每日經(jīng)濟(jì)新聞 2021-01-24 21:49:06
每經(jīng)記者 朱成祥 每經(jīng)編輯 張海妮
“目前使用NCM811正極材料的固態(tài)電池,質(zhì)量能量密度(其實(shí))是下降的,除非使用更高克容(克容量,正極材料的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn))的正極材料。”曾參與固態(tài)電池汽車研發(fā)的業(yè)內(nèi)人士蕭瀚(化名)向《每日經(jīng)濟(jì)新聞》記者說道。
近日,蔚來汽車表示,將于2022年第四季度推出使用150度的固態(tài)電池汽車,實(shí)現(xiàn)360Wh/kg超高能量密度,續(xù)航里程超過1000公里。
蕭瀚認(rèn)為,半固態(tài)電池(或稱之為混合固態(tài)電池,業(yè)內(nèi)各自存在不同表述)存在三大量產(chǎn)挑戰(zhàn):一是能量密度低;二是成本高;三是工藝難度高。如果說蔚來150度電池包2022年量產(chǎn),那么現(xiàn)在就應(yīng)該有比較可靠的電池demo(小樣)出來,且可以裝車使用。再經(jīng)過一個(gè)冬天的測試,使得電芯在2021年底具備準(zhǔn)量產(chǎn)狀態(tài)。之后,汽車廠商再拿電池包做一個(gè)冬試、一個(gè)夏試,才能在2022年四季度裝車。
在他看來,目前沒有國內(nèi)廠家能夠拿出360Wh/kg能量密度的方案。因此,2024年、2025年才是半固態(tài)電池較為穩(wěn)妥的量產(chǎn)時(shí)間點(diǎn)。
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固態(tài)電池供應(yīng)商猜想
蔚來推出150度電池包后,誰是其半固態(tài)電池產(chǎn)品的供應(yīng)商成了各界關(guān)注的焦點(diǎn)。寧德時(shí)代、清陶能源、臺灣輝能、北京衛(wèi)藍(lán)等公司紛紛被列入可能的供應(yīng)商名單。
從技術(shù)路線看,寧德時(shí)代走的是硫化物電解質(zhì)路線,研發(fā)全固態(tài)電池。根據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院報(bào)告,目前寧德時(shí)代全固態(tài)電池還在開發(fā)中,預(yù)計(jì)2030年后產(chǎn)品才能實(shí)現(xiàn)商品化。
而清陶能源、臺灣輝能、北京衛(wèi)藍(lán)走的均是氧化物電解質(zhì)路線。能量密度方面,根據(jù)天風(fēng)證券研報(bào),清陶能源、臺灣輝能的固態(tài)電池能量密度分別為400Wh/kg、182Wh/kg,寧德時(shí)代的硫化物電池理論可達(dá)400Wh/kg。
從能量密度上看,臺灣輝能182Wh/kg與蔚來150度電池包的360Wh/kg相去甚遠(yuǎn),且天風(fēng)證券預(yù)計(jì)臺灣輝能2025年能達(dá)到的能量密度也僅為335Wh/kg。但事實(shí)上,臺灣輝能此前一度被認(rèn)為是最有可能的供應(yīng)商,2019年8月22日,蔚來就曾與臺灣輝能簽約,雙方以打造采用輝能MAB固態(tài)電池包的樣車為短期目標(biāo)。
目前,動力電池提升能量密度主要有兩條技術(shù)路線:一是提高單體電芯能量密度,比如正極材料從磷酸鐵鋰到三元,三元電池正極材料從NCM523、NCM622到NCM811的技術(shù)演進(jìn);二是提升整包能量密度,比如寧德時(shí)代CTP、比亞迪刀片電池等。
臺灣輝能MAB固態(tài)電池包與寧德時(shí)代CTP、比亞迪刀片電池類似,并非提升單體電芯能量密度,而是為了提升整包能量密度。
另一家可能的供應(yīng)商是北京衛(wèi)藍(lán)。該公司一位工作人員向記者提供了一份2019年9月的《公司現(xiàn)狀與產(chǎn)品介紹》報(bào)告。報(bào)告顯示,北京衛(wèi)藍(lán)三大產(chǎn)品的單體能量密度分別251.7Wh/kg、257.3Wh/kg和259.1Wh/kg。
若參照該標(biāo)準(zhǔn),北京衛(wèi)藍(lán)的產(chǎn)品難以達(dá)到360Wh/kg的標(biāo)準(zhǔn),無法向蔚來提供150度電池包產(chǎn)品。不過,上述工作人員也向記者表示:“現(xiàn)在量產(chǎn)的能量密度會比這個(gè)(2019年)要高。”而對于公司是否向蔚來供貨,該工作人員則表示并不清楚。
啟信寶數(shù)據(jù)顯示,天齊鋰業(yè)通過其全資子公司成都天齊鋰業(yè)有限公司間接持股北京衛(wèi)藍(lán),持股比例為5%。
清陶能源總經(jīng)理李崢曾在2020年10月的演講中表示:“在2020年這個(gè)節(jié)點(diǎn)上,實(shí)際上我們已經(jīng)裝車的能量密度大概在300Wh/kg左右,明年我們和一些主機(jī)廠有裝車計(jì)劃的產(chǎn)品目標(biāo)放在了350Wh/kg,現(xiàn)在已經(jīng)開始做A樣的階段。”
在能量密度上,清陶能源與蔚來150度電池包的360Wh/kg較為接近。但據(jù)上述北京衛(wèi)藍(lán)報(bào)告顯示,電芯開發(fā)從A樣、B樣、C樣再到SOP(小批量生產(chǎn)階段),一般至少需要3年,整車驗(yàn)證一般需要至少15個(gè)月。假設(shè)2019年A樣測試完成,最快2022年能實(shí)現(xiàn)量產(chǎn),2023年實(shí)現(xiàn)裝車。
照此計(jì)算,假設(shè)清陶能源2020年完成A樣,那最快2024年實(shí)現(xiàn)裝車。從時(shí)間維度看,清陶能源也難以達(dá)到蔚來2022年四季度裝車的目標(biāo)。
據(jù)悉,2018年11月,清陶能源國內(nèi)首條固態(tài)鋰電池產(chǎn)線正式投產(chǎn),產(chǎn)能規(guī)模為0.1GWh,總投資1億元,已經(jīng)量產(chǎn)出第一批固態(tài)電池產(chǎn)品,目前可日產(chǎn)1萬顆電芯,產(chǎn)品主要應(yīng)用于特種電源、高端數(shù)碼等領(lǐng)域。
1月13日,《每日經(jīng)濟(jì)新聞》記者就清陶能源是否為蔚來固態(tài)電池供應(yīng)商等問題致電公司,不過公司工作人員表示不接受采訪。
1月14日,記者趕赴江蘇蘇州昆山經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū),只見公司大門處擺放著一塊小黑板,列舉了招聘普工、實(shí)驗(yàn)員等崗位的要求。其中普工要求初中及以上學(xué)歷;實(shí)驗(yàn)員、品檢員要求中專以上學(xué)歷。
記者以面試普工的身份進(jìn)入清陶能源。據(jù)觀察,現(xiàn)場共有兩棟樓,西側(cè)一棟已經(jīng)投入使用,東側(cè)一棟仍在施工過程中。工作人員介紹稱:“整個(gè)集團(tuán)有四五百人,昆山這邊有兩百多人,包括研發(fā)人員和工人。目前研發(fā)、生產(chǎn)都集中在這棟樓二樓。”
對于哪家汽車廠商使用了清陶能源的電池產(chǎn)品,該工作人員表示這屬于保密信息。據(jù)了解,清陶能源曾于2020年6月與合眾汽車(品牌為哪吒汽車)達(dá)成合作,雙方將共同推進(jìn)固態(tài)電池的研發(fā)與應(yīng)用。
二樓辦公區(qū)域坐滿了人,記者隨后來到的區(qū)域卻空蕩蕩的。
后據(jù)另一位工作人員透露,生產(chǎn)區(qū)域在二樓的圍墻后面,工人們都在圍墻后面生產(chǎn)。對于生產(chǎn)區(qū)域面積,該工作人員并未詳細(xì)告知。最后,記者在與面試人員簡單交流后,借機(jī)離開。
另外,也有上市公司間接投資了清陶能源,如上汽集團(tuán)。啟信寶數(shù)據(jù)顯示,嘉興頎駿一號股權(quán)投資合伙企業(yè)(有限合伙)持有清陶能源3.20%的股權(quán)。該公司背后正是上汽集團(tuán)。
半固態(tài)電池是過渡品
新能源汽車發(fā)展多年,安全和續(xù)航里程一直是壓在頭上的“兩座大山”。
固態(tài)電池,則被視為提升能量密度、提升電池安全性的最佳選擇。半固態(tài)電池,便是液態(tài)鋰電池與固態(tài)電池之間的過渡性產(chǎn)品。
對于蔚來汽車發(fā)布續(xù)航超過1000公里的固態(tài)電池,國聯(lián)汽車動力電池研究院董事長熊柏青表示:“全固態(tài)電池距商業(yè)化還很遠(yuǎn),現(xiàn)在甚至做個(gè)演示都還很困難。十年內(nèi)完全攻克全固態(tài)難度挺大,反正至少這5年沒戲了。”
事實(shí)上,蔚來此次推出的并非全固態(tài)電池,而是添加固態(tài)電解質(zhì)的混合固態(tài)電池。蔚來董事長、創(chuàng)始人李斌也強(qiáng)調(diào)目前采用的并非全固態(tài),還是帶有液體,全固態(tài)電池的量產(chǎn)還是很遠(yuǎn)的事情。
目前新能源車廣泛使用的動力鋰電池,是由正極材料、負(fù)極材料、電解液和隔膜四大部分組成。全固態(tài)電池,則使用固態(tài)電解質(zhì),去除了電解液和隔膜。興業(yè)證券研報(bào)顯示,隔膜只能耐140~160度溫度,容易發(fā)生熱失控,電解液是聚合物液體,是易燃高分子。因此,(全)固態(tài)電池能夠提升電池的安全性。而缺點(diǎn)在于離子電導(dǎo)率低,導(dǎo)致內(nèi)阻大,循環(huán)性能、倍率性能差。
半固態(tài)電池則是在保留電解液、隔膜的基礎(chǔ)上,添加固態(tài)電解質(zhì),理論上可以提升電池的熱穩(wěn)定性和安全性。與液態(tài)電池相比,半固態(tài)電池的電解液用量逐步減少,并根據(jù)不同體系,有的用基膜,有的不用。
對于半固態(tài)電池的安全性,蕭瀚也表示認(rèn)可。其表示曾做過demo(小樣)樣車,也多次前往合作的固態(tài)電池廠家,現(xiàn)場目擊過針刺測試與高溫加熱測試,(半固態(tài)電池)的安全性是OK的。
針刺測試,是對動力電池安全性最嚴(yán)苛的測試方式,用直徑5~8mm的鋼針將電池刺穿造成內(nèi)部短路,并讓鋼針在電池內(nèi)停留一個(gè)小時(shí),不起火、不爆炸才算合格。目前,磷酸鐵鋰電池可以通過針刺測試。
安全和能量密度取舍
半固態(tài)電池可以通過針刺測試,顯然安全性是可靠的。但是能量密度上,若使用現(xiàn)有的材料(NCM正極、石墨負(fù)極),反而會降低能量密度。
理論上,行業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為液態(tài)電池的天花板在350Wh/Kg左右,固態(tài)電池由于去除了電解液、隔膜,可以做到更高,預(yù)期能做到500Wh/Kg。
但是蕭瀚卻表示:“(半固態(tài)電池)由于使用固態(tài)電解質(zhì),相對液態(tài)電解質(zhì)能量密度肯定是下降的。比如說同樣用NCM622、NCM811的電池,(半固態(tài)電池)能量密度肯定要比240Wh/Kg、260Wh/Kg的體系要下降一個(gè)等級??赡馨牍虘B(tài)電池NCM811的能量密度只能等同于液態(tài)電池NCM523的能量密度。”
蕭瀚同時(shí)也強(qiáng)調(diào),能量密度下降是基于當(dāng)下使用的材料。“半固態(tài)電池具備300Wh/Kg以上能量密度的能力,但是需要使用更高容量的正極材料。目前的正極材料,是配合液態(tài)電解液使用的,也需要考慮到電池的安全性,但不利于固態(tài)電解質(zhì)的發(fā)揮。固態(tài)電池解決了安全問題,因此可以使用超過300Wh/kg的電池體系(的材料)。”
“具備這樣的能力,也不代表馬上就能實(shí)現(xiàn),因?yàn)橛泻芏嗉夹g(shù)需要攻克。”蕭瀚補(bǔ)充道。
無獨(dú)有偶,北京衛(wèi)藍(lán)總經(jīng)理俞會根也曾在2018年6月的演講中表示:“單純地把電解液替換成電解質(zhì),固態(tài)電池的能量密度一定是降低的。液態(tài)電池如果做到300Wh/kg、297Wh/kg,用 LLZO 是186Wh/kg,用LAGP是216Wh/kg,最高的是用聚合物,可以做到301Wh/kg。”
而LLZO、LAGP均為氧化物固態(tài)電解質(zhì)。國內(nèi)主流固態(tài)電池廠家中,寧德時(shí)代走的是硫化物固態(tài)電解質(zhì)路線,而清陶能源、北京衛(wèi)藍(lán)以及臺灣輝能走的是氧化物固態(tài)電解質(zhì)路線。
因此,對于提升固態(tài)電池能量密度,俞會根認(rèn)為:“負(fù)極一定要改,而正極材料如果還用現(xiàn)在的材料,(配合)固態(tài)電解質(zhì)是沒有優(yōu)勢的,所以要往高電壓走,這是固態(tài)電池大概的方向。”
值得注意的是,對于現(xiàn)有材料體系下,半固態(tài)電池能量密度下降問題,業(yè)界似乎不愿提及。《每日經(jīng)濟(jì)新聞》記者就該問題向鋰電行業(yè)人士多方求證,均未得到明確回復(fù)。
提升能量密度是方向
根據(jù)蔚來公布的信息,其半固態(tài)電池主要使用了原位固化、高性能硅碳負(fù)極和納米級包覆以及超高鎳正極等多項(xiàng)核心技術(shù)。
興業(yè)證券認(rèn)為,蔚來150度電池包差異化核心創(chuàng)新點(diǎn)在于固液電解質(zhì)技術(shù)(原位固化)。蔚來對于該項(xiàng)技術(shù)的解釋是:“在電解質(zhì)和正負(fù)極材料之間建立了安全穩(wěn)固的界面,為提升50%能量密度提供安全保障。”
由此可見,原位固化技術(shù)主要是提升電池安全性。因此,興業(yè)證券認(rèn)為該電池包提升能量密度主要依靠高鎳正極、硅碳負(fù)極和預(yù)鋰化。
不過,這三項(xiàng)技術(shù)并非創(chuàng)新型技術(shù),并且也可以使用在液態(tài)電池中,并非半固態(tài)電池、固態(tài)電池獨(dú)有。
光大證券在2020年4月的研報(bào)中就表示:“超高鎳三元材料+硅碳負(fù)極將成為鋰電池未來發(fā)展主流方向。”其中,超高鎳三元材料主要有NCM811、NCM(83:8:9)、NCM(92:3:5))、NCA(87:9.5:3.5)以及NCA(91:4:5)。
正極材料方面,超高鎳三元材料是主流液態(tài)電池廠商的研究方向。負(fù)極材料方面,1月13日,智己汽車在發(fā)布會上宣布,新車搭載上汽與寧德時(shí)代共同開發(fā)的電池,首次采用“摻硅補(bǔ)鋰電芯”技術(shù),單體能量密度達(dá)300Wh/kg。所謂的“摻硅補(bǔ)鋰電芯”,便是使用硅碳負(fù)極以及預(yù)鋰化。另外,國軒高科也在1月8日的科技大會上推出單體能量密度達(dá)到210Wh/kg的磷酸鐵鋰電池,該電池同樣使用了硅碳負(fù)極、預(yù)鋰化技術(shù)。
簡而言之,除了原位固化技術(shù),其余三項(xiàng)技術(shù)都是液態(tài)電池廠商正在研究與推廣的技術(shù)。
記者手記:固態(tài)電池發(fā)展需行穩(wěn)致遠(yuǎn)
寒冷的天氣會影響到鋰離子的活性,從而導(dǎo)致電動汽車?yán)m(xù)航里程下降。平時(shí)標(biāo)注600公里的續(xù)航,冬天實(shí)際跑下來需要打六折。如何提升續(xù)航里程,成為新能源車、鋰電行業(yè)的關(guān)注點(diǎn)。
蔚來的“一聲驚雷”,掀起了新能源汽車?yán)m(xù)航里程新一輪的“軍備競賽”。1000公里續(xù)航,成了一個(gè)標(biāo)志性的符號。
誰是蔚來的固態(tài)電池供應(yīng)商,成了外界關(guān)注的焦點(diǎn)。目前來看,寧德時(shí)代、清陶能源、臺灣輝能、北京衛(wèi)藍(lán)最有可能。但記者通過采訪及查閱資料發(fā)現(xiàn),寧德時(shí)代走的是硫化物電解質(zhì)路線,研發(fā)全固態(tài)電池,與蔚來半固態(tài)電池并不吻合。而臺灣輝能、北京衛(wèi)藍(lán)在能量密度上與360Wh/kg有所差距;清陶能源目前才推出A樣,時(shí)間點(diǎn)或趕不上。
蔚來的這聲“驚雷”,令更多的人關(guān)注到固態(tài)電池行業(yè)的發(fā)展。但固態(tài)電池的發(fā)展,仍有很多技術(shù)關(guān)口需要攻克;很多高克容(正極材料的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn))的材料需要研究;很多工藝、設(shè)備需要研發(fā)。因此,希望蔚來150度電池包能促進(jìn)固態(tài)電池行業(yè)的發(fā)展。
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