文|24潮
縱觀中國動(dòng)力電池發(fā)展史，從行業(yè)追趕者到產(chǎn)業(yè)引領(lǐng)者，這既是一部不屈不撓的奮斗史，也是一部永不停歇的創(chuàng)新史。
可以說，由創(chuàng)新所帶來的新技術(shù)驅(qū)動(dòng)是成功的關(guān)鍵——新技術(shù)推動(dòng)行業(yè)持續(xù)降本增效，成本下行帶來需求向上，銷量增加反哺技術(shù)研發(fā)。
克勞塞維茨在《戰(zhàn)爭論》中講過：“偉大的將軍們，是在茫茫黑暗中，把自己的心拿出來點(diǎn)燃，用微光照亮隊(duì)伍前行。”
在2022世界動(dòng)力電池大會(huì)上，寧德時(shí)代董事長曾毓群表示，過去10年內(nèi)，行業(yè)不斷創(chuàng)新，動(dòng)力電池能量密度的增長帶來了續(xù)航里程6至7倍的提升，同時(shí)成本也下降了8成。
在技術(shù)為王的時(shí)代，最高效的商業(yè)模式是什么，就是每一個(gè)企業(yè)集中所有力量于一個(gè)點(diǎn)進(jìn)行攻堅(jiān)，最終共同完成產(chǎn)業(yè)鏈的創(chuàng)新。這一種模式，在當(dāng)今的半導(dǎo)體、芯片等領(lǐng)域仍在轟轟烈烈地上演。
如今針對新能源汽車的痛點(diǎn)問題，動(dòng)力電池企業(yè)也是圍繞相關(guān)點(diǎn)不斷進(jìn)行技術(shù)迭代和升級。在今年的上海車展上，很多動(dòng)力電池企業(yè)所公布的產(chǎn)品和技術(shù)基本都集中在提升電池安全性、能量密度以及充電效率上。
時(shí)下，動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)進(jìn)入新一輪的技術(shù)迭代期，又到了決定下一個(gè)十年產(chǎn)業(yè)新格局的歷史關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。毫無疑問，未來誰能解決行業(yè)痛點(diǎn)，誰就擁有改變或重塑產(chǎn)業(yè)新格局的力量與歷史機(jī)遇。
行業(yè)共識(shí)，提升電池能力密度與安全性是動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)目前面臨的最大挑戰(zhàn)，當(dāng)然其中也暗含重大的歷史發(fā)展機(jī)遇。
回顧新能源汽車發(fā)展歷史，得益于動(dòng)力電池的技術(shù)和創(chuàng)新，市場上各種純電動(dòng)車的主流續(xù)航已經(jīng)達(dá)到500-600km，車主的續(xù)航里程焦慮已經(jīng)大大減輕。
《動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展行動(dòng)方案白皮書(2023-2025)》顯示，2022年，我國動(dòng)力電池技術(shù)創(chuàng)新能力不斷提高，三元電池系統(tǒng)能量密度最大值提升至212Wh/kg，磷酸鐵鋰電池系統(tǒng)能量密度最大值提升至176.1Wh/kg；純電動(dòng)乘用車單車平均帶電量提升至50.9kWh，續(xù)航400公里以上車型占比提升至70.7%。
不過從技術(shù)發(fā)展趨勢看，目前主流的磷酸鐵鋰和三元材料兩種路線都已經(jīng)觸及能量密度的天花板。
比如由于液態(tài)鋰離子電池的電解質(zhì)中，有機(jī)溶劑具有易燃性、高腐蝕性，同時(shí)抗氧化性較差、無法解決鋰枝晶問題，因此存在熱失控風(fēng)險(xiǎn)，也限制了高電壓正極、鋰金屬負(fù)極等高能量材料的使用，預(yù)計(jì)理論能量密度上限為300Wh/kg。此次車展像欣旺達(dá)推出的閃充電池、億緯鋰能推出的4695大圓柱電池、以及中創(chuàng)新航的 “頂流電池”，能量密度均在300Wh/kg以上，已接近能量密度上限。
筆者認(rèn)為，未來如果要進(jìn)一步提高電池能量密度與安全性能，固態(tài)電池或許更可能成為產(chǎn)業(yè)最優(yōu)解，其主要有四大核心優(yōu)勢：
第一大核心優(yōu)勢，盡管固態(tài)電池本身不能提升能量密度，但由于具備更穩(wěn)定、更安全、電化學(xué)窗口寬（5V以上）等性質(zhì)，無論是在材料端、結(jié)構(gòu)端，還是Pack端都有助于提升提升電芯能量密度。目前半固態(tài)電池能量密度可達(dá)350Wh/kg+，準(zhǔn)固態(tài)可實(shí)現(xiàn)400Wh/kg+，全固態(tài)可突破500Wh/kg。
第二大優(yōu)勢，固態(tài)電解質(zhì)相比液態(tài)電解液可以解決漏液揮發(fā)等安全問題。由于固態(tài)電解質(zhì)燃點(diǎn)非常高，因此將液態(tài)電解液更換為固態(tài)電解質(zhì)材料，將有效提升安全性。
第三大優(yōu)勢，固態(tài)電池不需要電解液和隔膜，其可以實(shí)現(xiàn)多層正極、固態(tài)電解質(zhì)和負(fù)極材料堆積。先串聯(lián)后再封裝焊接，有效簡化封裝，使得整體電池包的重量和體積得以縮減從而提升續(xù)航能力。
第四大優(yōu)勢，固態(tài)電池循環(huán)壽命更長。固態(tài)電解質(zhì)為單離子導(dǎo)體，副反應(yīng)少，循環(huán)壽命更長。由于固體電解質(zhì)不具有流動(dòng)性，因此不會(huì)出現(xiàn) SEI 膜反復(fù)生長與溶解脫落的問題，有助于實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定循環(huán)。此外，全固態(tài)電池中過渡金屬不易發(fā)生溶解，可以避免由過渡金屬溶解導(dǎo)致的正極容量衰減以及過渡金屬在負(fù)極側(cè)沉積進(jìn)而催化SEI膜分解的問題。
回歸企業(yè)層面，諸如寧德時(shí)代、比亞迪、輝能科技、衛(wèi)藍(lán)新能源、贛鋒鋰業(yè)、國軒高科等十幾家動(dòng)力電池企業(yè)在固態(tài)電池領(lǐng)域均有深度布局，且勢頭都很兇猛。
比如4月19日寧德時(shí)代推出的凝聚態(tài)電池堪稱當(dāng)下最強(qiáng)存在——其單體能量密度達(dá)500Wh/kg，
在今年車展發(fā)布會(huì)上，寧德時(shí)代首席技術(shù)官吳凱表示，該電池采用高動(dòng)力仿生凝聚態(tài)電解質(zhì)，構(gòu)建納米級別自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，調(diào)節(jié)鏈間相互作用力，在增強(qiáng)微觀結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的同時(shí)，提高電池動(dòng)力性能，提升鋰離子運(yùn)輸效率。此外凝聚態(tài)電池還聚合了包括超高比能正極、新型負(fù)極、隔離膜以及新工藝等一系列創(chuàng)新技術(shù)，使之既具備優(yōu)秀的充放電性能，又具備高的安全性能。今年底前寧德時(shí)代將形成量產(chǎn)凝聚態(tài)汽車電池的能力，同時(shí)也已經(jīng)與民用飛機(jī)公司合作開發(fā)電動(dòng)機(jī)。
如果其真的能夠?qū)崿F(xiàn)量產(chǎn)落地，不僅能大大緩解新能源汽車的里程焦慮，甚至有可能推動(dòng)電動(dòng)航空領(lǐng)域的發(fā)展。
在產(chǎn)業(yè)化布局方面，比如據(jù)24潮團(tuán)隊(duì)統(tǒng)計(jì)，僅輝能科技、衛(wèi)藍(lán)新能源、贛鋒鋰業(yè)、清陶能源、太藍(lán)新能源等5家企業(yè)固態(tài)電池產(chǎn)能規(guī)劃合計(jì)已達(dá)256.2GWh。
事實(shí)上，為了搶占下一代電池技術(shù)風(fēng)口，很多車企通過綁定電池廠，提前布局固態(tài)電池技術(shù)，而車企入局為固態(tài)電池企業(yè)提供了資金、技術(shù)、客戶等多重保障，有助于推進(jìn)固態(tài)電池商業(yè)化進(jìn)程。
但事實(shí)上，固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程仍面臨諸多問題和挑戰(zhàn)。
比如盡管固態(tài)電池在安全性、能量密度等方面具備無與倫比的優(yōu)勢，是未來鋰電行業(yè)發(fā)展的重要方向。但就現(xiàn)階段而言，技術(shù)和成本依然是橫亙在固態(tài)電池商業(yè)化道路中的巨大阻礙，嚴(yán)重制約了行業(yè)的商業(yè)化速度和固態(tài)電池的推廣普及。
眾所周知，自2020年起，我國首次將固態(tài)電池列入行業(yè)重點(diǎn)發(fā)展對象并提出加快研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，2023年進(jìn)一步提出加強(qiáng)固態(tài)電池標(biāo)準(zhǔn)體系研究，目前尚未出臺(tái)補(bǔ)貼政策，仍以市場驅(qū)動(dòng)為主。
但是固態(tài)電池目前難以輕薄化，用到的部分稀有金屬原材料價(jià)格較高，而且全固態(tài)對生產(chǎn)工藝、成本和質(zhì)量控制也提出了更嚴(yán)苛的要求，生產(chǎn)設(shè)備替換率大等原因，其成本明顯高于現(xiàn)有液態(tài)電池。
據(jù)中郵證券測算，目前固態(tài)電池較液態(tài)電池成本高出30%以上。預(yù)計(jì)半固態(tài)電池規(guī)?；慨a(chǎn)后，成本比液態(tài)鋰電池高10%-20%。
此外，從技術(shù)路線角度分析，在固態(tài)電解質(zhì)研發(fā)領(lǐng)域，初創(chuàng)企業(yè)以衛(wèi)藍(lán)新能源（氧化物）、清陶能源（氧化物）、恩能新能源（硫化物）為代表；傳統(tǒng)鋰電巨頭包括寧德時(shí)代（硫化物）、比亞迪（硫化物）、贛鋒鋰業(yè)（氧化物）。但值得關(guān)注的是，現(xiàn)階段成熟的全固態(tài)電解質(zhì)方案尚未落地，以上企業(yè)的布局成效和未來全固態(tài)時(shí)代的主流路線仍存在巨大不確定性。
而且全固態(tài)體系的電解質(zhì)材料研究目前尚處于探索階段，技術(shù)尚未成熟，短期內(nèi)難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的商業(yè)化。
固態(tài)電池由于存在固態(tài)電解質(zhì)與電極之間界面阻抗高、固態(tài)電解質(zhì)的體相離子電導(dǎo)率相對比較低等問題，且生產(chǎn)工藝與液態(tài)電池差別大，生產(chǎn)程序不同，需要購置大量新的工藝設(shè)備，這也是加快產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程的阻礙之一。
東吳證券分析認(rèn)為，比如寧德時(shí)代重點(diǎn)布局的硫化物全固態(tài)路線，盡管已有高能量密度的固態(tài)電池實(shí)驗(yàn)樣本，但距離實(shí)現(xiàn)商業(yè)化可能仍需5年以上時(shí)間。
而中郵證券也認(rèn)為，固態(tài)電池當(dāng)前處于起步階段，產(chǎn)業(yè)化仍需時(shí)間。其預(yù)計(jì) “2030年中國固態(tài)電池出貨量將達(dá)251.1GWh，2030年市場空間有望達(dá)200億元?！?/p>
因此國內(nèi)短期聚焦于更具兼容性、經(jīng)濟(jì)性的半固態(tài)路線：2020年半固態(tài)電池實(shí)現(xiàn)首次裝車突破，但能量密度在260Wh/kg水平，性能提升有限，2023年實(shí)現(xiàn)360Wh/kg+裝車發(fā)布，國內(nèi)外多家新能源車企宣布了半固態(tài)電池裝車規(guī)劃，2023 有望成為 “裝車元年”。
其中東風(fēng)、蔚來、賽力斯已宣布將于今年實(shí)現(xiàn)半固態(tài)電池裝車，長安深藍(lán)、智己、埃安、高合等車企普遍規(guī)劃2025年前裝車半固態(tài)電池。
此次寧德發(fā)布的凝聚態(tài)電池使用的是凝聚態(tài)電解質(zhì)，電池中的液體具有很強(qiáng)的粘附性，就屬于半固態(tài)電池的一種。
不過，需要注意的是，目前半固態(tài)電池技術(shù)仍不成熟，循環(huán)次數(shù)、倍率性能較差，同時(shí)未形成規(guī)模量產(chǎn)，成本價(jià)格較高，因此下游應(yīng)用進(jìn)展存在低于預(yù)期的風(fēng)險(xiǎn)。
為了在搶占下一代技術(shù)風(fēng)口，中美歐等均通過發(fā)布相關(guān)政策，設(shè)立了電池遠(yuǎn)期戰(zhàn)略目標(biāo)，一場全球化競爭已不可避免。
目前全球核心固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)區(qū)域?yàn)闅W美、日韓和中國。其中歐美國家主要以自主研發(fā)固態(tài)電池技術(shù)的創(chuàng)業(yè)型公司為主；日韓以傳統(tǒng)車企與電池企業(yè)合作開發(fā)為主；中國企業(yè)研發(fā)投入巨大，且以科研機(jī)構(gòu)或院校為支撐，產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程較快。
在企業(yè)競爭層面，中美歐日韓等國家動(dòng)力電池企業(yè)也都已在固態(tài)電池領(lǐng)域有深度布局，很多企業(yè)都制定了頗具野心的產(chǎn)能規(guī)劃目標(biāo)。
其中，美國初創(chuàng)企業(yè)眾多，QuantumScape、Solid Power等企業(yè)通過與科研機(jī)構(gòu)合作已成為行業(yè)主力軍。其代表企業(yè)QuantumScape成立于2010年，由斯坦福大學(xué)科學(xué)Jagdeep Singh、Fritz Prinz和Tim Holme三人創(chuàng)立，擁有超過200項(xiàng)固態(tài)電池專利技術(shù)。
QuantumScape得到了比爾蓋茨、大眾集團(tuán)、德國馬牌集團(tuán)和上汽集團(tuán)的投資，目前市值超過400億美元，目前已成為固態(tài)電池技術(shù)研發(fā)頭部企業(yè)。
其產(chǎn)品性能相較傳統(tǒng)鋰電池，產(chǎn)品續(xù)航里程提高80%，最高續(xù)航接近2000公里；充電時(shí)間大幅縮短，相較傳統(tǒng)鋰電池需40分鐘充至80%，其產(chǎn)品僅需15分鐘即可；此外，產(chǎn)品循環(huán)1000次后仍保持80%以上的容量。
據(jù)了解，QuantumScape已開始建設(shè)生產(chǎn)工廠，計(jì)劃于2023年開始試產(chǎn)部分固態(tài)電池，2025年實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)。
而歐洲企業(yè)則以車企投資初創(chuàng)企業(yè)為主，比如大眾汽車投資1億美元與QuantumScape組建一家新的合資企業(yè)，寶馬攜手Solid Power共同研發(fā)全新的固態(tài)電池等。
日韓企業(yè)多選擇抱團(tuán)合作，三菱、日產(chǎn)、松下等日本企業(yè)在保有獨(dú)立研發(fā)團(tuán)隊(duì)的基礎(chǔ)上，組建共同研發(fā)中心。韓國領(lǐng)先的三大電池企業(yè)—LG化學(xué)、三星SDI和SKI也組成聯(lián)盟，合作研發(fā)固態(tài)電池。
其中最具代表性的企業(yè)日產(chǎn)提出 “日產(chǎn)汽車2030愿景”，計(jì)劃到2024年建造固態(tài)電池試點(diǎn)工廠。到2026年，共投入約1128億人民幣加快電動(dòng)技術(shù)轉(zhuǎn)型。同時(shí)，日產(chǎn)計(jì)劃在2028年實(shí)現(xiàn)固態(tài)電池大規(guī)模量產(chǎn)，并在同年推出首款搭載公司全固態(tài)電池的電動(dòng)車型。此外，日產(chǎn)于2022年4月9日宣布與NASA合作開發(fā)新型全固態(tài)電池，作為2028年產(chǎn)品發(fā)布和2024年試點(diǎn)工廠采用的電池。
在產(chǎn)品性能方面，日產(chǎn)固態(tài)電池能量密度接近傳統(tǒng)鋰電池的兩倍，充電時(shí)間為鋰電池的三分之一，并且減少了昂貴的稀有金屬用量，有效降低電池成本。該款全固態(tài)電池體積只有目前電池的一半大小，充滿電僅需15分鐘。根據(jù)規(guī)劃，2028年公司全固態(tài)電池能夠?qū)㈦姵爻杀窘抵?5美元/KWh，并在未來進(jìn)一步降低至65美元/KWh。
中國企業(yè)盡管起步較晚，但市場參與者多，同時(shí)車企與電池企業(yè)密切合作。
目前國內(nèi)固態(tài)&半固態(tài)電池廠商主要有清陶能源、衛(wèi)藍(lán)新能源、贛鋒鋰電、孚能科技及國軒高科等，均已實(shí)現(xiàn)半固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化。比如衛(wèi)藍(lán)已規(guī)劃北京房山、江蘇溧陽、浙江湖州和山東淄博4大生產(chǎn)基地，目前推出了350Wh/kg的半固態(tài)電池；國軒高科22年5月發(fā)布首款半固態(tài)電池產(chǎn)品，單體能量密度達(dá)360Wh/kg；清陶能源于2018年建成國內(nèi)第一條固態(tài)電池生產(chǎn)線，后于2022年投資50億元在昆山固態(tài)電池項(xiàng)目。
國內(nèi)外電池廠商積極推動(dòng)布局，無疑將加速固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，也勢必對產(chǎn)業(yè)格局產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。
在關(guān)注固態(tài)電池戰(zhàn)爭的同時(shí)，未來快充技術(shù)的突破也可能對產(chǎn)業(yè)格局產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。
從今年上海車展來看，除了更高的能量密度之外，快充性能也頻頻被提及，快充技術(shù)已成為國內(nèi)外中高端純電車型標(biāo)配。
當(dāng)前國內(nèi)外主力電動(dòng)乘用車?yán)m(xù)航普遍突破600公里，高端車型突破1000公里，消費(fèi)者續(xù)航焦慮逐步化解，但隨之而來的，是愈發(fā)緊迫的 “補(bǔ)能” 便捷性需求。在產(chǎn)品路線出現(xiàn)同質(zhì)化趨向的背景下，快充成為少數(shù)幾個(gè)能夠創(chuàng)造差異性降維優(yōu)勢的技術(shù)場景。
由于高電壓平臺(tái)可以突破充電的大電流的限制，充電功率更高，補(bǔ)能速度更快，是電動(dòng)車電氣架構(gòu)的重要發(fā)展方向。當(dāng)前，A級及以上車型的帶電量水平普遍已達(dá)到60kWh以上，并仍在持續(xù)提升，滿足這些車型的快速補(bǔ)能需求所需的充電功率往往已經(jīng)超過250kW。特斯拉V3超充系統(tǒng)為實(shí)現(xiàn)超過250kW的充電功率，充電電流已高達(dá)近 700A，追求更快的充電速度，800V電壓平臺(tái)成為了各車企的主流選擇。
中國科學(xué)院院士歐陽明高在多個(gè)場合坦言，解決充電的后顧之憂，需要更大功率的快充技術(shù)，超級快充是大勢所趨，行業(yè)需要推進(jìn)電動(dòng)汽車采用800V甚至更高的電壓平臺(tái)架構(gòu)。
自保時(shí)捷Taycan全球首次推出800V高電壓電氣架構(gòu)以來，2021年，國內(nèi)外車企掀起一輪800V電壓平臺(tái)車型發(fā)布潮，以圖搶占大功率快充新高地。
快充是一個(gè)高度復(fù)雜的系統(tǒng)性工程，從三電、到充電樁、電網(wǎng)層面都需要全新調(diào)整。以800V高壓平臺(tái)為例，需要車企及三電企業(yè)對電芯及系統(tǒng)、各高壓零部件的絕緣、耐壓等級，銅排的載流、耐高溫能力設(shè)計(jì)等進(jìn)行系統(tǒng)性升級。
動(dòng)力電池作為平臺(tái)架構(gòu)中的重要一環(huán)，在電動(dòng)汽車 “快充革命” 中扮演了至關(guān)重要的角色，圍繞于此，寧德時(shí)代、中創(chuàng)新航、蜂巢能源等一大批動(dòng)力電池企業(yè)已經(jīng)進(jìn)行積極布局。
值得注意的是，電池安全性能仍是重中之重，電池企業(yè)需要通過多維度安全測試，驗(yàn)證電芯材料體系熱穩(wěn)定性，同時(shí)加強(qiáng)對電芯制程把控，提升電芯的制造一致性，提高電芯本體安全性，同時(shí)在熱防護(hù)設(shè)計(jì)以及應(yīng)力可靠性進(jìn)一步把控。因此快充電池的電芯成本比普通電池高出不少。
中期來看，在成本上，高壓快充電池主要覆蓋在中高端車型，在未來，實(shí)現(xiàn)快充技術(shù)降本，提升電池的安全性能將成為動(dòng)力電池角逐快充賽道的競爭重點(diǎn)與發(fā)展方向。
在二十多年前，經(jīng)濟(jì)學(xué)家魏杰曾經(jīng)留下過一個(gè)預(yù)言：“這是一個(gè)大浪淘沙的階段，非常痛苦，我估計(jì)再過10年，現(xiàn)在的民營企業(yè)200個(gè)中間有一個(gè)保留下來就不簡單，垮臺(tái)的垮臺(tái)，成長的成長。”
產(chǎn)業(yè)競爭就是如此殘酷！在歷次的產(chǎn)業(yè)技術(shù)周期跌宕中，都會(huì)有大量企業(yè)倒下，無數(shù)企業(yè)一蹶不振，一些曾經(jīng)風(fēng)光無限的產(chǎn)業(yè)大佬陸續(xù)離場；最后只有少數(shù)企業(yè)成功應(yīng)對周期變化，以技術(shù)迭代周期為機(jī)遇，強(qiáng)勢布局，實(shí)現(xiàn)逆勢增長。
時(shí)下，低碳經(jīng)濟(jì)與數(shù)字化經(jīng)濟(jì)已成為無可阻擋的全球發(fā)展大趨勢。筆者認(rèn)為，未來3-5年，動(dòng)力電池行業(yè)的發(fā)展還將會(huì)圍繞新能源汽車的痛點(diǎn)進(jìn)行技術(shù)迭代創(chuàng)造需求，實(shí)現(xiàn)新的滲透。而動(dòng)力電池競爭格局的變化也將源自于企業(yè)是否跟進(jìn)了產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和變革。
因此技術(shù)驅(qū)動(dòng)將成為企業(yè)，乃至整個(gè)行業(yè)更重要的驅(qū)動(dòng)力，一些技術(shù)領(lǐng)先的企業(yè)將獲得更高的市場份額和利潤水平，只具備中低端產(chǎn)品生產(chǎn)能力的企業(yè)將深陷競爭紅海，行業(yè)的分化也會(huì)進(jìn)一步加劇。
縱觀動(dòng)力電池發(fā)展史，盲目擴(kuò)產(chǎn)所導(dǎo)致的惡果，歷史上已有前車之鑒，未來高效、優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)能仍然是短缺的，眼下市場技術(shù)迭代不斷加速，動(dòng)力電池企業(yè)應(yīng)根據(jù)市場方向做好深度研判并布局，才能在不斷變化的行業(yè)周期中立于不敗之地。
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