撰文 | 尹太白
編輯 | 楊博丞
題圖 | IC Photo
隨著搭載固態電池的蔚來ET7量產交付在即，動力電池行業也正在醞釀著一場新的變局。
12月18日，蔚來在蘇州奧林匹克體育中心舉辦了“NIO Day 2021”，除了宣佈ET5正式亮相併開啟預售外，蔚來創始人、董事長兼CEO李斌還透露了ET7的最新進展，“目前ET7量產準備工作順利，將於2022年1月20日鎖單，3月28日開啟交付。”
蔚來ET7 | 圖源：蔚來官網
一年前，ET7在“NIO Day 2020”上正式亮相，定位中大型電動旗艦轎車，然而最令外界期待和關注的還是ET7搭載了能量密度高達360Wh/kg的固態電池，一次充電續航里程可以達到1000公里以上。
固態電池之所以引發熱議，有一種觀點認為固態電池將成為新能源汽車動力電池的終極形態，同時也是動力電池行業中一個重要的分水嶺和技術制高點，“固態電池普及之日，就是燃油車退出歷史舞臺之時”。
事實上，固態電池並非新鮮事物。早在2011年，豐田就表示將在2015年至2020年推出固態電池，其認為固態電池將完全彌補新能源汽車的續航里程難題，同時還能大力推動新能源汽車的普及速度。然而時至今日，固態電池依舊未能得以正式應用。
固態電池究竟是營銷噱頭還是顛覆性技術？ET7能否給出這一問題的答案仍未可知。
固態電池風口將至：
動力電池行業亟需突破
傳統鋰電池的裝車方式是將電芯組裝成模組，模組組裝成電池包，然後再安裝到汽車底盤上。兩重組裝不僅增加了材料成本，還增加了電池的總重量，而這樣導致的問題是，電池包的能量密度難以進一步提升。
不過，一個行業共識是，鋰離子電池的能量密度也已接近極限，難以突破300Wh/kg，即便向負極引入矽基合金，也很難突破400Wh/kg的上限。目前，LG新能源的三元鋰電池能量密度為161Wh/kg，而比亞迪的刀片電池能量密度僅為140Wh/kg。
相較於鋰離子電池，固態電池擁有三個方面的優勢。首先，固態電池的核心優勢在於高安全性，液態電解質熱分解溫度與隔膜融化溫度在160℃以下，而固態電解質熱分解溫度則超過了500℃，用固態電解質代替液態電解質，幾乎不存在起火燃燒的安全隱患；其次，固態電解質電化學視窗在5V以上，遠高於現有的4。3V，可以適配活性更高的高比能正負極材料，並顯著提升電池的能量密度，理論上，固態電池的能量密度有望突破500Wh/kg；最後，固態電池在充放電的過程中幾乎沒有鋰離子的消耗，能讓固態電池的容量在很長一段時間內保持穩定，大大提升了迴圈壽命。
儘管固態電池在各方面均優於鋰離子電池，但固態電池的發展並不是一蹴而就的。
根據液態電解質含量，固態電池的發展路徑可分為液態、半固態、準固態和全固態。簡而言之，這是一個將鋰離子電池的液態電解質，逐步替換為固態電解質的過程。而現階段，找到能平衡成本、穩定性高的固態電解質依舊是行業性難題，真正使用固態電解質的固態電池量產及裝車仍需要時日。
“2022年量產的固態電池，準確來說是半固態電池，還是有液體的。”李斌曾在ET7正式亮相後的第二天解釋道，他表示，全固態電池的量產還是很遠的事情，原因是目前固態電池的市場需求很低，例如為了續航能力而犧牲成本，使用者和車企在有其它技術可行的情況下都不會買單。
固態電池的量產及裝車雖然看似遙遠，但卡位戰的號角實則已吹響。一位新能源行業人士向DoNews（ID：ilovedonews）表示，全球範圍內，不少動力電池企業和車企都已佈局固態電池賽道，“誰能搶先實現固態電池技術的商用，誰就能搶下未來5-10年內新能源產業發展的先機。”
值得一提的是，日本對於固態電池的研發和商業化最為重視。早在2018年，日本新能源產業技術綜合開發機構就開始了對全固態電池的研發，參與者包括汽車、電池和材料領域的23家企業和15所大學。據該機構預計，到2025年，實現商業化的固態電池將會佔到1%的市場份額。
打響卡位戰：
固態電池成競爭核心
固態電池已成為國際上公認的下一代新能源汽車動力電池的技術方向。
據上述行業人士透露，目前固態電池賽道上的玩家主要分為兩類：一是以豐田、上汽等為代表的汽車企業；二是以寧德時代、三星SDI等為代表的動力電池企業。
圖源：搜狐
續航里程不盡如人意是目前新能源汽車的短板之一，同時也嚴重製約著新能源汽車對燃油車的滲透和替代，為了解決這一問題，不少汽車企業率先加大了對固態電池的研發力度。
早在2018年6月，大眾集團就向美國固態電池公司Quantum Scape投資了1億美元，並派遣人員參與開發，2020年6月，大眾再次追加了2億美元的投資，雙方共同的目標是在2025年之前實現全固態電池的量產。
通用汽車則在2016年參與了美國電池啟動公司SolidEnergy Systems的B輪融資，2021年4月，SolidEnergy Systems完成了1。39億美元的D輪融資，由通用汽車領投，上汽集團、吉利集團、現代汽車等跟投。隨後，通用汽車宣佈計劃明年推出車用級固態電池A樣品，並在2025年正式開啟商業化量產，而現代汽車則在財報電話會議上表示，公司一直在開發固態電池，並計劃在2030年大規模生產使用固態電池的新能源汽車。
除了參與投資SolidEnergy Systems外，現代汽車還在2018年聯合三星SDI向美國固態電池公司Solid Power投資了2000萬美元，2019年4月，Solid Power宣佈獲得了由福特汽車和三星SDI共同領投的B輪融資，2021年10月，Solid Power再次獲得由韓國電池製造商SKI投資的3000萬美元，用於聯合生產車用級固態電池。
一個較為明顯的趨勢是，步入2021年之後，各大汽車企業在固態電池領域的投資更為密集。
2021年5月，寶馬集團宣佈向Solid Power投資1。39億美元，並且將於2025年之前推出應用固態電池的原型車，2030年之前則實現應用固態電池的新能源汽車的量產。
2021年11月，梅賽德斯-賓士宣佈將投資美國電池技術公司Factorial Energy數千萬美元，旨在加速其在固態電池領域的研發，以求未來有更多的突破。
與此同時，日產汽車也釋出了“日產汽車2030願景”，計劃在未來5年內投資2萬億日元，加快推進電驅化產品佈局和技術創新，其中，2024財年將在日本橫濱建造試點工廠，2028財年將推出搭載獨創全固態電池的新能源車型。
國內汽車企業和動力電池企業對固態電池領域的投資也在持續加碼。2020年，北汽新能源釋出了“2029計劃”，其中包括以鋰離子電池、固態電池、燃料電池“三位一體”的能源驅動系統構建多元化能源體系。半年後，北汽新能源宣佈完成對首臺搭載固態電池系統的樣車的除錯。
2021年4月，長城汽車旗下的蜂巢能源宣佈計劃2025年在量產車上應用示範能量密度達350-500Wh/kg的固態電池。
2021年5月，寧德時代對外表在固態電池研發方面深耕多年後，公司已經可以做出固態電池樣品，但是距離實現固態電池商業化還有很遠的路要走。
2021年6月，投資了Quantum Scape和SolidEnergy Systems的上汽集團宣佈將於2021年年底投產零熱失控、高性價比、可快充、可快換、可升級的新一代動力電池，並於2025年投產固態電池。
2021年9月，國軒高科高階副總裁徐興元在“全球新能源汽車供應鏈創新大會”上表示，將在2020-2022年引入固態電池技術，2022年開始進行固態電池技術的迭代升級，生產高安全固態電池，2025年後生產出能量密度超過超過400Wh/kg、迴圈800次的全固態電池。
根據市場研究機構Orbis Orbis Reseach釋出的《全球固態電池市場2017-2021》，2017-2021年，全球固態電池市場將以72。33％的複合年增長率增長。顯而易見的是，固態電池已處於風口之上，無論對汽車企業還是動力電池企業而言，誰能先一步掌握核心技術，誰就有機會制定行業規則，從而實現利益最大化。
短板不容忽視：
固態電池仍面臨桎梏
固態電池的優點突出、意義深遠，但其短板和現實問題也很明顯。
一個難以突破的難題是固體電池的充放電效率很低。由於固態電解質電導率比液體電解質低10倍以上，導致固態電池無法實現快充，同時放電效能也極差，這也就意味著，當汽車需要高功率電力輸出時，電池組會出現供電不足的情況，而且由於導電率差，電量實際轉化為可用電量的效率也會很低。
另外，固態電解質難輕薄化，應用到的部分稀有金屬原材料成本較高，疊加為達高能量密度使用的高活性正負極材料尚不成熟，致使其成本明顯高於現有的鋰離子電池。
“固態電池真正投入大規模商業應用大概的時間是在2025-2030之間。實際上，中國市場現在就有，只不過是用在無人機、柔性電子等小電子產品身上。真正要用在車用動力電池上，還需要5-10年時間”。中國科學院院士歐陽明高認為，首先要解決的問題是把固態電解質搞定，而這需要大量的研發投入。
然而即便解決了充放電效率及固態電解質材料難題，距離真正實現固態電池的量產依舊有不少挑戰。
在前述業內人士看來，目前固態電池的生產工藝還不成熟、程式複雜，整體生產成本過高。整體來看，固態電池技術仍處於從技術成熟到產業化的過渡階段，需要材料降價、工藝改進和更穩定的供應鏈體系。
值得一提的是，2021年7月，寧德時代釋出了第一代鈉離子電池，其能量密度達到了160Wh/kg。常溫下充電15分鐘，電量就可達到80%，即便是在-20℃的低溫環境中，依舊擁有90%以上的放電保持率，極大程度上解決了寒冷地區冬季存在的“電動爹”難題。
按照寧德時代的規劃，下一代鈉離子電池能量密度研發目標是200Wh/kg以上，寧德時代將構建了高通量材料整合計算平臺，藉助先進的演算法和強大的算力，尋找各種材料基因的結合點，開發出更適合鈉離子電池的各類材料，推動其進入產業化的快速通道。
可以預見的是，無論是固態電池還是鈉離子電池，對於整個動力電池行業而言，新一輪電池技術革命即將到來。
