半固态电池,新能源行业的新赛点

“混动只是过度技术,纯电才是终极目标。”这是新能源市场刚刚起步时,行业内的主流观点,在这一观点的影响下,传统车企开启了“油改电”的探索,新势力则直接切入纯电市场抢夺先机。

虽说供消费者选择的纯电车型越来越多,但充电难、续航焦虑等因素依然困扰着不少消费者,再加上新能源补贴的退场、竞争力下滑,致使越来越多消费者将目光投向了混动车型,零跑、哪吒、阿维塔等品牌也纷纷推出增程版车型,以期望快速实现从纯电到混动的全面布局。

据乘联会数据显示,今年前7个月,新能源车的累计销量为432.1万辆,同比增长27.6%,其中纯电动车的累计销量为303.9万辆,同比增长5.5%,PHEV(含增程式)的销量为128.2万辆,同比增长80.1%,混动车型正处于高速增长的轨道当中。

同样的故事或将在半固态电池领域再度上演。

与混动车型被轻视到被重视的转变类似,半固态电池也有着成为市场新宠的趋势。但就目前而言,半固态电池的影响力并不强,一是因为不少搭载半固态电池的车型打着固态电池的名号宣传,容易引发反感。二是早期搭载半固态电池的车型表现并不出众,未引发市场热潮。

半固态电池,新能源行业的新赛点

图源: 清陶能源

半固态电池是液态电池向固态电池转化的中间形态,其主要是按照电解质的形态来区分的,目前主流的锂电池使用液态电解液加锂盐;而全固态电池没有添加任何电解液,使用纯固态电解质。半固态、准固态电池即部分添加了液态电解液的电池,是通往全固态电池路上的“折中方案”。

电解质从液态到固态的发展历程,是电池行业追求高能量密度和高安全性的结果,全固态电池也被业内认为是电池行业的终极解决方案,但因其存在量产难题,迟迟未能上车。在这样的背景下,半固态电池才有了大放异彩的机会。

全固态电池量产难,半固态电池获得青睐

“固态电池有很多科学及技术的基础问题尚未解决,我们公司深耕10多年,仍然认为难以形成有技术可行性和市场竞争力的产品。”宁德时代董事长曾毓群曾这样表示。与曾毓群的看法颇为相近,Fisker创始人Henrik Fisker表示,“固态电池是一种这样的技术,当你觉得你已经完成了90%,几乎达到目标时,然后你意识到剩下的10%比前面的90%困难得多。”

一边是产业链面临量产难题,另一边不少车企也公布了自身的固态电池量产时间表。其中,最激进的日产将于2025年启动试生产、2028年量产;丰田则携手日本能源公司出光兴产,宣布将于2027年至2028年启动固态电池生产;奔驰则将量产目标定于2030年;大众利用旗下电池公司PowerCo与美国全固态电池开发商QuantumScape合作,引入固态电池技术……

半固态电池,新能源行业的新赛点

图源: 清陶能源(固态电池专用材料)

目前而言,常见的固态电池主要分为三类,分别是聚合物、氧化物、硫化物固态电池,这主要是依据电解质的差异进行区分的,三种固态电池各有优缺点。

聚合物电解质一般由聚合物和锂盐络合形成,并添加少量的惰性填料,本质上接近目前的液态电解质,拥有易于合成加工,机械性能好,柔性佳等优点,可以与现有的液态电解质生产工艺兼容,技术最为成熟。但聚合物固态电解质的室温电导率不高,需要加热到60度高温才能正常工作,另外稳定性也不算太好,不能适配高电压的正极材料,且在高温下也会发生燃烧现象,聚合物固态电解质的整体性能提升有限,潜力不高。

氧化物电解质是含有锂、氧以及其他成分(可以是磷、钛、铝、镧、锗、锌、锆)的化合物,可以分为晶态、非晶态两类。氧化物固态电解质的电导率比聚合物高,比硫化物更低,兼具机械稳定性和电化学稳定性。劣势是不易烧结,氧化物电解质需要800度以上的高温烧结才可以致密成型。另外,存在刚性界面接触问题、脆度高难以加工。

硫化物固态电解质是目前理论上最佳的固态电解质材料,相比现有锂离子电池,硫化物的优势是能量密度,可以轻松超过三元电池的三倍。它被认为发展潜力最大。硫化物由氧化物固体电解质衍生而来,硫元素替换了氧元素。同样,它也分为晶态和非晶态两种。硫化物固态电解质电导率最高,但其热稳定性较差,还容易和空气中的水、氧气反应产生硫化氢剧毒气体,此外,硫化物与正极材料兼容度差,对锂金属稳定性差,会发生反应,导致离子电导率的损失。

丰田、LG、松下等企业选择了研发难度最高,市场潜力最大的硫化物固态电解质,一旦突破就会形成很高的技术壁垒。而国内电池厂商大多选择氧化物电解质的路线,在实际应用中,不少玩家将聚合物和氧化物进行融合,以半固态电池的形态规模化量产。

固态电池市场的格局,与智能驾驶行业的状态颇为相近,日系车企直接布局全固态电池像是采用跨越式发展直接入局L4的智驾公司,而半固态电池更像是选择了L2渐进式发展的模式,更符合国内市场驱动的发展格局。

早在2021年,东风汽车与赣锋锂业便合作开发了50辆搭载了半固态电池的东风风神E70,作为试点示范运营。紧接着搭载半固态电池的岚图追光也于2022年底上市,值得注意的是岚图追光搭载的半固态电池,能量密度仅为170Wh/kg,与传统的液态电池并无差异,半固态电池的优势并未展现出来。

直至2023年底,李斌驾驶着一台装配了150kWh电池包的蔚来ET7,连续行驶了一千多公里,半固态电池的优势才有所显现。今年4月,智己L6正式上市,该车搭载了一块133kWh的半固态电池(约含有10%的半液态电解质),其电池能量密度为368Wh/kg,在CLTC工况下智己L6的续航突破了1000公里。

半固态电池,新能源行业的新赛点

图源:智己汽车

智己L6的到来,让业内掀起了一轮有关固态电池和半固态电池标准的大讨论。一方面智己对外宣称L6搭载固态电池的做法引发了竞品的不满,另一方面也让市场看到了发展固态电池的潜力。

风神、岚图、蔚来、智己等品牌搭载半固态电池车型的上市,意味着背后赣锋锂业、孚能科技、卫蓝新能源和清陶能源半固态电池产品趋近于成熟,随着时间的推移,搭载半固态电池的车型将会越来越多。

发展半固态电池是当下新能源产业的最优解

从全球的视角来看,丰田、日产、奔驰以及LG等大型企业直接布局固态电池的做法,颇有围堵中国新能源产业发展的架势,但实际看来成效并不能尽如人意,这其中最关键的因素就是成本。

众所周知,汽车行业是对规模化生产要求极高的产业,电池规模化降本也是推动新能源产业发展的必由之路。目前看来,海外厂商规划的固态电池要在2028~2030年间实现量产,因为海外消费者对电动车的需求不高,海外电池厂商仍有时间打磨自己的固态电池产品。

数据显示,2023年日本纯电动车的销量为79198辆,同比增长2.5%。而今年上半年,欧洲电动车的注册量为95万辆,同比增长2%。

除了中国市场外,海外消费者对电动车的认可度并不高,将新能源市场状态与固态电池的量产时间表相结合,就不难发现,丰田、日产等厂商对固态电池车型的布局是与海外新能源发展的步调相吻合的。倘若它们率先在固态电池领域抢得先机,必将对自主品牌新能源出海产生致命的打击。

而要打破这样的格局,国内就必须率先实现半固态电池的量产应用,一方面可以通过渐进式发展的模式实现对固态电池的降本,另一方面也可以缩小与搭载全固态电池车型的性能差距。

以卫蓝新能源为蔚来打造的150kWh电池包为例,该电池的能量密度达为360Wh/kg,终身循环寿命为600次,按照满电实测1044公里来计算,整个寿命周期可累计使用60万公里,可以轻松满足普通消费者的用车需求。

半固态电池,新能源行业的新赛点

图源:蔚来

但其极高的成本也令人望而却步,蔚来总裁秦力洪曾经向媒体透露,150kWh电池包的成本相当于一辆蔚来ET5,也就是近30万元。因成本较高,该电池包采用“只租不售”的模式,纳入蔚来的补能体系,并于2024年6月1日起,正式开放对蔚来车主的预约使用。

蔚来150kWh电池包的成本必将随着量产规模的提升逐步下降,从实验室走向市场的量产过程,是每一个新技术都必须经历的。丰田、日产等外资企业押宝全固态电池,同样需要走量产降本的过程,而这个时间差就是国产厂商快速发展的契机。

从电池行业发展的状态来看,在某个时间节点一次性推出完美的解决方案,是几乎不可能实现的,而是要结合市场状态不断提高制造能力、材料性能,不断提高性价比,才能实现更加远期的目标。

半固态电池,新能源行业的新赛点

图源:卫蓝新能源网站截图

目前来看,这样的发展规律与国内新能源市场上,由液态电池逐步升级为半固态电池进而发展成为全固态电池的发展趋势是相辅相成的。这样分阶段量产的方式,对清陶能源、卫蓝新能源等需要融资、经营、生存的“新公司”而言也颇为友好。再加上半固态电池比液态电池拥有更高的能量密度和更好的安全性,有利于提升消费体验。

总的来说,国内市场已经形成了半固态电池研、产、销全链条的有利生态,在这样的宏观背景下抓紧时机建立竞争优势,是中国新能源产业在固态电池时代再度领先最好时机。从这一角度来看,行业应该给半固态电池更多的发展空间,让更多的消费者明确半固态电池的优势,促进整个行业良性发展。

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