蔚來固態電池迷霧,續航1000公裏

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“目前使用NCM811正極材料的固態電池,質量能量密度(其實)是下降的,除非使用更高克容(克容量,正極材料的一個標準)的正極材料。”曾參與固態電池汽車研發的業內人士蕭瀚(化名)向《每日經濟新聞》記者說道。

近日,蔚來汽車表示,將於2022年第四季度推出使用150度的固態電池汽車,實現360Wh/kg超高能量密度,續航裏程超過1000公裏。

蕭瀚認為,半固態電池(或稱之為混合固態電池,業內各自存在不同表述)存在三大量產挑戰:一是能量密度低;二是成本高;三是工藝難度高。如果說蔚來150度電池包2022年量產,那麽現在就應該有比較可靠的電池demo(小樣)出來,且可以裝車使用。再經過一個冬天的測試,使得電芯在2021年底具備準量產狀態。之後,汽車廠商再拿電池包做一個冬試、一個夏試,才能在2022年四季度裝車。

在他看來,目前沒有國內廠家能夠拿出360Wh/kg能量密度的方案。因此,2024年、2025年才是半固態電池較為穩妥的量產時間點。

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供應商猜想

蔚來推出150度電池包後,誰是其半固態電池產品的供應商成了各界關注的焦點。寧德時代、清陶能源、台灣輝能、北京衛藍等公司紛紛被列入可能的供應商名單。

從技術路線看,寧德時代走的是硫化物電解質路線,研發全固態電池。根據前瞻產業研究院報告,目前寧德時代全固態電池還在開發中,預計2030年後產品才能實現商品化。

而清陶能源、台灣輝能、北京衛藍走的均是氧化物電解質路線。能量密度方麵,根據天風證券研報,清陶能源、台灣輝能的固態電池能量密度分別為400Wh/kg、182Wh/kg,寧德時代的硫化物電池理論可達400Wh/kg。

從技術路線看,寧德時代走的是硫化物電解質路線,研發全固態電池。根據前瞻產業研究院報告,目前寧德時代全固態電池還在開發中,預計2030年後產品才能實現商品化。

而清陶能源、台灣輝能、北京衛藍走的均是氧化物電解質路線。能量密度方麵,根據天風證券研報,清陶能源、台灣輝能的固態電池能量密度分別為400Wh/kg、182Wh/kg,寧德時代的硫化物電池理論可達400Wh/kg。

從能量密度上看,台灣輝能182Wh/kg與蔚來150度電池包的360Wh/kg相去甚遠,且天風證券預計台灣輝能2025年能達到的能量密度也僅為335Wh/kg。但事實上,台灣輝能此前一度被認為是最有可能的供應商,2019年8月22日,蔚來就曾與台灣輝能簽約,雙方以打造采用輝能MAB固態電池包的樣車為短期目標。

目前,動力電池提升能量密度主要有兩條技術路線:一是提高單體電芯能量密度,比如正極材料從磷酸鐵鋰到三元,三元電池正極材料從NCM523、NCM622到NCM811的技術演進;二是提升整包能量密度,比如寧德時代CTP、比亞迪刀片電池等。

台灣輝能MAB固態電池包與寧德時代CTP、比亞迪刀片電池類似,並非提升單體電芯能量密度,而是為了提升整包能量密度。

另一家可能的供應商是北京衛藍。該公司一位工作人員向記者提供了一份2019年9月的《公司現狀與產品介紹》報告。報告顯示,北京衛藍三大產品的單體能量密度分別251.7Wh/kg、257.3Wh/kg和259.1Wh/kg。

若參照該標準,北京衛藍的產品難以達到360Wh/kg的標準,無法向蔚來提供150度電池包產品。不過,上述工作人員也向記者表示:“現在量產的能量密度會比這個(2019年)要高。”而對於公司是否向蔚來供貨,該工作人員則表示並不清楚。

啟信寶數據顯示,天齊鋰業通過其全資子公司成都天齊鋰業有限公司間接持股北京衛藍,持股比例為5%。

清陶能源總經理李崢曾在2020年10月的演講中表示:“在2020年這個節點上,實際上芭乐app最新版本下载官网已經裝車的能量密度大概在300Wh/kg左右,明年芭乐视频成人版和一些主機廠有裝車計劃的產品目標放在了350Wh/kg,現在已經開始做A樣的階段。”

在能量密度上,清陶能源與蔚來150度電池包的360Wh/kg較為接近。但據上述北京衛藍報告顯示,電芯開發從A樣、B樣、C樣再到SOP(小批量生產階段),一般至少需要3年,整車驗證一般需要至少15個月。假設2019年A樣測試完成,最快2022年能實現量產,2023年實現裝車。

照此計算,假設清陶能源2020年完成A樣,那最快2024年實現裝車。從時間維度看,清陶能源也難以達到蔚來2022年四季度裝車的目標。

清陶能源公司內部。圖片來源:每經記者 朱成祥 攝

據悉,2018年11月,清陶能源國內首條固態鋰電池產線正式投產,產能規模為0.1GWh,總投資1億元,已經量產出第一批固態電池產品,目前可日產1萬顆電芯,產品主要應用於特種電源、高端數碼等領域。

1月13日,《每日經濟新聞》記者就清陶能源是否為蔚來固態電池供應商等問題致電公司,不過公司工作人員表示不接受采訪。

1月14日,記者趕赴江蘇蘇州昆山經濟技術開發區,隻見公司大門處擺放著一塊小黑板,列舉了招聘普工、實驗員等崗位的要求。其中普工要求初中及以上學曆;實驗員、品檢員要求中專以上學曆。

清陶能源的招工信息。圖片來源:每經記者 朱成祥 攝

記者以麵試普工的身份進入清陶能源。據觀察,現場共有兩棟樓,西側一棟已經投入使用,東側一棟仍在施工過程中。工作人員介紹稱:“整個集團有四五百人,昆山這邊有兩百多人,包括研發人員和工人。目前研發、生產都集中在這棟樓二樓。”

對於哪家汽車廠商使用了清陶能源的電池產品,該工作人員表示這屬於保密信息。據了解,清陶能源曾於2020年6月與合眾汽車(品牌為哪吒汽車)達成合作,雙方將共同推進固態電池的研發與應用。

二樓辦公區域坐滿了人,記者隨後來到的區域卻空蕩蕩的。

清陶能源二樓,生產區域與辦公區域之間的空曠地帶。圖片來源:每經記者 朱成祥 攝

後據另一位工作人員透露,生產區域在二樓的圍牆後麵,工人們都在圍牆後麵生產。對於生產區域麵積,該工作人員並未詳細告知。最後,記者在與麵試人員簡單交流後,借機離開。

另外,也有上市公司間接投資了清陶能源,如上汽集團。啟信寶數據顯示,嘉興頎駿一號股權投資合夥企業(有限合夥)持有清陶能源3.20%的股權。該公司背後正是上汽集團。

半固態電池是過渡產品

新能源汽車發展多年,安全和續航裏程一直是壓在頭上的“兩座大山”。

固態電池,則被視為提升能量密度、提升電池安全性的最佳選擇。半固態電池,便是液態鋰電池與固態電池之間的過渡性產品。

對於蔚來汽車發布續航超過1000公裏的固態電池,國聯汽車動力電池研究院董事長熊柏青表示:“全固態電池距商業化還很遠,現在甚至做個演示都還很困難。十年內完全攻克全固態難度挺大,反正至少這5年沒戲了。”

事實上,蔚來此次推出的並非全固態電池,而是添加固態電解質的混合固態電池。蔚來董事長、創始人李斌也強調目前采用的並非全固態,還是帶有液體,全固態電池的量產還是很遠的事情。

目前新能源車廣泛使用的動力鋰電池,是由正極材料、負極材料、電解液和隔膜四大部分組成。全固態電池,則使用固態電解質,去除了電解液和隔膜。興業證券研報顯示,隔膜隻能耐140~160度溫度,容易發生熱失控,電解液是聚合物液體,是易燃高分子。因此,(全)固態電池能夠提升電池的安全性。而缺點在於離子電導率低,導致內阻大,循環性能、倍率性能差。

半固態電池則是在保留電解液、隔膜的基礎上,添加固態電解質,理論上可以提升電池的熱穩定性和安全性。與液態電池相比,半固態電池的電解液用量逐步減少,並根據不同體係,有的用基膜,有的不用。

對於半固態電池的安全性,蕭瀚也表示認可。其表示曾做過demo(小樣)樣車,也多次前往合作的固態電池廠家,現場目擊過針刺測試與高溫加熱測試,(半固態電池)的安全性是OK的。

針刺測試,是對動力電池安全性最嚴苛的測試方式,用直徑5~8mm的鋼針將電池刺穿造成內部短路,並讓鋼針在電池內停留一個小時,不起火、不爆炸才算合格。目前,磷酸鐵鋰電池可以通過針刺測試。

安全性和能量密度的取舍考量

半固態電池可以通過針刺測試,顯然安全性是可靠的。但是能量密度上,若使用現有的材料(NCM正極、石墨負極),反而會降低能量密度。

理論上,行業內普遍認為液態電池的天花板在350Wh/Kg左右,固態電池由於去除了電解液、隔膜,可以做到更高,預期能做到500Wh/Kg。

但是蕭瀚卻表示:“(半固態電池)由於使用固態電解質,相對液態電解質能量密度肯定是下降的。比如說同樣用NCM622、NCM811的電池,(半固態電池)能量密度肯定要比240Wh/Kg、260Wh/Kg的體係要下降一個等級。可能半固態電池NCM811的能量密度隻能等同於液態電池NCM523的能量密度。”

蕭瀚同時也強調,能量密度下降是基於當下使用的材料。“半固態電池具備300Wh/Kg以上能量密度的能力,但是需要使用更高容量的正極材料。目前的正極材料,是配合液態電解液使用的,也需要考慮到電池的安全性,但不利於固態電解質的發揮。固態電池解決了安全問題,因此可以使用超過300Wh/kg的電池體係(的材料)。”

“具備這樣的能力,也不代表馬上就能實現,因為有很多技術需要攻克。”蕭瀚補充道。

無獨有偶,北京衛藍總經理俞會根也曾在2018年6月的演講中表示:“單純地把電解液替換成電解質,固態電池的能量密度一定是降低的。液態電池如果做到300Wh/kg、297Wh/kg,用LLZO是186Wh/kg,用LAGP是216Wh/kg,最高的是用聚合物,可以做到301Wh/kg。”

而LLZO、LAGP均為氧化物固態電解質。國內主流固態電池廠家中,寧德時代走的是硫化物固態電解質路線,而清陶能源、北京衛藍以及台灣輝能走的是氧化物固態電解質路線。

因此,對於提升固態電池能量密度,俞會根認為:“負極一定要改,而正極材料如果還用現在的材料,(配合)固態電解質是沒有優勢的,所以要往高電壓走,這是固態電池大概的方向。”

值得注意的是,對於現有材料體係下,半固態電池能量密度下降問題,業界似乎不願提及。《每日經濟新聞》記者就該問題向鋰電行業人士多方求證,均未得到明確回複。

 全球最快無人駕駛汽車蔚來汽車展台。圖片來源:每經記者 張建 攝(資料圖)

提升能量密度是未來方向

根據蔚來公布的信息,其半固態電池主要使用了原位固化、高性能矽碳負極和納米級包覆以及超高鎳正極等多項核心技術。

興業證券認為,蔚來150度電池包差異化核心創新點在於固液電解質技術(原位固化)。蔚來對於該項技術的解釋是:“在電解質和正負極材料之間建立了安全穩固的界麵,為提升50%能量密度提供安全保障。”

由此可見,原位固化技術主要是提升電池安全性。因此,興業證券認為該電池包提升能量密度主要依靠高鎳正極、矽碳負極和預鋰化。

不過,這三項技術並非創新型技術,並且也可以使用在液態電池中,並非半固態電池、固態電池獨有。

光大證券在2020年4月的研報中就表示:“超高鎳三元材料+矽碳負極將成為鋰電池未來發展主流方向。”其中,超高鎳三元材料主要有NCM811、NCM(83:8:9)、NCM(92:3:5))、NCA(87:9.5:3.5)以及NCA(91:4:5)。

正極材料方麵,超高鎳三元材料是主流液態電池廠商的研究方向。負極材料方麵,1月13日,智己汽車在發布會上宣布,新車搭載上汽與寧德時代共同開發的電池,首次采用“摻矽補鋰電芯”技術,單體能量密度達300Wh/kg。所謂的“摻矽補鋰電芯”,便是使用矽碳負極以及預鋰化。另外,國軒高科也在1月8日的科技大會上推出單體能量密度達到210Wh/kg的磷酸鐵鋰電池,該電池同樣使用了矽碳負極、預鋰化技術。

簡而言之,除了原位固化技術,其餘三項技術都是液態電池廠商正在研究與推廣的技術。

記者手記|固態電池發展需行穩致遠

寒冷的天氣會影響到鋰離子的活性,從而導致電動汽車續航裏程下降。平時標注600公裏的續航,冬天實際跑下來需要打六折。如何提升續航裏程,成為新能源車、鋰電行業的關注點。

蔚來的“一聲驚雷”,掀起了新能源汽車續航裏程新一輪的“軍備競賽”。1000公裏續航,成了一個標誌性的符號。

誰是蔚來的固態電池供應商,成了外界關注的焦點。目前來看,寧德時代、清陶能源、台灣輝能、北京衛藍最有可能。但記者通過采訪及查閱資料發現,寧德時代走的是硫化物電解質路線,研發全固態電池,與蔚來半固態電池並不吻合。而台灣輝能、北京衛藍在能量密度上與360Wh/kg有所差距;清陶能源目前才推出A樣,時間點或趕不上。

蔚來的這聲“驚雷”,令更多的人關注到固態電池行業的發展。但固態電池的發展,仍有很多技術關口需要攻克;很多高克容(正極材料的一個標準)的材料需要研究;很多工藝、設備需要研發。因此,希望蔚來150度電池包能促進固態電池行業的發展。

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蔚來固態電池迷霧,續航1000公裏:等您坐沙發呢!

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