2017年，總部位于加利福尼亞州阿納海姆的美國電動(dòng)汽車公司Fisker為剛剛完成申請的固態(tài)鋰電池頒發(fā)了一項(xiàng)專利：充電1分鐘，行駛800公里。

這一續(xù)航性能是2016年發(fā)布的特斯拉Model 3的2.3倍，后者的續(xù)航里程約為346公里。

創(chuàng)始人Henrik Fisker在接受采訪時(shí)發(fā)誓，固態(tài)鋰電池將在2023年大規(guī)模生產(chǎn)，價(jià)格僅為鋰電池的三分之一。

 

 

這不是菲斯克第一次涉足固態(tài)電池領(lǐng)域，亨里克·菲斯克也不是第一次向公眾畫“固態(tài)電池”餅。

2018年，Henrik Fisker表示，該公司已經(jīng)解決了固態(tài)電池的問題，最終設(shè)計(jì)將在幾個(gè)月內(nèi)公布。

2019年，配備固態(tài)電池的菲斯克跑車下線緩慢，該公司只能推出配備液態(tài)鋰離子電池的普通電動(dòng)汽車，以阻擋日益激烈的批評。

2021，Henrik Fisker表示，固態(tài)電池計(jì)劃已被完全放棄。

到目前為止，菲斯克實(shí)現(xiàn)世界上最快大規(guī)模生產(chǎn)固態(tài)電池的夢想已經(jīng)徹底破滅。

 

“這是一項(xiàng)技術(shù)，當(dāng)你覺得自己完成了90%時(shí)，你就快到了，然后你意識到剩下的10%比之前的90%要難得多。所以現(xiàn)在，我們正在徹底拋棄固態(tài)電池。因?yàn)樗娴臒o法落地?！盚enrik Fisker說，“我個(gè)人認(rèn)為，無論哪種形式的大規(guī)模生產(chǎn)，固態(tài)電池至少還有七年的時(shí)間?！?/p>

固態(tài)電池作為液態(tài)鋰離子電池的替代品，其出現(xiàn)和發(fā)展是歷史的必然。

與鋰離子電池相比，固態(tài)電池安全、輕便、性價(jià)比高，并支持快速充電。它們是下一代動(dòng)力電池的最佳出路。它們是消除現(xiàn)有電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程的唯一處方。電動(dòng)汽車可以徹底淘汰燃油汽車。鋒利的殺手。

2022年，中國智能電動(dòng)汽車公司蔚來將在新款ET7上搭載150度的固液混合動(dòng)力電池組。因此，2022年將被指定為“固態(tài)電池元年”

 

 

這是一個(gè)未來的幻想，或者說是一個(gè)現(xiàn)實(shí)。

答案寫在固態(tài)電池的電解液中。

 

電動(dòng)汽車的新電池壽命

說到電動(dòng)汽車，大多數(shù)人的第一反應(yīng)是：電池壽命太短。

有人直言不諱地指出，在售電動(dòng)汽車的續(xù)航里程通常無法覆蓋一輛汽車應(yīng)該能夠支持的駕駛場景。

關(guān)于駕駛電動(dòng)汽車時(shí)遇到的荒謬問題，如電池壽命顯著縮短、中途躺下、冬天駕駛電動(dòng)汽車幾乎凍僵等，都有常見的報(bào)道。

雖然電動(dòng)汽車電池壽命的缺點(diǎn)在寒冷的天氣里被放大了好幾倍，但它也降低了潛在消費(fèi)者對這種新能源的信任門檻。

 

北汽新能源研究院副院長戴康偉曾總結(jié)出冬季電動(dòng)汽車電池壽命下降的三大因素：

第一個(gè)問題是電池本身。作為一種化學(xué)產(chǎn)品，一旦溫度低，內(nèi)部電解質(zhì)就會變得粘稠，鋰離子遷移速度會減慢，導(dǎo)致電池活性降低，影響電池性能和容量。

第二個(gè)問題是空調(diào)系統(tǒng)。在燃油車中，空調(diào)系統(tǒng)依靠發(fā)動(dòng)機(jī)廢熱進(jìn)行加熱。然而，電動(dòng)汽車沒有發(fā)動(dòng)機(jī)，依靠電池取暖，這需要花費(fèi)大量資金。

第三個(gè)問題是低溫導(dǎo)致的傳動(dòng)系統(tǒng)阻力增加。冬天的空氣密度與夏天的不同。在冬季，空氣密度增加，導(dǎo)致風(fēng)阻增加，電力消耗急劇增加。

 

自電動(dòng)汽車誕生以來，與電動(dòng)汽車緊密相連的“續(xù)航里程焦慮”并沒有因?yàn)榧夹g(shù)進(jìn)步而發(fā)生太大變化。原因是電動(dòng)汽車的核心動(dòng)力電池沒有顛覆性的創(chuàng)新。

1881年，世界上第一輛電動(dòng)汽車，42歲的法國電氣工程師古斯塔夫·特魯韋在巴黎國際電氣展覽會上首次展示了它，駕駛它向前行駛既笨重又危險(xiǎn)。鉛酸蓄電池。

1997年，未來將主宰世界的混合動(dòng)力汽車第一代豐田普銳斯大規(guī)模生產(chǎn)并交付。它使用了日本松下公司制造的鎳氫電池組，重量為53.3公斤。

但在普銳斯席卷全球之前，日本索尼公司于1991年成功生產(chǎn)了世界上第一塊商用鋰離子電池。高能量密度和快速充電友好性這兩個(gè)特性使鋰離子電池成為消費(fèi)電子領(lǐng)域的一個(gè)騰飛的注入器。

2008年，特斯拉在跑車Roadster上搭載了鋰離子電池，這輛跑車徹底顛覆了百年汽車行業(yè)的格局。鋰離子電池的汽車神話開始了。

 

 

到目前為止，鋰離子電池已經(jīng)完成了三次技術(shù)代際轉(zhuǎn)換：鈷酸鋰陰極是第一代，錳酸鋰和磷酸鐵鋰是第二代，三元鋰是第三代。三代鋰離子電池由四個(gè)主要部分組成：正極、負(fù)極、電解質(zhì)和隔膜。

 

 

磷酸鐵鋰和三元鋰是各大汽車公司最喜歡的主流配方。前者價(jià)格低廉，穩(wěn)定安全，但能量密度低，低溫性能差。后者具有高能量密度并支持快速充電，但價(jià)格昂貴且熱穩(wěn)定性差。

但磷酸鐵鋰和三元鋰都將很快面臨兩個(gè)主要的上限：能量密度和安全問題。

首先，液體鋰離子電池的當(dāng)前能量密度極限約為280Wh/kg。即使在負(fù)極中引入硅基合金，也很難突破400Wh/kg的密度上限。

 

工信部指出：“到2025年和2030年，我國動(dòng)力電池的能量密度需要分別達(dá)到400Wh/kg和500Wh/kg?！?/p>

未能跨過能源密度門檻意味著無法獲得與能源密度高度掛鉤的新能源補(bǔ)貼，這足以讓普通消費(fèi)者瞬間對電動(dòng)汽車感到失望。

其次，液態(tài)鋰離子電池中高度易燃的液態(tài)有機(jī)電解質(zhì)通常被認(rèn)為是電動(dòng)汽車自燃事故頻繁發(fā)生的首要原因。

 

2019年，國家市場監(jiān)管總局召回了3.3萬輛新能源汽車。因動(dòng)力電池問題召回6217輛，占新能源汽車召回總量的18.7%。

2020年，新能源汽車召回35.7萬輛，其中因三電系統(tǒng)缺陷召回11.2萬輛，占召回新能源汽車總數(shù)的31.3%。

在中國電動(dòng)汽車協(xié)會100強(qiáng)發(fā)布的《電動(dòng)汽車安全報(bào)告》中，自燃占國內(nèi)新能源汽車火災(zāi)事故的31%。安全概念不會實(shí)現(xiàn)，電動(dòng)汽車完全取代汽油車的長期愿景也不會實(shí)現(xiàn)。

 

 

自2008年特斯拉將液態(tài)鋰電池引入電動(dòng)汽車領(lǐng)域以來，傳統(tǒng)的液態(tài)鋰離子電池已經(jīng)主導(dǎo)動(dòng)力電池市場十多年。能量密度、安全要求、續(xù)航里程、成本要求和液態(tài)鋰離子電池。它們之間的沖突是不可調(diào)和的。

 

中國科學(xué)院院士歐陽明高曾公開表示，要在2030年實(shí)現(xiàn)500Wh/kg的能量密度目標(biāo)，只有在固體電解質(zhì)水平上取得突破。

固態(tài)電池是這條道路上離我們最近的里程碑。

 

為什么必須是固態(tài)電池？原因有三：

首先，不易燃、無腐蝕、不揮發(fā)、不泄漏、耐高溫的固體電解質(zhì)取代了電解質(zhì)、電解質(zhì)鹽和隔膜，完全解決了易燃液體有機(jī)電解質(zhì)引起的自燃風(fēng)險(xiǎn)；

第二，固態(tài)電池具有高能量密度，突破500Wh/kg大關(guān)的希望很大，可以將電動(dòng)汽車的續(xù)航里程增加到800公里到1000公里。此外，固態(tài)電池具有較寬的工作溫度范圍，并支持超快速充電。

第三，固態(tài)電池可以大大減輕系統(tǒng)的重量。固態(tài)電池不含液體，可以在包裝前串聯(lián)連接。同時(shí)，由于其完全不易燃的特性，BMS溫度控制部件將不復(fù)存在，并將采取多種措施來增加巡航范圍。

從技術(shù)緯度來看，固態(tài)電池是下一代動(dòng)力電池的最佳出路，是根除現(xiàn)有電動(dòng)汽車頑固續(xù)航里程的唯一良方，也是電動(dòng)汽車秒殺燃油車的利器。

 

但在各大車企的落地時(shí)間表中，無論是傳統(tǒng)巨頭還是新興勢力，固態(tài)電池最早出現(xiàn)在2022年第四季度。此時(shí)，配備150度電池組、續(xù)航里程超過1000公里的固態(tài)電池版蔚來 ET7將正式啟動(dòng)。

但這似乎是一款150度的電池組，可以打出“固態(tài)電池”商業(yè)量產(chǎn)的旗號。它本質(zhì)上是最終技術(shù)路線下的過渡產(chǎn)品。它有一個(gè)“半成品”的名字半固態(tài)電池。

 

科技神話或騙局

固態(tài)電池作為電動(dòng)汽車這樣的新興產(chǎn)品，備受資本青睞，但也受到了同樣強(qiáng)烈的質(zhì)疑。

其中，最常被資本化和大膽懷疑的角度是：大規(guī)模生產(chǎn)進(jìn)展。

這個(gè)問題的答案可以從世界主要汽車公司的固態(tài)電池提貨時(shí)間表中看出。

蔚來是全球車企中進(jìn)步最快、先發(fā)優(yōu)勢明顯的“階級代表”。150度半固態(tài)電池組預(yù)計(jì)將于明年第四季度大規(guī)模生產(chǎn)。

 

在日本汽車公司中速度最快的是豐田。盡管2020年已經(jīng)建造了測試原型，但實(shí)際量產(chǎn)要到2025年才能完成。

德國汽車公司目前正在針鋒相對，大眾汽車集團(tuán)于2018年向固態(tài)電池硅谷初創(chuàng)公司QuantumScape投資1億美元，成為其最大股東。2020年追加2億美元。今年，大眾汽車集團(tuán)宣布將在2025年前使用固態(tài)電池。

 

 

寶馬集團(tuán)今年向總部位于科羅拉多州的固態(tài)電池初創(chuàng)公司Solid Power投資1.3億美元，并將于明年開始測試和集成固態(tài)電池原型。原型車將于2025年推出，并于2030年大規(guī)模生產(chǎn)。

梅賽德斯-奔馳今年還與固態(tài)電池初創(chuàng)公司Factorial Energy達(dá)成了一項(xiàng)戰(zhàn)略協(xié)議，于2022年開始測試電池原型，并在未來五年內(nèi)進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)。這是梅賽德斯-奔馳與魁北克水電公司合作后，第二次投資固態(tài)電池公司。

美國汽車公司表現(xiàn)出明顯的分裂意識。底特律三巨頭之一的福特集團(tuán)于2017年投資了Solid Power，明年開始測試產(chǎn)品，并在2025年至2030年間進(jìn)入道路測試。

 

 

通用汽車今年10月宣布，將在美國密歇根州投資建立一個(gè)新的電動(dòng)汽車電池研發(fā)中心，專注于克服固態(tài)電池研發(fā)的技術(shù)難題。2018年，通用汽車向固態(tài)電池公司Solid Energy Systems注入了B輪融資。今年4月，該公司還牽頭向Solid Energy Systems進(jìn)行了1.39億美元的D輪融資。

已合并為世界第四大汽車公司的Stellantis集團(tuán)于12月宣布，它與總部位于馬薩諸塞州沃本的固態(tài)電解質(zhì)材料制造商Factorial Energy簽署了一項(xiàng)聯(lián)合開發(fā)協(xié)議，將于2026年推出第一款具有競爭力的固態(tài)電池。技術(shù)

盡管固態(tài)電池已被確定為液體鋰離子電池的“終結(jié)者”，但總有一個(gè)人不買賬。

 

他就是埃隆·馬斯克。

與主要汽車公司急于推進(jìn)固態(tài)電池的發(fā)展相反，埃隆·馬斯克和他的特斯拉一直對這項(xiàng)新技術(shù)保持沉默和距離。

在特斯拉2020年的年度股東大會和“電池日”活動(dòng)上，埃隆·馬斯克聲稱，該公司新開發(fā)的“4680”電池將能量密度提高了5倍，續(xù)航里程提高了16%，充放電功率提高了6倍，每千瓦時(shí)的成本下降了14%，電池生產(chǎn)線的速度提高了7倍。

新型電池組采用無模塊設(shè)計(jì)，由約960（40×24）個(gè)“4680”電池組成。與由4400多個(gè)“2170”電池組成的電池組相比，體積和重量都大大降低，能量密度提高到300Wh/kg，輕松突破了液體鋰離子電池的能量密度極限。

 

 

固態(tài)電池在各個(gè)緯度都超過液態(tài)鋰離子電池是不爭的事實(shí)，但從各大汽車公司的時(shí)間表中不難發(fā)現(xiàn)固態(tài)電池的共性：商業(yè)化太長，2030年是最樂觀的估計(jì)。

在這里，讓我們把注意力轉(zhuǎn)向博洛雷集團(tuán)，這是迄今為止唯一一家在動(dòng)力電池領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)的法國集團(tuán)。

博洛雷集團(tuán)是一家財(cái)富500強(qiáng)公司，完全由著名的法國博洛雷家族控制。是固態(tài)電池領(lǐng)域歷史最悠久、研發(fā)實(shí)力最強(qiáng)的機(jī)構(gòu)之一。

2011年10月，博洛雷集團(tuán)開始在其自主研發(fā)的電動(dòng)汽車“Bluecar”和電動(dòng)巴士“Bluebus”上搭載由BatScap制造的容量為30度的固態(tài)電池。這些車輛在法國巴黎及其郊區(qū)共享。服務(wù)方式。截至2019年關(guān)閉，2900輛固態(tài)電池電動(dòng)汽車已服務(wù)近20萬用戶，日使用量約1.8萬輛。

 

 

博洛雷集團(tuán)是第一家成功將固態(tài)電池大規(guī)模商業(yè)化的公司，但這種固態(tài)電池組的容量只有30度，能量密度只有100Wh/kg，僅為液態(tài)鋰離子電池的一半。

 

 

Bollore固態(tài)電池面臨的問題正是所有固態(tài)電池制造商需要解決的問題：實(shí)驗(yàn)室內(nèi)外的差異。

11月，市值超過福特汽車的美國固態(tài)電池初創(chuàng)公司QuantumScape宣布，一個(gè)原型電池在800次循環(huán)（100%放電深度）后保持了80%以上的初始容量。

但投資研究網(wǎng)站Seeking Alpha在一份公開報(bào)告中表示，QuantumScape的電池“太小，無法在實(shí)驗(yàn)室外進(jìn)行測試”

Seeking Alpha認(rèn)為，固態(tài)電池在實(shí)驗(yàn)室外的真實(shí)場景中很難實(shí)現(xiàn)所需的速率和溫度功能，如此困難以至于沒有人做到。Seeking Alpha說：“它們可能永遠(yuǎn)無法達(dá)到廣告中的性能?！?。

QuantumScape創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官賈格迪普·辛格回?fù)舻溃骸癝eeking Alpha的報(bào)告讀起來像是一個(gè)對電池一無所知的人寫的?！?/p>

 

那么，讓固態(tài)電池長期處于科研階段，并站在商業(yè)量產(chǎn)大門之外的核心因素是什么呢？

回到固態(tài)電池的本質(zhì)——固態(tài)電解質(zhì)，可以消除迷霧。

目前固態(tài)電解質(zhì)材料有三種主流體系：聚合物、氧化物和硫化物。

這是三條具有完全不同信仰的物質(zhì)路線。歐洲和美國公司選擇氧化物和聚合物系統(tǒng)，日本和韓國公司更喜歡硫化物系統(tǒng)。

聚合物體系的優(yōu)點(diǎn)是在高溫下具有高離子導(dǎo)電性和易于加工。然而，它的離子電導(dǎo)率在室溫下極低，這極大地限制了它的發(fā)展。

法國Bolloré品牌固態(tài)電池是聚合物系統(tǒng)的產(chǎn)品。一個(gè)荒謬的事件是讓你自己的電動(dòng)汽車在室溫下正常工作。

Bolloré集團(tuán)為每輛車專門配備了一個(gè)加熱器，在啟動(dòng)前將電池系統(tǒng)加熱至60至80°C。如果加熱器長時(shí)間停止，加熱器就無法離線，當(dāng)時(shí)的技術(shù)也無法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程早啟動(dòng)。

氧化物系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是具有良好的綜合性能。其中，薄膜產(chǎn)品對工藝技術(shù)要求嚴(yán)格，在成本和規(guī)?；a(chǎn)方面都很難生產(chǎn)。它們不適合生產(chǎn)能力巨大的電動(dòng)汽車。非膜產(chǎn)品是目前最熱門的電動(dòng)汽車電池解決方案，QuantumScape是這一領(lǐng)域的忠實(shí)信徒。

 

 

硫化物系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是它具有與液體電解質(zhì)相當(dāng)?shù)碾x子電導(dǎo)率，并且具有高度的快速充電支持。電動(dòng)汽車能否迅速取代燃油汽車，這才是贏家。

這是日本和韓國公司豐田、本田、三星和中國電池巨頭CATL選擇的技術(shù)路線。然而，硫化物系統(tǒng)的開發(fā)進(jìn)展是最初步的，無法大規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn)的風(fēng)險(xiǎn)也是最高的。

液體鋰離子電池作為當(dāng)代世界發(fā)展的主要推動(dòng)者，其科學(xué)原理與出現(xiàn)時(shí)相比沒有實(shí)質(zhì)性變化。固態(tài)電池的首次亮相動(dòng)搖了其曾經(jīng)不可動(dòng)搖的基礎(chǔ)。唯一困擾它的是星塵海的大規(guī)模生產(chǎn)。

 

變道或迷路

來自新能源行業(yè)專業(yè)研究機(jī)構(gòu)奇奇鋰電池研究院的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2022年前十個(gè)月全球動(dòng)力電池裝機(jī)容量為225GWh，同比增長116.1%。

排名前十的公司是CATL、LG新能源、松下、比亞迪、SKI、三星SDI、中航工業(yè)（中國航空鋰業(yè)）、國軒高新、AESC和蜂巢能源，合計(jì)市場份額為92.2%。

其中五家是CATL、比亞迪、中航工業(yè)（中航鋰業(yè)）、國軒高新和蜂巢能源。液態(tài)鋰離子電池戰(zhàn)場的失敗讓美國和日本公司跳過了現(xiàn)有的階段，將大量資金投入到另一個(gè)軌道上——固態(tài)電池。

 

中國科學(xué)院院士歐陽明高曾在2019中國電動(dòng)汽車100強(qiáng)論壇上表示：“為了應(yīng)對中韓電池產(chǎn)業(yè)的崛起，日本自2017年以來一直在開發(fā)下一代固態(tài)電池，并投入了大量研發(fā)費(fèi)用。

美國和歐洲也在全力以赴開發(fā)新一代固態(tài)電池，以實(shí)現(xiàn)超越。盡管中國電池行業(yè)取得了暫時(shí)優(yōu)勢，但國際競爭壓力巨大，需要全面趕上固態(tài)電池的前沿技術(shù)?！?/p>

今年，歐陽明高在“2021新能源汽車技術(shù)與市場亮點(diǎn)及中長期趨勢”主題演講中再次表達(dá)了類似觀點(diǎn)。

 

“日本和其他國家正在大力發(fā)展下一代全固態(tài)電池，中國品牌在這方面仍有差距?！睔W陽明高說，“全固態(tài)電池技術(shù)必須工業(yè)化，并對市場結(jié)構(gòu)產(chǎn)生重要影響，預(yù)計(jì)需要10年左右的時(shí)間?！?/p>

在時(shí)間藍(lán)圖上，歐陽明高給出了自己的預(yù)測：到2025年，將出現(xiàn)比能大致相當(dāng)于現(xiàn)有液體電解質(zhì)鋰離子電池的第一代全固態(tài)電池。

2030年后，將有第二代使用新型正負(fù)材料的全固態(tài)電池，比能將提高到每公斤500瓦時(shí)，并將有高比能鋰硫電池和金屬空氣電池。

歐陽明高總結(jié)道：“在2030年之前，包括固液混合鋰離子電池在內(nèi)的現(xiàn)有鋰離子電池仍將占據(jù)主導(dǎo)地位?！?。

“2017-2021年全球固態(tài)電池市場”支持歐陽明高的預(yù)測，即2017年至2021年全球固體電池市場將以72.33%的復(fù)合年增長率增長。

 

目前，中國新能源汽車市場已順利度過認(rèn)知期，進(jìn)入快速擴(kuò)張期。預(yù)計(jì)2022年國內(nèi)新能源汽車銷量約500萬輛，市場份額超過20%；2025年達(dá)到700萬至1000萬；2030年將達(dá)到1700萬至2000萬。

中國電動(dòng)汽車數(shù)量的激增直接刺激了汽車電池產(chǎn)量的指數(shù)級增長。預(yù)計(jì)2025年將超過20億千瓦時(shí)，2030年將超過70億千瓦時(shí)；2035年將超過150億千瓦時(shí)。

對于任何一家汽車公司和固態(tài)電池制造商來說，這都是一個(gè)不容錯(cuò)過的機(jī)會之窗。市場已經(jīng)預(yù)先埋下了潛力，現(xiàn)在是考驗(yàn)智慧的關(guān)鍵時(shí)刻。