車企電池進行技術升級。
也正是通過這種政策上的變相引導,使得我國新能源車用動力鋰電池水平的發展取得了舉世矚目的成就。僅根據工鋰離子電池廠家信部新能源車推廣目錄統計數據看,純電動乘用車配套的動力系統能量密度從2017年第1批的100.1Wh/kg攀升到2019年第7批的150.7Wh/kg,同比提升51%。但同時,我們也不得不承認,根據目前國內市場中續航里程排名靠前的重要車型來看,電池系統能量密度均不超過185Wh/kg。
換句話說,在如今電動乘用車大多采用三元鋰離子電池的體系下,300Wh/kg的電池密度目標已經成為不可逾越的天花板,而相比傳統動力鋰電池,固態鋰離子電池的能量密度可以提升1-2倍左右,且沒有自燃等安全事故隱患。顯然,為完成未來動力鋰電池產業發展規劃,同時在相關政策的變相鞭策下,各車企肯定會迎風而上,固態電池商用化的趨勢也成為必然。
海外車企發展形勢:搶跑了,但新一代固態電池應用時間上,卻與國內規劃目標接近
當前,在世界汽車產業全面新能源化趨勢不可逆轉的背景下,固態電池作為下一代電池的重要選擇,在全球范圍內受到廣泛關注。
海外市場車企應用固態電池動向國家品牌應用動向法國Bolloré在2011年底,Bolloré開始利用自主開發的電動汽車Bluecar和電動巴士Bluebus在法國巴黎及其郊外供應汽車共享服務Autolib,累計投入約3000輛搭載30kWh固態聚合物電池+雙電層電容器為動力系統的電動汽車(電池能量密度100Wh/kg,車型續航120km);德國大眾2018年八月,大眾CEO宣布,計劃在2024~2025年,實現固態電池裝車(續航1000公里),擬自建固態電池工廠;
預計投資500億歐元,在我國、歐洲及北美開展動力鋰電池長期戰略合作項目(2018年六月,大眾已與美國固態電池初創公司QuantumScape展開合作,致力于在2025年前將在研發的固態電池量產);
BMW在2017年十二月,與美國電池技術公司SolidPower技術合作,共同開發車用固態電池,計劃在2026年實現量產;奧迪計劃在2023年,推出采用固態電池的全新高性能運動車型;韓國現代2018年七月,繼三星、戴森后,投資美國初創公司IonicMaterials,研發固態電池,計劃在2025年量產該技術;日本豐田2019年五月,展出正處于試制階段的全固態電池樣品,并計劃在2020年東京奧運會期間,向公眾展示搭載硫化物固態電池的電動汽車,開啟固態電池商業化;
在2019年一月,宣布在2020年前與松下設立開發、生產電動汽車等車載電池的新公司,致力于開發、量產固態電池(前期研發方形固態電池,后期計劃發展更高密度的新一代全固態電池)
本田及日產等2018年六月,與松下、豐田等23家汽車、電池和材料公司,以及京都大學、日本理化學研究所等15家學術機構,共同合作研究,計劃到2022年,掌握全固態電池核心技術,到2030年前后將每千瓦時電池組成本降至鋰離子電池的1/3左右,將快速充電時間也縮短至1/3;美國通用2019年八月,美國能源部將向通用汽車撥款910萬美元,其中200萬美元明確表示與固態電池的研發有關;福特2019年四月,由福特、三星等聯合完成了對美國固態電池初創公司SolidPower的B輪融資;同時,福特與SolidPower達成合作,雙方著手研發下一代電動汽車用全固態電池;制表:汽車之家行業頻道數據來源:截止到2019年九月,車企及媒體數據整理從大勢上講,真正高水平的固態電池將在2020年前后,以先行落地少量試制產品的方式,將逐步開始商用化,并在2025年左右,真正在全球范圍內普及開來。
首先,按各個區域的發展形勢來看,法國雖然在車載固態電池上的應用最早、普及應用率也高,但是由于其技術水平低,實際參考意義不大。而針對目前受追捧的高水平固態電池,根據公開信息顯示,日本車企整體技術規劃及應用進度整體較快,其中最為領先的當屬豐田,已經對外展示了處于試制階段的固態電池樣品,并計劃在明年奧運會期間,率先將搭載高水平固態電池技術的電動汽車進行小批量的投放使用。
其次,是德國及韓國車企,包括奧迪、寶馬、大眾及現代在內,均制定規劃,預計在2025年前后將量產目前正在研發的固態電池,其中奧迪的規劃水平相對靠前,計劃在2023年推出應用該技術的高性能車型。而按各公司的技術發展模式來看,重要有兩種形式,分別以日本、日歐公司為代表。具體來看,日本車企通過與本國傳統公司及機構強強聯合,在2018年便協同38家單位成立研發同盟,以抱團取暖的方式,加快技術革新,并計劃在2022年掌握固態電池核心技術。
而韓國和歐洲車企,則大多通過與美國新興初創公司進行戰略合作,推進固態電池的研發,比如BMW、福特等都與美國電池技術公司SolidPower合作,其中福特更是對該公司進行了投資,以強化雙發研發全固態電池的協同效果;無獨有偶,現代汽車也在三星、戴森之后,投資于美國初創公司IonicMaterials,進行電動汽車用固態電池的研發,并計劃在2025年量產。
此外,為了在未來固態電池普及化后,在電池供應端上不受牽制,以德國大眾汽車為代表,均計劃擬建自營的固態電池生產工廠,以減小在核心業務板塊上對外部電池制造商的依賴。可以看到,眾多海外車企,或在本國區域內拉攏強勢集團、又或者聯合海外新興技術公司,紛紛加快布局固態電池的研究和開發。雖然目前整體都處在技術普及化應用的前夜,但相對而言,技術成熟度已經較高,這無疑在即將到來的固態電池應用浪潮中,掌握了先發優勢鉅大鋰電。
國內車企應用動向:蓄勢待發,準備亮牌的前夜
國內整體形勢上看,只有部分我國品牌車企公布了明確應用固態電池的規劃,但數量上看,占比相對較小。按品牌類別劃分,相比長安、廣汽傳祺等傳統造車勢力在固態電池領域相對低調的動作,以天際、蔚來及愛馳為代表的我國新興造車品牌,在固態電池的布局上則上更為積極。
我國市場車企應用固態電池動向車企品牌電池供應商應用動向愛馳輝能2019年九月,與輝能科技達成合作協議,雙方將共同開展固態電池作為車載動力鋰電池相關技術的開發與應用,推進動力固態電池商業化落地蔚來輝能2019年八月,雙方在臺灣桃園舉辦戰略合作協議簽約儀式,旨在共同打造采用輝能MAB固態電池包的樣車;天際輝能計劃在2021年,將搭載固態電池的ME7量產并上市(電池電芯能量密度300Wh/kg以上,電池包能量密度220Wh/kg),在國內首先將該技術商業化;
2019年四月,在上海車展公布ME-S概念車,搭載的固態電池電芯能量密度達到750Wh/L,支持800V高壓,300kW超級充電,15分鐘實現80%能量補充;
2019年一月,搭載固態電池的天際ME7展車對外公布,是在國內首次將固態電池裝車并公開展示的樣車;
比亞迪在2018年分拆比亞迪的電池事業后,加大了對固態電池的研究,并計劃在2022-2027年左右,推出搭載目前正在研發的固態電池車型;上汽2018年十一月,對外開始進行固態電池開發系統的招標,預計后續公布技術落地計劃;
2016年一月,繼通用汽車之后,對美國初創電池公司麻省固體能源公司投資,幫助其研發新一代固體電池;
長城蜂巢能源計劃搭載長城控股附屬子公司蜂巢能源的固態電池(電池單體能量密度350-500Wh/kg)技術,預計在2025年將搭載該技術的車型量產;北汽清陶能源在2019年七月,北汽集團投資清陶能源公司后,預計搭載該公司固態電池技術的車型將在2025年前上市,其中電池單體能量密度400Wh/kg;吉利2017年,吉利品牌研究院院長,發表規劃稱,預計在2028年固態電池應用技術成熟,實現規模應用,緊湊級電動汽車續航能達到800km;制表:汽車之家行業頻道數據來源:截止到2019年九月,車企及媒體數據整理而根據這兩大勢力的技術應用規劃,可將固態電池在國內應用劃分為三個時期,即目前到2021年,為固態電池市場孕育期,各方均未投放產品,只進行相關產品的規劃和研發,市場仍是三元系電池的天下;在2021~2025年,進入固態電池應用初期,電池能量密度達到300-500Wh/kg,屆時搭載固態電池的鋰離子電池車型將成為電動汽車市場中的高端品;在2025~2030年左右,甚至在未來更長時間里,才能真正迎來市場的成熟期,到時固態電池能量密度才能突破500Wh/kg的天花板,真正在市場中普及開來。
具體車企來看,在固態電池應用前期,新興造車品牌是主力,通過背靠大樹,以與國內實力較強的固態電池供應商合作方式,搶占了市場先機。其中,以規劃進程最快是天際汽車,在2019年初,便公布了國內首款應用固態電池的試裝車ME7,搭載的輝能電池能量密度達到300Wh/kg,電池包能量密度達到220Wh/kg,并計劃在2021年進行批量生產及上市。而同年,蔚來和愛馳也緊隨其后,宣布與輝能合作,開始著手應用車載固態電池技術。
而到了固態電池應用中后期,長城、比亞迪等傳統造車公司才逐漸走向前臺,通過依托母公司的關聯公司,推進固態電池技術的開發和應用。以長城汽車為例,通過母公司下屬的蜂巢能源,預計開發的固態電池單體能量密度達350~500Wh/kg,并計劃在2025年左右上市;而北汽集團通過對清陶能源的注資,估計在2025年前上市的新車,將搭載合作公司單體能量密度為400Wh/kg的固態電池。
我國電池供應商固態電池動向電池制造商應用動向寧德時代2019年,宣布與戴姆勒奔馳、寶馬展開動力鋰電池方面的合作;
寧德時代已進行多年固態電池研發,重要方向為聚合物和硫化物固態電池(目前,電池單體容量為325mAh、能量密度為300Wh/kg的聚合物鋰金屬固態電池300周循環以上,容量保持率達82%);
清陶能源在2018年十一月,在昆山建立了固態電池生產線。該生產線的年產能為100兆瓦時,計劃到2020年新增到700兆瓦時。與容量為250-300Wh/kg的新一代鋰離子電池相比,其固態電池的能量密度已經超過了400Wh/kg;輝能在美國2019CES消費電子展上,公布固態新能源車電池包,獲2019CES創新獎。這顆電池包顛覆傳統電池芯與電池包設計,在相同整車容量下,體積是傳統電池的一半、重量是傳統電池的7成(軟銀領投公司);比亞迪2018年一月,表示正積極推進固態電池項目,并將其作為下一步研發重點,計劃在5~10年內將固態電池商用化;
2017年八月,申請了一種全固態鋰離子電池正極復合材料及一種全固態鋰離子電池的發明專利;
萬向一二三2019年六月,宣布與先進材料公司IonicMaterials,共同開發出高能量密度、更安全全固態電池,預計在2022年推出市場(在2017年九月,旗下A123已向SolidPower投資)
2017年十一月,旗下Fisker在美國申請固態電池相關專利(EV續航可達800km,充滿電1分鐘)
贛鋒鋰業計劃在2019年底,完成3億元固態電池銷售,并推動2代固態鋰離子電池技術(能量密度達到300Wh/kg);
2019年四月,與德國大眾簽訂戰略合作備忘錄,未來十年將向德國大眾及其供應商供應鋰化工產品,在鋰材料供應協議之外,雙方將在電池回收和固態電池等未來議題上進行合作;
2018年七月,第1代試制電池芯的能量密度超過240Wh/kg,電池單體容量約13Ah,且千次循環后最大電量仍超過90%,充電僅需12分鐘充滿;
2017年八月,通過引進寧波材料所的固態電池博士團隊(從中科院寧波材料所購置固態電池專利),正式切入固態電池板塊,同年十二月,建成第1代固態鋰離子電池生產線;
天齊鋰業2018年五月,宣布開始布局固態電池,與參股公司美國固態鋰離子電池公司SolidEnergy開發和生產具有超高能量密度、超薄鋰金屬電池,開發電解液和負極材料等;
2017年十二月,投資1250萬美元參與SolidEnergy的C輪優先股融資,投資后持股比例11.72%;
國軒高科2018年三月,在投資者互動平臺表示,半固態電池技術已處于實驗室向中試轉換階段,計劃2019年建設中試線;
2018年二月,宣布正在美國和日本分別開發下一代動力鋰電池生產技術工藝與生產設備,將使用半固態電池技術。目前,國軒高科半固態電池技術已處于實驗室向中試轉換階段
珈偉股份2018年七月,旗下36Ah類固態三元軟包電池通過國家強檢,電池能量密度230Wh/kg,循環次數4000次,價格大約1.5元/Wh(2017年七月,在江蘇舉辦固態電池量產公布會);制表:汽車之家行業頻道數據來源:2019年十月前,供應商及媒體數據整理而隨著國內如寧德時代、贛鋒鋰業等電池供應商對固態電池的持續投入和布局,相信國內更多的車企會加入到固態電池應用浪潮中,他們肯定不會錯過這個領域。
固態電池應用后,為下一代電動汽車開啟新世界
根據已上市及近期即將上市車型數據整理,目前整體電動汽車市場中,轎車與SUV的車型數量比例六四開,即轎車的數量更高;同時,按車型級別來看,統計車型中,微小型車占57%,緊湊型車占32%,換句話說,中型及以上的高級車只占比近一成,這與燃油車的各級銷售占比大為不同。
追根溯源,重要原因是當前的三元電池技術,受到電池能量密度的制約,并太不適合打造中大型車。同時,小型車在本身尺寸不大的前提下,由于沒有足夠大的空間安裝電池,很難跳出小尺寸車,乘坐空間小,續航低的魔咒,使用體驗極為不理想。
反觀固態電池,其自身擁有高能量密度(輕量化)、小體積的優勢特點,代表鋰離子電池著應用該技術的新一代車型將擁有更長的續航、更低的車型能耗、更好的空間體驗,并且還支持快速充電,同時更加安全,這一切都將在很大程度上緩解消費者對電動汽車最擔心的里程焦慮問題,打消其對購買電動汽車的顧慮。
同時,對車企來講,由于擺脫了目前電池低能量密度帶來的電池包質量高、占空間大的短板,也肯定會使得更多公司投入中大型級別的高級電動汽車,其產品可行性更具使用價值。而小型車及緊湊級車型,在突破了電池包重量、空間上的界限后,也有望能在新的車型架構之下,商品性得到大幅提升,并落地一些創新性的設計和使用方案。
比如概念車天際ME-S、蔚來EVE等,雖目前無法量產,但其內部的空間布局理念已經極大超越了當下在售車輛的設計限制,譬如環繞式的座椅布局、可旋轉的前排座椅、可多方向移動的靈活座椅、可實現仰躺的后排座椅等都值得借鑒,這些供應類似家居化、客廳級空間體驗的設計,均可以在固態電池時代到來時落地,真正讓消費者將汽車變為移動的生活空間的愿景變為現實。
總結
概括來看,預計到2021年左右,固態電池在我國才會真正落地應用,當下這個趨勢已經十分明晰。而在固態電池普及應用之前,車企若能把握這個機會,無疑能在消費者心中率先建立良好的產品技術認知,并與現有傳統電動汽車型形成差異化形象,在宣傳上先聲奪人,最終達到搶占更多市場份額的戰略目的。
同時,在汽車行業中,新技術的應用一般都是從高級車,逐步普及到中低級車中,從高端品牌,逐步普及到中低端品牌。但就目前來看,國內市場中的豪華、合資品牌對固態電池技術的布局相對滯后,這無疑給眾多謀求提升品牌的我國車企敞開了一扇窗。是選擇保守的穩健型路線,等到2025年技術成熟后再投入應用,還是選擇急流勇進,加快技術落地?相信廣大消費者更希望車企選擇后者。
東莞市鉅大電子有限公司成立于2002年,總部位于我國廣東省東莞市南城區高盛科技園,是一家為全球用戶在移動電源、儲能電源、動力電源和備用電源的個性化需求,供應特種鋰電系統定制化方案和產品的國家級高新技術公司。
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