2021年,汽車制造商確定電池供應的消息比比皆是,汽車廠商開始繞開電池供應商選擇自己研發,自己生産電池。所有汽車廠商都已經意識到,誰有電池,誰就能掌控新能源汽車的未來。在這個過程中,中國企業已經相當恐怖,2021年,前20名電動汽車公司中有12家來自中國。

【1】汽車廠商的龐大電池制造計劃,未必能實作!
必須解決電池問題才能確定未來的銷售。在各大廠商中,現代汽車集團預測,2030年現代汽車需要170GWh,起亞需要289GWh,119GWh。大衆汽車計劃到 2030 年建立 6 個産能為 240 GWh 的超級工廠。通用汽車的目标是到 2023 年達到 143GWh,到 2025 年達到 286GWh,豐田的目标是到 2030 年達到每年 200GWh。
作為參考,200GWh的電池生産規模足以讓約300萬輛電動汽車一次充電行駛400公裡。豐田認為,每年生産350萬輛電動汽車需要280GWh的電池,必須穩定建設和維護100條生産線。
上述四家公司的2030年目标電池容量為1006 GWh。如果把全球廠商放在一起,就意味着全世界都應該成為電池工廠。
【2】電池和半導體晶片受其它因素影響太大
始于中美貿易摩擦和疫情影響,導緻半導體供應鍊問題,因俄烏戰争更新導緻電池原材料問題。導緻汽車廠商,電池生産廠商,即使生産也存在無法采購電池的風險。
南韓有1800多種原材料絕對依賴中國。其中,半導體原材料矽的60%産自中國,中國企業在電池原材料鎳的生産中發揮着關鍵作用。就锂離子電池而言,正在嘗試将負極材料從石墨替換為矽,并将正極材料從昂貴的钴基更改為高鎳基(磷酸鐵锂和氫氧化锂)。
除了鎳之外,由于鐵、鋁和钯的價格飙升,特斯拉已經将新車價格提高了 5%。俄羅斯的钯金約占全球的 40%。如果俄羅斯的钯金供應停止,将不可避免地影響許多汽車的生産,包括混合動力汽車。
即使汽車廠商,電池廠商擁有先進的技術,如果初級原材料問題得不到解決,工廠也不可避免地會停止營運。
如果你看看最近因俄烏沖突導緻的原材料問題,任何人都可以看到,過渡到電動汽車時代并不容易。特别是原材料問題已經成為比IT等先進技術更重要的問題,使未來的形勢更加困難。
【3】車用全固态電池的商業化時機尚不确定
大衆汽車曾表示,使用全固态電池量産汽車的汽車制造商将處于領先地位。大衆汽車将該時間段設定為 2025-2026 年。
至于時間安排,日産提出了2024年試産、2028年完成的目标,但最近表示可能不太可能。當然,汽車廠商很難獨善其身,最需要與電池廠商合作。
市場研究機構 SNE Research 預計,全固态電池市場規模将從 2021 年的 2GWh 擴大到 2030 年的 135GWh。從2035年開始,全固态電池有望成為主流。
當然,普遍的共識是,目前這樣的目标數字毫無意義。但以目前的技術水準,沒有一家公司能夠具體說明何時将用于汽車的全固态電池商業化。
【4】全固态電池的技術特點
盡管全固态電池已經在家用電器中小尺寸投入實際應用,但對于汽車來說卻是另一回事。全固态電池已知比目前使用的锂離子電池具有更高的能量密度和更高的安全性。
然而,現有的使用锂金屬作為負極來提高能量密度的全固态電池對溫度很敏感,隻能在 60 攝氏度以上充電,并且被指出存在速度慢的限制。此外,電解質材料的性能還不夠牢固,是以使用越多,内阻越大,壽命越短。
全固态電池基礎技術在實際應用中存在量産等制造技術問題。其中之一是以電池的形式應該使用多少固體電解質的問題。對于電動汽車這樣的大容量、高輸出來說,就需要做一個內建多個電芯的模組。
充放電循環壽命也是一個重要因素。能夠滿足純電動汽車充電2000~3000次後容量保持80%以上要求的開發案例并不多。
【5】固态電池在商業化的努力
在全固态電池的研發方面,豐田擁有1000多項專利。中國蔚來宣布在 2022 年實作商業化,蔚來引起了人們的關注,但它離商業化還很遠。
2021年1月,中國蔚來宣布投資8億元,與甯德時代成立合資公司,開發單次充電可行駛1000公裡的全固态電池。蔚來宣布将于2022年第四季度推出全固态電池,實作360Wh/kg的超高能量密度。它将以 150 kWh 的包裝提供,并且可以為現有型号更換和更新。
通過這一點,蔚來的車型ES8可以行駛850公裡,新ET7可以行駛1000公裡(基于NEDC)。不過,據說到 2022 年第一季度才會提供 70 千瓦時和 100 千瓦時的電池組。
在全固态電池的研發過程中,豐田表示,他們能夠确認由一種名為 LGPS 的新材料制成的全固态電池的電流是锂離子電池的三倍。還确認了即使在-30攝氏度和100攝氏度以上也可以穩定充電和放電。固體電解質的優點是它們可以在低于冰點的低溫下工作,甚至可以在水的沸點下工作。
【6】固态電池也非唯一方案
日産還在推廣使用锂、鍺、磷和硫(锂、鍺、磷和硫)作為全固态電池的固體電解質,目标是在 2028 年實作商業化。它計劃到 2024 年在橫濱工廠安裝一個全固态電池試驗工廠。
除全固态電池外,在材料和方法上與锂離子電池完全不同的锂硫電池、锂金屬電池、金屬空氣電池等下一代電池技術正在研發中。其中,對于锂金屬,美國SES在2021年2025年宣布商業化。锂金屬電池可以說是介于锂離子和全固态電池之間的中間體。
至此可以确認的是,所謂的下一代電池技術,時間線是無法計算的。不可能斷言哪家公司領先。
為此,已被甯德時代、比亞迪等中國企業搶占先機的低價磷酸鐵锂電池備受關注。特斯拉的埃隆馬斯克表示,它是磷酸鐵锂,不是全固态的,許多公司都在加入。 CATL 還在 2021 年 7 月推出了鈉離子電池。據說第一塊鈉離子電池的能量密度為160Wh/kg,目前是世界上最高的。室溫下15分鐘可充電至80%,-20℃以下溫度環境下放電保持率達90%以上。
是以,誰能在電池上進行創新,并商業化降低成本,那麼誰的功勞将不亞于獲得諾貝爾化學獎。