固态电池的“钱途”与“前途”:企业重金布局 量产还在路上

SMM网讯:就目前而言,固态电池是最有希望实现量产的下一代电池技术,虽然有不少企业重金布局,但布局总体上相对谨慎保守,进行技术储备的企业不少,持观望态度的居多。全固态电池的量产进度,还有待下一个五年来验证。

因能量密度的成倍提升,且具备显著的安全性,同时现有液态电池领域(如电动工具、储能、电动汽车、航空航天、国家安全等)固态电池基本都可以应用。因此,在下一代电池技术的布局方面,全固态电池备受关注。

根据中银证券测算,固态锂电池市场潜力巨大,全球需求量在2020年、2025年、2030年分别有望达到1.7GWh、44.2GWh、494.9GWh,2030年全球市场空间有望达到1500亿元以上。

中外企业重金布局

在国内,《新能源汽车产业发展规划(2021~2025年)》(征求意见稿)已明确提出要“加快全固态动力电池技术研发及产业化”。目前,辉能科技、卫蓝新能源、清陶能源、宁德时代、比亚迪、万向一二三、亿纬锂能、国轩高科、赣锋锂业、天齐锂业、珈伟股份、中航锂电、力神电池、鹏辉能源等多家新能源电池产业链企业均在发力固态电池的技术研发与应用。

在国外,丰田、本田、日产、大众、宝马、福特、现代、松下、三星SDI、LG化学、博世、戴森等知名企业都已宣布布局固态电池领域。早在2017年,日本新能源产业技术综合开发机构就宣布,与丰田、本田、日产、松下等23家汽车、电池和材料企业联合开发固态电池,并计划到2022年全面掌握固态电池的相关技术,到2030年前后将固态电池组每千瓦时的成本降至锂电池的30%。

近期,国内外企业在固态电池领域投资布局动作频频:

4月,固态锂电池技术公司“辉能科技”宣布完成近亿美元D轮融资,投资方包括中银投资和一汽产业基金。本轮融资将用于固态锂电池的商业化落地和工厂建设。此前,辉能科技曾获得软银中国和丹丰资本的持续投资。据悉,辉能科技早在2017年就建成了40MWh的中试线,并实现自动化的卷式生产。2019年年底,辉能科技宣布,将于2020年实现第一代固态动力电池1GWh的产能。

据busines swire报道,英国南安普顿大学孵化出的固态电池技术开发商Ilika也在本月宣布完成了1500万英镑的股票配售,以加速其固态电池产业化。 

北京卫蓝新能源科技有限公司总经理俞会根4月20日向电池网(微号:mybattery)透露,公司计划今年完成B轮产业化推进融资,明年完成C轮规模化量产融资。据悉,2018年上半年,卫蓝新能源完成亿元及以上人民币A轮融资,由中科院科技成果转化基金和三峡资本等机构联合投资。

比克电池固态电池负责人贺明辉博士与电池网交流时也表示,公司从固态电池关键材料的开发、电池结构设计等方面展开对固态电池的研发工作,并进行了相应的专利布局。现已完成小容量全固态软包电池样品的开发,远期开发目标是开发固态动力电池。

3月,据外媒报道,三星推出了一款高性能、长寿命的全固态电池,能够让电动汽车续航里程达到800公里,而且循环寿命超过1000次。

2月,丰田汽车和松下两家公司宣布同意建立一个合资公司,专注车载大容量高功率方形锂电池以及车载全固态电池的开发、制造和销售。其中,丰田持有51%股份,松下持有49%股份。

1月,戴姆勒与加拿大魁北克水电公司宣布建立合作关系,共同开发固态电池技术。双方合作目的是测试新材料,加速固态电池量产应用。戴姆勒方面表示,电池是电动汽车的关键零部件,固态电池将是下一个关键技术,目前双方合作研究的最新进展令人鼓舞。双方还表示,一旦该固态电池达到量产状态,将在戴姆勒旗下电动汽车上使用。

2019年底,辽宁朝阳市生态环境局招商引进的单体大容量、固态聚合物动力锂电池项目,由北京神州巨电科技有限公司与朝阳经济开发区成功签约,项目落地朝阳经济开发区,该项目计划投资总额为60亿元人民币,总占地面积为1500亩。

戴森也在2019年岁末砍掉了电动车项目,把研发资源投入到固态电池、感应技术、视觉系统、机器人和人工智能领域。

量产还在路上

尽管国内外知名企业纷纷入局固态电池领域,但全固态电池走出实验室,还需要时间。

“全固态电池的研发还在围绕着关键科学问题的解决展开,还没有从实验室走向工程化应用阶段。”在贺明辉博士看来,固态电池发展的最大的问题,就是锂离子因高界面阻抗而无法高效地传导。在固态电池中,电极与电解质之间的有效接触较弱,锂离子在固体物质间的传输动力学性能较低,特别是在大电流、高倍率性能方面,这一缺陷就尤为突出。因此如何提升锂离子的导通性成为当前固态电池的主要研究方向。

贺明辉博士表示,根据结构设计的差别,固态锂电池可分为薄膜型和大容量型。对于薄膜型固态电池,容量一般较小,制备的成本也较高,可用于对容量要求较低、成本不敏感的特殊领域,如一些智能穿戴和可植入式医疗设备中。而对于大容量型的固态电池,目前还处于研发阶段,还没有成熟的产品投放到商业化应用中,在未来有可能应用在便携式电子设备及电动汽车中。

据俞会根介绍,全固态电池具有高安全性、高能量密度等优势,但固态电池要实现大规模量产,同时也存在一些迫切需要解决的技术难题,如固态电解质材料的室温离子电导率偏低;固/固界面接触性和稳定性差;金属锂表面存在粉化和枝晶生长问题,其循环性、安全性等机理方面还需要进一步研究;全固态锂电池制备工艺尚未确定,有些制造装备尚需开发量产等。基于上述难点问题,特别是固态界面稳定性和金属锂的可充放性问题,真正意义上的全固态金属锂电池技术尚未成熟。

俞会根判断,针对全固态电池,有望在2025年以前实现小规模量产,2028年以前大规模应用,目前这一预判没有变化,卫蓝新能源公司目前承担的北京市科委项目,全固态电池要在2021年实现装车搭载验证,因此2025年左右实现小规模装车是有可能实现的。

“固态电池要真正实现产业化,需要具有和液态电池持平甚至更低的成本,目前来看也是有希望实现的。”俞会根进一步介绍说,“我们测算过,当固态电池的能量密度达到400Wh/kg,产能规模在20GWh以上,其电芯价格有望达到0.5元/Wh,几乎与现有的铅酸电池价格接近,优势明显。不过,当前固态电池技术还在发展,产能规模还比较小,成本相较液态电池会高10-20%左右,但是固态电池的安全性能优异,作为一种新技术新产品需要有一个过渡期,我们加倍努力尽可能缩短这个过渡期。”

就卫蓝新能源自身而言,俞会根表示,目前,卫蓝新能源在房山区窦店镇成立了军民融合子公司“北京卫国创芯科技有限公司”,全面开展特种固态电池的研发和试制工作;在江苏溧阳成立了子公司“江苏卫蓝新能源电池公司”作为3C消费电池的生产基地,6月份投产;另外成立了“溧阳先导固态电池材料有限公司”,准备开展相关固态电池材料的研究开发工作。公司以北京房山窦店高端基地为储能电池/动力电池/特种电池的研发生产基地,以江苏溧阳为电池关键材料开发基地和3C消费电池生产基地进行布局。

根据卫蓝新能源的规划,2021年公司将在北京建设一期动力电池1GWh量产线。同时,基于公司科技成果的转化,还将陆续成立其他固态电池材料及装备子公司,打造固态电池产业链布局,推动全固态电池的产业化,2025前后实现全固态电池小规模量产,混合固液电池规模化量产。

3月31日上午,北汽集团董事长徐和谊一行在参观卫蓝新能源时,徐和谊也特意谈到自己对固态电池的乐观态度,他认为2023年前后就能出现可量产的固态电池,2025年就可以大批量生产。

半固态电池先行

目前而言,相较于全固态电池,半固态电池(混合固液电池)的产业化似乎离我们更近一些:

俞会根表示,混合固液电池作为液态电池到全固态电池的过渡技术,相关的技术相对成熟,最近几年有大规模量产的可能,卫蓝新能源的混合固液电池将在2020年实现亿瓦时级别量产。其实,混合固液电池已经有装车的案例,早在2018年,卫蓝新能源公司基于300Wh/kg混合固液动力电池产品与北汽新能源合作开发的样车,在中科院先导项目验收会上发布,综合续航里程是原设计里程的2倍以上,获得中科院科技成果转化特等奖。

今年年初,日本电子公司京瓷也推出一款住宅储能电池,该电池采用半固态锂离子电池架构,能够提高电池的经济性,加快了电池储能的价格革命。京瓷公司称,半固态电池的材料成本比标准锂离子电池的材料成本减少约40%,制造时间则缩短了2/3,因为在半固态电极中,电解质与材料混合形成了黏土状的浆料,无需黏合剂,从而去除了惰性物质,减少了如干燥、溶剂回收、压延和电解质填充等处理步骤。独特的生产工艺可以制造出比行业标准厚四到五倍的电极,从而减少了对铜、铝和隔板的需求。

2月,泰国电力和公用事业公司Global Power Synergy plc宣布将投资3520万美元,在泰国建立第一家小型电池厂。该工厂主要是利用24M半固态技术,该技术先前已得到京瓷(Kyocera)的验证。这座半固态锂离子电池厂,总投资为11亿泰铢。从2020年底开始,该工厂初期的生产能力将只有每年30兆瓦时(MWh),后续工厂成熟后有可能全面扩大到100兆瓦时(MWh)。项目将于今年年底完成并开始商业运营。

结语:就目前而言,固态电池是最有希望实现量产的下一代电池技术,虽然有不少企业重金布局,但布局总体上相对谨慎保守,进行技术储备的企业不少,持观望态度的居多。全固态电池的量产进度,还有待下一个五年来验证。

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