全固态电池:备战2025,决战2030

发布时间:2023-11-24  

“我们的目标是,2026年实现全固态电池装车搭载。”


2023年11月17日,在第21届广州国际车展上,广汽集团总经理冯兴亚表示,广汽集团将固态电池、无钴电池、低钴电池、钠离子电池等列入关键技术攻关。

▲图片来源/广汽集团


当天,在车展相关发布会上,长安汽车和东风日产也分别发布搭载全固态电池计划。


“计划到2030年推出液态、半固态、固态等8款自研电芯,形成不低于150吉瓦时(GWh)的电池产能。”长安汽车总裁王俊表示,将不晚于2027年推动重量能量密度达到350-500Wh/kg、体积能量密度750-1000Wh/L,并逐步量产应用,2030年实现普及。


全固态电池也是东风日产发布会一大亮点。


“以Hyper之名,日产迎来全固态电池技术前瞻性突破,率先抢滩新能源汽车新核心领域。”东风汽车副总裁、东风日产总经理山口武表示,日产为全固态电池的量产化之路制定了明确的规划——2024年启动试点工厂,2028年之前量产上市。


作为新能源汽车的关键零部件之一,动力电池是兵家必争之地。而固态电池是下一代电池技术的方向之一,是汽车产业链争夺的高地。


各路巨头在争相入场。行业热议和消费者期盼已久的全固态电池,量产搭载终于有了明确的日程表——备战2025,决战2030。

▲图片来源/长安汽车


除上述车企外,已经发布搭载全固态电池计划的,还有丰田、宝马和大众等。


丰田计划在2025年左右,将全固态电池投入生产,2030年量产;宝马承诺在2025年前,推出搭载全固态电池的电动汽车原型,并在2030年前量产;大众表示,正在积极研发全固态电池技术,预计2025年开始使用;福特则预计,2026年推出搭载固态电池的车型……

 

表面上看,今年广州车展上,千余辆展车同台竞技,现场热闹非凡,观众沉浸在新车发布、电动化、智能化的狂欢。其背后,一场看不见的全固态电池竞赛已悄然打响。


01


黎明前的黑夜


“动力电池上半场由锂电池主导,下半场固态电池将成主角。”多位业内人士研判。


在上半场竞争中,我国已成为全球动力电池产业领跑者,市场规模连续6年全球领先,建成全球产业链最全、规模最大的动力电池产业体系,先后有约5万家企业争先恐后投入到锂电池产业新浪潮中。


然而,随着新能源汽车迅猛发展,产业界愈发认识到传统液态锂电池的极限,比如能量密度上限低,无法根除消费者的里程焦虑;整体电池质量大;低温运行不畅、高温环境下又存在安全隐患等。


于是,全固态电池呼声日益强烈。


固态电池发展历程可以追溯到20世纪初。彼时,德国化学家瓦尔特·恩斯特·莫兹利提出了固态电解质电池的概念。直到2010年,丰田推出续航里程可超过1000km的全固态电池。


此后,许多企业和研究机构开始研发固态电池技术,试图用固态电池取代传统的液态锂电池。


全固态电池技术研发经历了漫长的岁月。近年来,随着技术不断进步和市场需求增长,越来越多的车企开始关注并研发,包括丰田、日产、宝马、大众、广汽、上汽、长安等。


“电池技术的创新周期大约是30年。这代锂离子电池应用到动力方面,大约开始于2000年左右,预计2030年会有一次全方位革新。”


中国科学院院士、清华大学教授欧阳明高在新能源科学与交通电动化国际论坛上表示,动力电池发展第一个十年主要解决的是安全问题,目前还在继续解决。


从2010年开始的第二个十年,动力电池产业规模逐步庞大,智能化手段推动动力电池全产业链技术革新。第三个十年应是新材料换代,以固态电解质研发为核心的全固态电池正在研发中,预计2030年成熟。


尽管全固态电池有种种优势,但产业化进展并不顺利。纵观全球,目前尚未看到量产固态电池搭载在汽车上。


即使是丰田也没有。早在2011年,丰田就宣布将在2015年至2020年期间推出固态电池,并且表达了固态电池将能完全解决新能源汽车的续航里程难题,同时推动新能源汽车普及速度的看法。然而,至今全固态电池仍未在商业上广泛应用。

▲图片来源/丰田


此中,有一些关键的技术挑战和难题需要克服。


其一,全固态电池虽然有诸多优点,如更高的能量密度、更快的充电速度和更高的安全性,但制造工艺和材料科学方面的挑战不容忽视。


全固态电池中的固体电解质需要能在高温下稳定工作,还要保证其安全性和稳定性。制造成本也需要得到有效的控制,以使其在市场上有竞争力。


其二,除了技术方面的挑战,市场的接受度和供应链的准备程度,也是影响固态电池广泛应用的重要因素。新能源汽车市场仍处于初级阶段,消费者对于新能源汽车的接受度还有待提高。


其三,整个供应链的准备程度,需要跟上新能源汽车市场的发展步伐,包括电池回收和再利用等问题。


许多行业人士认为,在2030年之前,全固态电池不太可能大规模生产。“未来10年,将是全固态电池研发的关键机遇期。”在中国工程院外籍院士孙学良看来,全固态电池规模化量产和应用,窗口期在2025年-2030年间。


02


决战2030

 

尽管广泛应用仍需时日,但全固态电池巨大的潜力不容忽视。


“预计2030年全球固态电池市场空间将超3000亿元。”华泰证券研报称。


更有观点认为,全固态电池或是下一代电池的主流,如果投入实际使用,电动汽车市场的版图可能被改写。


今年10月12日,出光兴产和丰田汽车宣布,两家公司将共同研发全固态电池的量产技术。

“固态电解质”是正极(+)和负极(-)之间的离子通道,丰田表示将致力于开发固态电解质的量产技术,提高其生产性并建立供应链。


“接下来就是制造阶段了,现在重要的是实现能力。两家公司携手合作,一定能让实现能力的效果翻上几倍。”丰田社长佐藤恒治表示。


虽然丰田宣布了全固态电池技术的巨大进步,看似给快速落地带来了希望,但是,从至今其公布的信息来看,专业人士持怀疑态度。


“全固态电池目前还有一些核心问题亟待解决。如果丰田说现在能量产全固态电池,我表示怀疑,但是说到2027年,我也没法预测,以宁德时代的技术水平而言很有难度。”动力电池行业龙头宁德时代首席科学家吴凯表示。


全固态电池的技术瓶颈还没突破,产业化还要面对诸多问题,但丝毫不影响各路玩家蜂拥而入的热情。

▲图片来源/东风日产

 

“最快到明年,日产全固态电池就会投入工厂试生产。最快到2028年之前,日产全固态电池会全面商业化、量产。”东风日产用户运营中心副部长周谦表示,这个时间节点目前从全球来讲都是领先的,这源于日产技术上的3大优势。


一是,续航里程比当前电池产品翻了一倍;二是,充电时间只需要当前电池产品的1/3;三是,导入后,整体成本和现在的燃油车成本相比,并没有增加,这取决于日产成本管控上的优势。


虽然,日本企业在固态电池的材料、电解质和制造工艺等方面,拥有一些核心技术和专利,具有较高的技术壁垒,但中国的车企也在积极探索和实践,并取得了一些突破性进展。


“仅仅过去3天,广汽埃安实验室便宣布完成固态电池的界面改性技术试验验证,公布了新的技术突破,将于2026年率先在昊铂上量产搭载。”

▲图片来源/广汽埃安

 

11月21日,广汽埃安官方表示,新技术将使固态电池的寿命衰减降低50%,150周循环后,电池容量能保持在90%以上。此外,新型固态电解质、固固界面改性等相关技术也在加速开发中,以期实现固态电池综合性能持续优化。


在广汽集团之外,长安汽车也在真金白银加大投入,积极推动动力电池技术研发,跑步加入竞争圈。


产品布局方面,长安汽车计划到2030年,推出液态、半固态、固态等8款自研电芯,形成不低于150GWh的电池产能。


体系能力方面,长安汽车已组建先进电池研究院,拥有电池研发人员1200余人,其中包括高级专家、顶尖学术人才125人。“未来,我们还将投入100亿元资金,到2024年电池团队达到3000人。”王俊表示。

▲长安汽车总裁王俊


此外,早在2016年,比亚迪将固态电池确定为未来的发展方向,并于2021年公开了硫系添加剂全固态电池专利。


今年5月31日,上汽集团和清陶能源签署增资扩股协议和战略合作框架协议,决定进一步深化双方长期、共赢的战略合作伙伴关系,率先推动2025年实现固态电池技术10万辆级大规模量产落地,依托全球领先的创新技术,为消费者打造真正安全节能、高性价比的电动车。


综合主流车企和电池厂商的表态来看,固态电池的量产时间基本上在2030年前后。


不过,未来随着技术进步,固态电池“早产”趋势也十分明显。


“我们需要吃着碗里看着锅里,给予足够的重视。”中国电动汽车百人会副理事长董扬认为,日本在研发和专利方面的优势,不一定意味着日本在固态电池领域的胜势。


一方面,我国目前固态动力电池研究并不落后,在世界科学期刊发表文章数已居世界第一。另一方面,日本虽然在研发方面处于强势,但中国具有全球最大的新能源汽车市场,未来在固态电池的产业化方面有望实现反超。


今年广州车展上,多家车企展示了在固态电池领域的最新进展和成果,反映了业界对固态电池技术的关注和期待。但在目前,全固态电池角逐正处于黎明前的黑夜。


分水岭在7年之后,即2030年。


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