固态电池、半固态电池离大规模产业化还有多远?

        最近针对固态电池和半固态电池的研发和产业化做了一些调研,简单记录一下。

一、固态电池离大规模产业化还有多远?

        提到固态电池,要先说一下QuantumScape这家公司。去年11月27日,固态电池公司QuantumScape在美国上市,上市后股价飙升,在不到一个月的时间里上涨了256%。媒体报道称,这家初创公司和特斯拉一样具有强大的科技创新基因。比尔-盖茨也是该公司的投资者之一。但随后该公司股价从高点迅速暴跌60%,甚至引发了投资者团体对该公司的集体诉讼。

         发生了什么?Seeking Alpha上的一份报告称,QuantumScape目前在测试的固态电池 "体积小很小(比装在iWatch的电池小),而且从未在实验室外进行过测试。" 该报告说,"他们很可能永远不会达到他们声称的性能"。随后该公司股价暴跌,仅仅几天后,纽约律师事务所Gainey McKenna & Egleston宣布代表投资者对QuantumScape提起集体诉讼。

      还有一家公司叫Fisker,Fisker这家公司在2018年宣称他们在2020年会发布固态电池,到了2019年他们又将这一日期推迟到了2022年,今年他们突然宣称彻底放弃对固态电池的研发。

          

 



        按照现在的理论,固态电池有巨大的前景。更高的能量密度、更强的续航、更安全、更快的充放电速度。因此,也吸引了很多汽车厂和电池厂对其开展研究。

        但是,目前的现实是:将固态电池推向市场还需要很长时间。对于用于电动汽车的固态电池,所有相关公司都还仅仅停留在研究层面,用于电动汽车的固态电池还远远没有准备好。固态电池在技术层面和产业化层面需要克服的问题还是非常多。

      很多行业内专家的看法都是:大多数电动汽车(EV)在近十年内不太可能使用更强大的固态锂金属电池,即有技术的因素、也有规模化制约下带来的成本高的因素(固态电池生产线和现有锂电池生产线差异较大)。即使技术出现突破,该技术在也难以在成本上和现有锂电池体系竞争。


二、半固态电池离大规模产业化还有多远?

       国轩高科这几天高调宣称他们新研发的半固态电池,结合蔚来年初的发布会以及近期的消息可以判断,国轩高科宣称1000km续航的半固态电池是会搭载在蔚来的ET7上。

       但对于半固态电池,也不是新东西了。早在2015年,一家叫24M(网页链接)的公司就开始对其进行了研发(他们宣称自己是第一家专注半固态电池的公司),在2019年他们宣称其半固态电池取得重大突破,能量密度达到350wh/kg,2020年他们宣称他们的产品已经可以产业化、商业化,今年5月他们融了5000多万美元,推进其半固态电池的产业化、商业化。



        似乎半固态电池离产业化已经很近了?但看看蔚来此前在发布会上公布的其半固态电池的材料体系就可以发现,这并不是我们想象中的“半固态电池”。

       宁德时代前瞻技术部部长郭永胜今年提到过,对于固态电池,他有一个分类,是按照正负极来分的,可以分为三代:

第一代就是现在传统的液态电解液替换为固态电解质,正负极和传统用的是一模一样的,传统用什么,正负极就用什么;

第二代固态电池是将负极换成金属锂,正极材料不变,该用铁锂用铁锂,该用三元用三元;

第三代固态电池是正负极都需改变,负极用金属锂,正极换成不含锂的更高能量的材料。这样可以进一步提高电池的能量密度。

       对于第一代固态电池,郭永胜认为提升能量密度比较难。因为提升电池能量密度最根本的途径是在正负极活性材料方面下工夫,其他材料都属于对能量密度没有直接帮助的辅材,包括固态电解质也是这样。目前固态电解质大致有聚合物、无机物、氧化物三类,不管哪一类,其真密度都远高于电解液的真密度,如果你在电池里面灌同样体积的固态电解质,它的重量就会增加,相对应(以重量计算的)电池能量密度就会下降。

         他认为,真正的固态电池是指第二代、第三代。实际上这两类固态电池目前还面临很多的科学问题和技术问题,至于什么时候可以商业化,如果是这两代,确实很难预测它们的商业化时间。至于第一代固态电池,量产要相对容易得多,能否大规模商业化,则要看他们的整体综合性能能否满足应用的需求,而不是看某一个技术指标。

        我们再来看看蔚来国轩高科发布的所谓"半固态电池",材料体系其实还是高镍三元和硅碳负极,其实和现在的高镍三元的正负极体系没有本质区别。其续航1000km,核心靠的是高镍三元和硅碳负极(特斯拉4680也是用的该材料体系),并不是电解质的替换带来的作用。其实就是郭永胜提到的第一代半固态电池。其最主要的优势其实是安全性更高,劣势也很明显:成本高(搭载这款所谓半固态电池的ET7的价格估计在50万以上左右。)


 三、总结

        

       固态电池这个帽子太大了,我觉得按照宁德时代郭永胜的分类比较合适。严格意义上的固态电池、半固态电池(正负极材料体系有本质变化)的产业化,并且在成本上具备优势还离我们还很遥远,10年以内难以实现。

       这两年一些公司宣称要产业化的半固态电池是属于郭永胜定义的第一代,就是现在传统的液态电解液替换为液态+固态电解质,正负极和非固态电池用的是一模一样的(比如用高镍和硅碳负极)。这类半固态电池的优势是:理论上对安全性有提升作用(尚未经过实际验证),但缺点也很明显,就是成本高。所以是无法和现有电池体系PK的,我个人认为这类所谓的半固态电池可能仅仅是在个别车型上探索性尝试一下,另外这可能也是主机厂和电池厂的一个噱头。

        最后引用一句专专注于固态电池研发的公司Solid Power 的CEO Campbell说的一句话(我感觉比较有意思): 

 The battery community has developed a bad reputation for overpromising and under-delivering (电池界已经形成了一种喜欢过度承诺,却对承诺兑现不足的坏风气。)。

          

  $宁德时代(SZ300750)$   $国轩高科(SZ002074)$   $特斯拉(TSLA)$  


 @今日话题  

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全部评论

是大宝啊09-01 12:16

结果呢?哪一年可以实现?

Riseworld08-12 22:43

学习了

元气森林满满08-09 00:21

hdgf 600400

元气森林满满08-09 00:19

啥意思

心之所向之一路歌行08-01 21:20

固态电池资料留存