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电池寿命问题被诟病多年 固态电池会成为新能源汽车的“救星”吗?

发布于:2021-01-17 文章已被124人观看

经济观察网 记者 李靖恒新能源汽车的生产和销售相对于市场有所增长。

1月14日,工信部公布《2020年12月汽车工业经济运行情况》。报告显示,去年新能源汽车产销量分别为136.6万辆和136.7万辆,分别增长7.5%和10.9%。其中,纯电动汽车分别为110.5万辆和111.5万辆,同比分别增长5.4%和11.6%。尽管整体汽车生产和销售数据下降,但新能源汽车市场保持了较高的增长率。

在资本市场上,新能源汽车厂商的股票也备受追捧,新能源汽车的前景似乎无限光明。然而,制约新能源汽车推广的最关键的电池寿命问题一直存在。

更令人担忧的是,虽然很多厂商都声称能够开发生产续航里程更长的电动车,但现在主流电动车锂电池续航里程似乎已经接近一定极限。

固态电池渐行渐近?

电动汽车最大的技术瓶颈是电池容量。同等重量下,决定电池容量的是电池系统的能量密度。其中核心是电池的能量密度(电池系统最小单位:M节电池组成一个模块,N节模块组成一个电池组)。算上电池系统的其他组件,整个电池系统的能量密度会低于单片机。

《中国制造2025》年提出动力电池发展规划:2020年电池能量密度达到300 Wh/kg;2025年,电池的能量密度将达到400 wh/kg;到2030年,电池的能量密度将达到500Wh/kg(这里的密度是指单电池的能量密度)。

但作为国家“863”计划节能与新能源汽车重大项目总体专家组专家成员,肖在“2018中国新能源动力电池与储能产业大会”新闻发布会上表示:“根据国家动力电池技术。根据路线图的规划,2020年锂离子电池的单次能量密度目标为350Wh/kg。从目前的动力电池技术来看,这个目标可能无法实现。”

他当时给出的理由是:“三元锂离子动力电池已经可以看到能量密度的“天花板”。目前高镍材料、碳硅负极的锂电池,最大能量密度应该在300Wh/kg左右。正负不超过20Wh/kg,依靠三元材料锂离子电池应该不可能完成350Wh/kg的技术路线规划目标。”

关于电池技术的未来发展,肖当时进一步表示:“为了实现未来350Wh/kg的技术路线规划目标,可能需要寄希望于新一代锂离子电池或固态电池,但目前这两种动力电池还没有产业化。申请阶段。”

传统的锂离子电池主要由正负极材料、电解液和隔膜组成。正负极材料决定电池的容量,电解液和隔膜作为传递锂离子的介质。

近日,在1月9日于成都举行的NIO Day2020上,威来宣布首辆车ET7正式上线预售。威来还推出了150度(kWh)电池组。威来创始人李斌表示:“我们采用了最先进的大规模生产固态电池技术,实现了360瓦时/千克的超高能量密度,电池寿命将超过1000公里。”

据李斌介绍,该电池采用了“原位固化固液电解质”、“无机预锂化硅碳负极”和“纳米包覆超高镍正极”的新技术,实现了50%的能量密度增长,预计将于2022年第四季度交付。相比之下,特斯拉Model 3的电池容量为76.8 kWh,续航里程为668km;小鹏P7的电池容量为80.9千瓦小时,电池寿命为706公里。

李斌还宣称:“固态电池一直没有大规模生产的机会,威来的商业模式让我们能够保证开始大规模生产固态电池所需的数量,所以我们大规模生产固态电池技术的动力比其他人大得多。车用固态电池的量产需要有人来启动,我们综合评估后认为可以量产。我相信威来可以把整个行业的量产时间至少提前1-2年。”

对此,国信证券在1月10日发布的研究报告《蔚来 NIOET7 发布,固态电池渐行渐近》中指出:“固态电池与传统锂电池的最大区别在于使用了固体电解质系统而不是目前的隔膜电解质系统,具有安全性高、无自燃爆炸风险、能量密度明显高于传统锂电池的优点。目前,现有锂离子电池系统的能量密度上限约为

400Wh/kg,后续能量密度提升仍将依赖于正负极材料体系升级,然而在目前的隔膜电解液电池体系中,虽然金属锂负极能量密度是石墨负极的 10 倍以上,但会产生锂枝晶影响安全性,而固态电解质能够抑制锂枝晶的生长,因此理论上全固态电池可达到 500Wh/kg 以上的能量密度。当然,目前固态电池仍有不少缺陷,固态电解质电导率比电解液低 10 倍以上,快充性能不佳,以及制备工艺复杂、成本较高。”

蔚来的发布会之后,市场上一石激起千层浪。市场担忧原来生产传统液态锂电池原材料的企业会在未来面临淘汰的风险。例如,生产锂电池隔膜、电解液的龙头企业恩捷股份(002812.SZ)、中材科技(002080.SZ)、石大胜华(603026.SH)、天赐材料(002709.SZ)、新宙邦(300037.SZ)等公司的股价在发布会之后的两个交易日都出现了连续大幅下跌。

然而,中银证券在1月12日发表的《锂电设备行业点评》报告中认为,固态电池技术对锂电池生产工艺和设备影响较为有限:“从固态电池的构成和生产过程来看,对正极材料、负极材料影响较小;对隔膜、电解液的影响较大,其中完全的固态电池并不需要隔膜,而电解质也从液态变为固态;对设备影响较小,除注液机等个别设备外,整体与液态锂电池对设备的需求基本一致,不过从液态电池到固态电池的转变可能会导致方形、圆柱和软包三种电池占比发生变化,进而影响设备的需求。目前,锂电设备行业龙头对固态电池均有布局,与相关公司密切合作。”

此外,该研究报告还认为:“电池技术路线的迭代升级有利于设备需求的增加、行业格局优化。本质上,固态电池是锂电池技术迭代升级的一种体现。电池技术路线的每一次重大升级都会造成原有设备无法适应新产品生产对良率、一致性和效率的要求,导致设备更新换代的周期进一步缩短。以后段工序为例,固态电池对充放电设备的电流、电压等都提出了更高的要求。同时,类似于特斯拉 4680 电池、固态电池等电池技术的不断迭代升级也要求锂电设备厂商在客户、资金和研发等方面具有充足的储备,在这个过程中,中小厂商的生存压力逐渐变大,预计设备更新换代的过程中行业供给进一步出清,龙头市场份额提升,锂电设备竞争格局仍将持续优化。”

大规模量产尚需时日

当然,并不是所有人都认为李斌所宣传的“固态电池”能很快实现商业化量产。有很多专家和分析人士都此都提出了质疑。

在蔚来发布会之后不久,国联汽车动力电池研究院董事长熊柏青在接受央视采访时表示:“全固态电池现在距商业化还很远,现在甚至做个演示都还很困难。10年内完全攻克全固态难度挺大,反正至少这5年没戏了,我们也做这东西。” 合肥国轩高科工程研究院常务副院长在接受采访时也表示:“现在很多厂商都在布局这种固态电池的研发,大规模的应该要到2025年。现在的这种产业链10年之内都不会有太大变化。”

面对质疑,李斌后来又对媒体解释到,2022年量产的固态电池准确来说是“半固态电池”。他强调,目前蔚来采用的并非全固态电池,还是带有液体(电解质),全固态电池的量产还是很远的事情。另外,他表示不方便透露电池供应商具体是哪家公司。

国信证券的研究报告也进一步指出:“由于全固态电池仍有不少难题需要攻克,大部分电池企业在研发固态电池时,都退而求其次,先加快半固态电池的产品研发速度,半固态锂电池就是电池中任一侧电极不含电解液。目前固体电池仍处于相当实验室-中试阶段,其成本相较于液态电池仍不具备可比性。但伴随后续规模化生产以及工艺改进(辉能双极电池包架构),其成本有望迅速降低,根据辉能公布的数据显示在电芯产能达到 20GWh的时候,虽然电芯成本依然是相同能量密度的液态电芯的 1.1 倍,但电池包成本只有 98%;而如果采用 MAB,电池包成本仅有同类别液态电池的 7 成。”

但是,相关的电池生产厂商指出,即使是半固态的电池也远没有达到大规模商业化的程度。1月15日,生产锂电池材料的的天赐材料(002709.SZ)在深交所互动平台表示:“从相关的报道和技术文件分析,蔚来宣称的半固态锂电池材料体系与现今锂电池并无根本性变化;根据目前固态电池研究进展,半固态以及真正的全固态电池商用化均还有很长一段距离要走,公司目前已开展全固态电池用固态电解质的研究,且已有专利布局。”

事实上,固态电池被炒热已经不是第一次了。在饱受电池续航里程制约之苦的新能源汽车行业里,许诺能够大幅提高续航里程的企业往往能立刻获得高度关注。

在去年12月8日,美国QuantumScape公司公布了最新固态电池技术,宣称这种固态电池能将电动汽车的续航里程提高80%,并能在15分钟内充满80%的电量,将于2024年投入生产。然而,许多专家在之后纷纷对此提出质疑。美国国家实验室电池中心主任文凯特·斯里尼瓦桑(Venkat Srinivasan)当时认为:“最大的问题是QuantumScape在实验室中使用的处理方法是否可以在工厂环境下工作。” 马里兰大学化学和生物分子工程助理教授保罗·艾伯特斯更是尖锐地指出:“许多公司都曾过早宣称电池取得突破,人们失望太多次了,于是对任何新电池都会起疑。”

为什么这些企业热衷于在固态电池上做文章呢?华安证券新能源与汽车研究组负责人陈晓团队在1月11日发表行业研报《引领“蔚来”,不止于销量》中提出:“尽管研发历史悠久且困难重重,但由于固态电池出色的安全性能和高能量密度的潜力,仍在世界范围内被各种研究机构及企业广泛研究。另外,固态电池已经成为部分非传统电池企业进军锂电行业的重要突破口。”

国信证券的研究报告大致总结了一下目前固态电池在国内外的产业化状况:“国际车企以丰田、日产雷诺、通用等车企都在主导加紧固态电池的研发与产业化布局,而三星 SDI、SKI、LG 化学、麻省固能、Quantum Scape 等电池企业在固态电池领域不断取得新突破。国内方面,包括辉能科技、赣锋锂业、清陶能源、万向一二三、卫蓝新能源等中国企业,都在建设固态电池产线甚至部分已投产。”

然而,至于固态电池到底何时能实现量产,陈晓团队的研究报告并不乐观:“相比于新入局者的信誓旦旦,传统动力电池厂家如比亚迪、宁德时代等较为低调,虽早有布局但鲜有消息放出。而此前爆出的诸多关于固态电池的量产计划,大都不达预期或不了了之;一方面是技术本身发展缓慢,另一方面成本也极其高昂。我们不否认固态电池是未来趋势,但认为技术发展缓慢,近期的项目或车型示范效果居多,对于真正大规模化量产的进度持谨慎态度。”

标签: 电池 固态 密度
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