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电池行业技术洗牌在即:未来的固态电池发展趋势怎么样

2017-09-27
类别:行业趋势
eye 210
文章创建人 拍明


今年以来,几则消息让热闹的全球行业犹如“打了鸡血般兴奋”。一则是,日本企业巨头日立公司研究人员宣布其固态电池技术已经研发完成,新一代电池可以抵御外太空极端温度,并且已经将这种电池送到了航天部门和企业进行使用实践,声称要在三年后的2020年量产上市。另一则是,丰田正在研发由全固态电池提供动力的。该动力电池将大大提升电动车的续航里程,并缩短充电时间。根据丰田的计划,这款电动车将于2022年上市销售。另外,中国电池联盟在不久前进行池回收产业链调研时,有企业介绍说已经研发成熟了固态电池,并且做了小批量量产,未来不久就会上市。

有专家分析认为:固态电池已经举起了“革命大旗”,未来锂电池整个产业链将会发生颠覆性变化。

固态电池.jpg

巨头纷纷布局

日本企业疯狂的在“固态电池”领域砸钱,并且已经取得长足发展。

丰田就计划于2020年用固态电池取代锂电池,其能量密度是锂电池的三到四倍。丰田负责材料工程的高管ShigekiSuzuki表示,丰田将于2020年全面实现全固态电池商业化,并在未来几年内使用锂空气电池。但他并未提供任何该计划的细节信息。

2016年 11月24日,三井金属发布了下一代的锂离子二次电池的“全固态电池”用的硫化物固态电解质。2012年三井金属全固态电池已经取得一定的成绩,因为车企需求,雪藏五年,终于从幕后进入台前。今后,三井金属将会与电池厂商和汽车厂商等合作,到2020年将实现量产化。

事实上,世界各地的研究人员都走在将固态电池商业化的路上。全固态锂电池具有极高的安全性,其固态电解质不可燃、无腐蚀、不挥发、不漏液,同时也克服了锂枝晶现象,搭载全固态锂电池的汽车的自燃概率会大大降低。

全固态锂电池当前能量密度约400Wh/Kg,预估最大潜力值达900Wh/Kg。但是固态电解质具有高的电阻,在功率密度方面还存在一些待解决的问题,需要从固态电解质、正负极材料上着手,一旦这些问题能够有效解决,必将在未来掀起一场新的电池革命。

而在固态电池的研究上,日立走在了前头。日立佐森总裁Takashi Tanisho透露,目前已经将固态电池的样品送到了航空航天和汽车行业的潜在客户。此外,日立正在与一个未公开的日本电池制造商合作,完善一些细节上的问题,并在2020年之前将固态电池投放市场,而且可能不会在日立的品牌下出售。事实上,日立在前沿科技上一直保持着领先地位,日立已经开发出了一款续航约400公里的纯(EV)用技术。

很多业内人士认为,日本由于发展路线原因,纯电动汽车技术已经落在了后头。但事实上,作为最先实现锂电池产业化的日本企业,即便锂电业务全球占比逐渐减少,但在高端市场依旧没有竞争对手。从丰田2022年量产固态电池、GS Yuasa2020年续航翻倍上就可以看出来。未来的新能源市场,日本依旧是巨头。

早在2015年,汽车配件制造商博世集团成功收购了位于加州海沃德市的Seeo电池公司。据悉,该公司已经研发出能够提升电动汽车2倍续航能力的新一代固态锂电子电池。

Seeo公司有能力将电池的能量密度从50%提升至100%,这样一来就能大大提升电池的续航能力。Seeo公司目前已经研发出能量密度达到350Wh/KG的电池,这大约是目前已使用的电动汽车中的电池的两倍密度。Seeo公司的DryLyte“固态”聚合物电解质不易挥发,也不易燃,这就意味着这种电解质能够在更高的温度下使用。

国内企业蓄势待发

今年8月9日,一则消息让业界大吃一惊:华气电池(浙江)10亿安时聚合物固态项目在丽水生态产业集聚区松阳分区开工建设。华气电池动力锂电池项目总用地面积657.88亩,将在松阳新建总投资12亿元以上的10亿Ah(安时)动力锂电池、2亿Ah(安时)超级电容生产线和电动车电控系统、电机生产设备。

其实,早在2016年12月17日,宁德时代就已经透露出其布局“固态电池”的决心。研发经理郭永胜在“第七届全球新能源汽车大会(GNEV7)”上介绍了公司固态锂金属电池的研发进程,他表示,宁德时代在做固态电池之前对全球做固态电池的企业做了调研,目前该项目还处于早期阶段。宁德时代在研发过程中,也在关注固态电池的制造问题,固态电池整个制造工艺跟传统的锂离子的制造工艺不同,需要新的设备,新的工艺,所以宁德时代也同时进行工艺的研发。

中国电池联盟(微信号:zgcbcu)在不久前进行的一次调研中了解到,国内多家电池企业已经开始或者即将量产“固态电池”。

针对固态电池的技术发展和未来市场,真理研究首席分析师墨柯认为,从整体来看,固态电池现在的制备技术成熟度还有待加强,能形成规模产能的企业有限,技术规模化扩产需要克服的困难还有很多,仍处于推广发展期。但可以预期的是,随着研发和工业技术的不断发展,全固态电池中的科学和工艺上的问题会逐渐得到缓解,在未来几年,固态电池产品的市场会迎来蓬勃发展的机遇。

固态电池将会颠覆市场?

赛迪顾问投资部总经理吴辉认为,当今占据技术主流的是锂离子电池,但是从长期来看,固态电池或许更能满足人们对高能量和高安全性的现实需求,将会给当下的锂电池市场带来一场革命。

工作原理上,固态锂电池和传统的锂电池并无区别。传统的液态锂电池被称为“摇椅式电池”,摇椅的两端为电池的正负两极,中间为液态电解质。锂离子像一个运动员,在摇椅两端来回奔跑,锂离子从正极到负极再到正极的运动过程中,电池的充放电过程就完成了。而固态电池只不过其电解质为固态,具有的密度以及结构可以让更多带电离子聚集在一端,传导更大的电流,进而提升电池容量。

固态电池有很多优势,发展前景值得期待。其中,两个最明显的优势就是能量密度更高,运行更安全。使用了全固态电解质后,锂离子电池可以不必使用嵌锂的石墨负极,而是直接使用金属锂来做负极,这样可以大大减轻负极材料的用量,使得整个电池的能量密度有明显提高。现在许多实验室中,都已经可以小规模批量试制出能量密度为300-400Wh/kg的全固态电池。固态电池在大电流下工作不会因出现锂枝晶而刺破隔膜导致短路,不会在高温下发生副反应,不会因产生气体而发生燃烧,因此,安全性被认为是固态电池发展的最根本驱动力之一。

浅析固态电池现状与未来商业前景

现阶段,车企与电池的联姻越来越常见。几年前,我曾经说过:“造车的造不了电池,造电池的也造不了车。”现在,这个行业的边界越来越模糊。

宝马作为业内响当当的品牌,也发布了开发固态电池的消息。什么叫固态电池呢,顾名思义,就是内部电解质全是固态的,也就是说:传统意义上的电解液就不存在了。对于固态电池技术,网上有很多文章,我看了看,写的也挺全面的,对于技术的特点,我就不再罗嗦了。

这种技术的现状如何?

我在思考一个问题,怎么样去评价一个技术的现状?对于那些没有产业化或者产品化的技术,我们都可以一言说它还处在实验室阶段来概括,但是这种说法,有点太笼统了。就像一个在腹中的胎儿,1个月和9个月,都是胎儿,但是意义可是非常不同的。

所谓产品未动,专利先行,特斯拉和丰田公开专利给了我启发。在新技术破茧而出,高速发展的时候,为了保障企业的权利,总会在知识产权上花费很大的精力。同时,如果一个技术非常有希望成为主流技术的话,那么参与的公司也会越来越多,从这两个角度来看,似乎通过专利数来评价一个技术的现状,是有一定参考价值的。

近十年国内专利申请数量(2007-2016).jpg

锂电池无可厚非的是当下最时髦的电池技术,在消费级市场,动力电池和储能领域,都被寄予着厚望。所以当我以锂离子或锂电池为检索关键词的时候,检索出的专利数量都在2万件以上。相应的,像燃料电池这样即将呼之欲出的技术,近十年的专利技术,也接近了2万件。而向铅酸电池、镍氢电池这样的成熟电池技术,专利数则在2千件左右。固态电池相关技术,专利数只有一两百件,说明这个技术普遍在行业内认知程度还不高。

根据上面的话题,我想引申一下:到底从技术上到产品的拐点在哪呢。我记得一次智电的庞总,问过我一句话:“你认不认为资本和投入可以加速技术。”我当时的回答是肯定的,当资源投入某一领域的时候,这个领域必然得到发展。但是,是不是资本、资金去哪,哪个技术就是即将实现产业化的技术了呢?我个人觉得不是,金融和资本,可以加速和催生某个技术的发展,但是发展永远逃脱不了这项技术本身的客观规律。过分的投入,可能会激起的是更多的泡沫。所以资本的方向,不一定代表技术的方向。

如果用专利数评价某家公司,可能不说明问题,但是如果要评价一个行业,可能还是比较客观的。当一个技术,被行业所认知的时候,专利数会迅速提升。当一个技术要真正投入市场的时候,由于研发行为转为了商业行为,专利数自然就会开始下滑。当你听说有人开始对于一些专利在法院告来告去的时候,说明技术已经产生商业价值了,这个技术基本上就成熟了。所以成熟的铅酸电池和镍氢电池产品,专利数就要比发展中的锂电池和燃料电池少得多。

2017~2016年专利数量走势.png

根据我上面的观点,大家可以看看上面这张图,同在发展中的锂电池和燃料电池,大家有什么体会?可以给我留言大家交流。

书接上文。看完了专利数量的分析,我的结论是固态电池技术,目前还处在一种初级的技术阶段,可以说是萌芽期的技术。那么到底谁在做这项技术呢?

固态电池专利数量.png

固态电池专利数量..png

统计完了,我们看到了一个名字:丰田!

2013年的时候,丰田就有过对于固态电池的报道,我查了一下,当时的报道是丰田负责材料工程的高层铃木成贵表示,丰田将于2020年全面实现全固态电池商业化,并在未来几年内使用锂空气电池。

我个人认为:丰田这样的企业,并不依赖于电池去讲故事,所以我更加相信这样的企业行为更加务实和客观。

固态电池未来的商业前景

对于一项技术的商业前景怎么判断?我一不懂经济,二不懂金融,三不懂市场,大胆说说我的想法。

我们经常讲,对于电池的发展,无非是三个方向:一是性能,二是寿命,三是安全,是不是这三个方向都满足了,就可以被市场接受呢?我觉得不然,市场看的是两件事,一是需求,二是成本。另外还有可回收性,怕把话题带远了,先不讨论这点了。

丰田作为汽车行业的风向标,在业内的动向有举足轻重的作用。近些年关于固态电池这类新电池技术的报道当中,多来自于想丰田、宝马、大众这样的一线车企。是不是可以说明,这些汽车界的业内老大对锂电池并不满意!也就是说锂电池目前甚至未来,无法完全满足汽车动力电池的需求。

丰田公司专利申请数量.png

未来替代锂电池的,是不是固态电池,是不是燃料电池。估计谁也没法给出准确的答案。我们用微信也就五六年的时间,开电动汽车也是只有五六年的时间,这五六年,变化实在太快了。只能设身处地的去想想,锂电池,固态电池和燃料电池,是不是我们需要的。

比如固态电池缺点,很多文章都提到什么界面问题,锂离子扩散问题,电导率问题等等,这些问题可能很多人都不明白具体是怎么回事, 其实对于用户来看,就一个问题,表观内阻大。内阻大会带来什么影响,有人说不能快充,但是我觉得这不是最本质的问题,最本质的问题是能量损失,内阻会消耗能量。也就是说,充进去1度电,放出0.8度电甚至更低,而且充电越快,损失的越多。市场能不能接受?就新能源汽车提升续航里程需求一项而言,虽然固态电池的能量密度高,但是能量损失也比较大;虽然固态电池的体积更小,但是可能意味着要配更多的电池;这样一正一负的抵消之后,是不是能被市场接受呢?

有人说,技术会发展,固态电池电阻的问题会解决。我个人觉得,对于有些来自于基因里的问题,不是太容易。比如说燃料电池,十年前,必须依赖贵金属催化剂,双极板成本很高,水热管理很困难。而丰田的燃料电池汽车Mirai上市之后,依然看到了对贵金属的依赖,双极板依然占电堆成本的很大部分,水热管理的困难也依然在。我看过一个视频,一辆行驶中的Mirai边行驶,边排水。想想如果要是在我国大东北的冬天,这将是一副什么样的景象。

全固态电池.jpg

说了需求,再说说成本。其实成本实在是没得说。因为是不是成本高了,就一定没有市场呢?我觉得不是,要看价格。价格是谁定的,市场定的。比如储能市场上的电池,我们要计算我们存储一度电需要多少钱。比如锂电池每度电的价格是3000元,能循环1万次(假设不衰减),那么他发一度电的成本简单计算就是0.3元,这样用户就会计算,我一度电花三毛钱是不是划算,在没有补贴时,很多人都觉得不划算。而一块手机电池,我查了下,2000mAh的价格差不多70元,按照循环800次的寿命计算,那么我用一度电的价格差不多12.15元。但是有谁会这样计算呢?我们最多计算70块钱买块电池,用两年,划不划算而已。也就是说,真正的价格,是市场定的。所以储能市场,3毛钱用一度电会觉得贵,在消费市场,12块钱用一度电,也觉得可以接受,虽然使用成本相差了40倍。

对于成本,我们总希望越来越低。但是到底低到什么程度,我们才能接受。作为普通老百姓的我,心里有个起码的标准,就是我行驶5万公里,总成本能和燃油车持平甚至更低,这个时候,我会考虑电动车。这个成本包括车价、使用维护维修成本以及车辆残值。我不知道2020年使用燃油车的成本是多少,所以现在讨论成本实在没啥意义。

最后

锂电池永远解决不了锂电池的问题,要突出重围,实在需要破坏性的创新。谈商业前景或是技术前景,可能只是根据自己的经验甚至猜想做出判断。如果是一年内的计划或者三年内的规划,可能可以凭借经验去判断,如果把周期放到10年甚至更长的时间,那么多半只是猜想和希望了。

而写完这篇文章的时候,我想到了两个问题。为什么提出新技术的不是电池企业而是车企?为什么提出新技术的不是每天喊着创新的国内新兴车企?




责任编辑:Davia

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