如果疫情不曾暴發,如果東京奧運會不曾推遲,也許我們現在已經能看到搭載固態電池的豐田電動汽車了。在去年10月東京車展開幕前夕,豐田首席技術官寺島茂樹曾透露,豐田將在2020年東京奧運會期間推出一款搭載固態電池的電動車型,并于2025年實現量產。

ABEC 2018

圍繞固態電池這項前瞻技術的研發“軍備競賽”似乎一直都沒有停下來,而是有加速趨勢,包括豐田、大眾集團、三星、寶馬、寧德時代等在內的巨頭都在尋求固態電池領域的突破。近日,豐田汽車動力總成公司執行副總裁兼電池業務總經理海田啟司透露:“豐田希望能在2025年前量產固態電池?!辈痪们?,大眾集團向美國固態電池初創公司Quantum Scape增資2億美元,以進一步開發固態電池。

日系一馬當先 推出原型產品

如果疫情不曾暴發,如果東京奧運會不曾推遲,也許我們現在已經能看到搭載固態電池的豐田電動汽車了。在去年10月東京車展開幕前夕,豐田首席技術官寺島茂樹曾透露,豐田將在2020年東京奧運會期間推出一款搭載固態電池的電動車型,并于2025年實現量產。

而今,由于疫情沖擊,東京奧運會延期到了2021年。不過,據知情人士透露,豐田仍在積極研發固態電池,并如期推出了原型產品,已在概念車上搭載。至于原型產品何時公開亮相,由于東京奧運會的開幕時間尚未敲定,目前無法準確預告其亮相時間。

與現有三元鋰電池相比,固態電池擁有諸多優勢,被視作下一代動力電池的發展方向之一。據海田啟司透露,豐田的固態電池原型產品充滿電僅需15分鐘,比現有鋰電池充電速度快得多;壽命方面,豐田所生產的固態電池有望使用30年之后,仍可保持90%以上的性能。能量密度方面,根據豐田的規劃,到2025年將把固態電池能量密度提升到現有鋰電池的2倍以上,預計可達到450Wh/kg,屆時搭載固態電池的電動汽車續航里程將大幅提升,可與燃油車相媲美。另外,固態電池用固態電解質取代液態電解質,預計將比現在電池更輕、更持久、更安全,最終也會更便宜。

豐田并不是單打獨斗。在固態電池領域,豐田的合作伙伴是松下,雙方成立的合資公司——泰星能源解決方案有限公司已于今年4月投入運營,該公司業務范圍包括研發大容量鋰電池、固態電池,以及下一代電池的開發、制造與銷售。

此外,在固態電池領域,日本的車企、科研機構、電池和材料企業等喜歡抱團共同參與研究。早在2018年夏季,日本新能源產業技術綜合開發機構(NEDO)啟動了固態電池開發項目,參與方包括豐田、日產、本田等汽車廠商,松下、GS湯淺等電池企業,以及東麗、旭化成、三井化學、三菱化學等材料廠商。

韓系開始抱團 現代聯手三星

在全球動力電池市場,韓國電池三巨頭——LG化學、三星SDI和SK Innovation占有舉足輕重的地位。近一段時間以來,現代汽車集團首席副會長、實際掌門人鄭義宣先后與三星電子副會長、三星集團實際掌門人李在镕,LG集團會長具光謨,以及SK集團會長崔泰源會晤,探討動力電池合作及供應事宜。

目前,在韓國,現代汽車集團大部分動力電池供應來自LG化學,還有一部分來自SK Innovation。雖然三星SDI尚未與現代汽車集團建立起電池供應關系,但在上述三家電池廠商中,鄭義宣最先參觀的就是三星SDI的電池工廠,原因可能就在于三星掌握著重要的籌碼,即固態電池。

今年3月,三星高等研究院和三星日本研究所聯合公布了固態電池最新進展。據介紹,該團隊研發出一種高性能的銀碳基全固態電池,單次充電可提供800公里續航,循環次數高達1000次。這種高性能且長效的全固態電池,相對于鋰電池而言,能量密度更高,可達900Wh/L,從而可以帶來更大的存儲容量,并且更安全。

對于現代汽車集團這樣的整車廠商來說,LG化學和SK Innovation可以滿足其當前的動力電池需求,而三星擁有的固態電池技術無疑代表著下一代動力電池的重要方向。在會面時,以鄭義宣為代表的現代汽車集團高管聽取了三星高管關于全球動力電池技術動向、三星固態電池研發進展情況的介紹,韓國汽車業界猜測雙方未來可能在固態電池領域展開合作。

德系加入競爭 熱捧初創企業

在汽車行業的電動化浪潮中,動力電池作為關鍵部件可以說是起著決定性作用。因此,除了電池廠商外,整車廠商也希望能掌握動力電池技術的主動權,而投資初創公司成為重要手段之一。

今年6月,大眾集團宣布將再一次追加對電池初創企業Quantum Scape的投資,此次投資額為2億美元。這并非大眾集團的首次出資。早在2014年,大眾集團就收購了這家公司5%的股份,但并未透露交易金額。2018年,大眾集團出資1億美元,與Quantum Scape成立合資公司,并派遣人員參與到技術開發中。Quantum Scape是美國斯坦福大學前研究人員于2010年在加州圣何塞市成立的公司,主要從事固態電池研發工作。從這前后三次出資,可以看出大眾集團對于這家公司以及固態電池技術的看好。

針對最新的這筆投資,大眾集團零部件管理委員會主席托馬斯·施瑪爾表示:“我們正與合作伙伴Quantum Scape在固態電池技術方面取得進步,此次投資將進一步推進我們在全固態電池領域的研發?!?/span>

大眾集團曾表示,固態電池能使高爾夫純電動版的續駛里程從300公里提升至750公里。對于固態電池的量產時間節點,大眾集團的預估與豐田類似,其目標是與Quantum Scape在2025年建成一條固態電池生產線,而工廠建設計劃將在今年年內敲定。

彭博社NEF公司能源存儲主管詹姆斯·弗里斯表示,2025年左右是固態電池廣泛商業化的一個現實的時間節點,且從能源技術的角度來看,并不是很遙遠?!疤拱渍f,美國很多初創公司都在從事這方面的研究?!彼f。

Solid Power是一家位于美國科羅拉多州的固態電池初創公司,也是熱門的投資對象。早在2017年9月,美國電池制造商A123公司宣布對Solid Power進行投資,以研發世界一流的電池技術。2017年12月,寶馬宣布與Solid Power合作,共同研發固態電池技術。此后,Solid Power完成了包括多家車企領投的A輪和B輪融資。

Solid Power首席執行官道格·坎貝爾指出,目前市場上的三元鋰電池能量密度已經逐漸接近理論極限,而固態電池技術可能是提高能量密度最直接的途徑。在他看來,固態電池將是后鋰離子時代的主導科技,并將成為電動汽車、電子產品以及醫療裝備行業的規則改變者。

商業化落地難 多重瓶頸待破

在中國,去年12月,工信部發布《新能源汽車產業發展規劃(2021-2035年)》(征求意見稿),在“實施電池技術突破行動”中,加快固態動力電池技術研發及產業化被列為“新能源汽車核心技術攻關工程”。這意味著固態電池有望上升至國家戰略層面。另外,寧德時代、比亞迪、國軒高科、輝能科技、贛鋒鋰業、衛藍新能源等一批廠商正在參與固態電池的研發。光大證券在不久前發布的一份報告中指出,固態電池將成為搶占下一代鋰電技術的制高點,而當前固態電池領域進入“軍備競賽”階段,國內外各企業期望搶占先機以贏得市場份額。

在穩步推進研發的同時,業內人士對于固態電池的商業化障礙也有著清醒的認識。光大證券指出,固態電池的工藝路線尚不成熟,降本仍是一個漫長的過程,全面產業化預計需要5-10年。

海田啟司坦言,受限于耐久性和安全性,豐田的工程師們尚未能真正發掘出固態電池能量密度大幅提升的潛力,目前正在調整電池的陽極和其他材料構成。豐田傾向于使用硫基電解質,因為這種電解質似乎能更有效地促進鋰離子在電極之間的轉移,而豐田面臨的挑戰是開發一種既能緊密壓縮又能保持彈性的電解質。

另外,生產方面,固態電池必須在超干燥的環境中生產,目前豐田的固態電池是在一個名為“手套箱”的透明盒子中生產的,工人們通過緊密嵌在盒子上的橡膠手套將手伸入其中,“這一過程緩慢、笨拙,不適合大規模生產?!焙L飭⑺具€說,固態電池要想與內燃機系統相抗衡,成本必須低于100美元/kWh。

海田啟司表示,和很多前瞻性技術一樣,固態電池的商業化還面臨著各種阻礙,現在討論固態電池的上市時間還太早。不過,豐田希望能在2025年實現小批量生產。事實上,今年年初,豐田先進材料技術部首席專業工程師中西真二在介紹固態電池研究項目時也表態稱,雖然固態電池還處于研究階段,但生產技術某種程度上也在同步推進,即使距離真正的量產還有一些距離,但豐田的相關研發工作正在穩步推進。

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