续航问题备受诟病多年，固态电池会成为新能源汽车的“拯救者”吗？

经济观察网记者李景恒新能源汽车产销逆势上扬。1月14日，工业和信息化部公布了《2020年12月汽车行业经济运行情况》。报告显示，去年，新能源汽车产销分别完成136.6万辆和136.7万辆，同比分别增长7.5%和10.9%。其中，纯电动汽车分别完成110.5万辆和111.5万辆，同比增长5.4%和11.6%。尽管汽车产销数据整体下滑，但新能源汽车市场仍保持相对较高的增速。在资本市场上，新能源汽车制造商的股票也备受追捧，新能源车的前景似乎无限光明。然而，阻碍新能源汽车推广的最关键问题电池寿命一直存在。更令人担忧的是，尽管许多制造商声称能够开发和生产续航里程更长的电动汽车，但主流电动汽车锂电池的续航里程似乎正在接近一定的极限。固态电池正在逐渐接近吗？电动汽车最大的技术瓶颈是电池容量问题。在相同的重量下，电池系统的能量密度决定了电池的容量。其中，核心是电池单元的能量密度。包括电池系统的其他组件在内，整个电池系统的能量密度将低于单个芯片的能量密度。在“中国制造2025”中，提出了动力电池的发展规划：到2020年，电池能量密度将达到300Wh/kg；到2025年，电池的能量密度将达到400Wh/kg；到2030年，电池的能量密度将达到500Wh/kg。然而，作为国家“863”节能与新能源汽车重大项目整体专家组成员，早在2018中国新能源动力电池与储能产业大会新闻发布会上，肖成伟表示：“根据国家动力电池技术路线图，2020年锂离子电池的单一能量密度目标为350Wh/kg，根据目前的动力电池技术，这可能无法实现。他当时的理由是：“三元锂离子动力电池的能量密度已经可以看到了。目前由高镍材料和碳硅负极制成的锂电池的单次能量密度应该在300Wh/kg左右，正负能量密度不超过20Wh/kg。”。因此，依靠三元锂离子电池来实现350Wh/kg的技术路线规划目标应该是不可能的。关于电池技术的未来发展，肖成伟当时进一步表示：“为了实现未来350Wh/kg的技术路线图目标，可能仍有必要对新一代锂离子电池或固态电池寄予希望，但目前这两类动力电池还没有工业化应用的阶段。“传统的锂离子电池主要由正负电极材料、电解质和隔膜组成。正负电极材料决定了电池的容量，电解质和隔膜是输送锂离子的介质。最近，在1月9日于成都举行的2020年NIO日上，NIO宣布正式预售其首款轿车ET7。NIO这次也推出了一款150度的电池组。NIO创始人李斌表示，“我们采用了最新的量产固态电池技术，实现了360瓦时/公斤的超高能量密度，续航里程超过1000公里。”据李斌介绍，该电池采用了“原位固化固液电解质”、“无机预锂化硅碳负极”等新工艺，和“纳米级涂层超高镍正极”，实现50%的能量密度增长，预计将于2022年第四季度开始交付。相比之下，特斯拉Model 3的电池容量为76.8千瓦·时，续航里程为668公里；

小鹏P7的电池容量为80.9千瓦·时，续航里程为706公里。李斌还宣布， “固态电池从未有过大规模生产的机会。NIO的商业模式使我们能够确保固态电池大规模生产所需的数量，因此我们比其他公司有更大的动力来推动固态电池技术的大规模生产。车用固态电池的大规模大规模生产需要有人启动综合评价，我们认为可以实现批量生产。我们相信NIO可以将整个行业的大规模生产至少提前1-2年。关于这一点，国信证券（002736，股吧）在1月10日发布的研究报告《NIOET7发布，固态电池正在逐渐接近》中指出：固态电池与传统锂电池的最大区别在于使用固态电解质系统，而不是目前的隔膜电解质系统。其优点在于安全性高，无自燃或爆炸风险，能量密度明显高于传统锂电池。目前，现有锂离子电池系统的能量密度上限约为400Wh/kg，后续的能量密度提升仍将依赖于正负极材料系统的升级。然而，在电流隔膜电池系统中，在电解质电池系统中尽管金属锂负极的能量密度是石墨负极的10倍以上，但它会产生影响安全性的锂枝晶。固体电解质可以抑制锂枝晶的生长，因此理论上，所有固态电池都可以实现超过500Wh/kg的能量密度。当然，目前固态电池仍存在许多缺陷。固态电解质的电导率比电解质低10倍以上，快速充电性能差，制备过程复杂且成本高昂。在NIO的新闻发布会之后，市场上的一块石头激起了千层浪。市场担心，原本生产传统液态锂电池原材料的公司未来将面临被淘汰的风险。例如，生产锂电池隔膜和电解液的领先公司的股价，如恩捷股份有限公司（002812，原料棒）、中材科技（002080，原料棒”）、世达盛华（603026，原料棒。SZ）在新闻发布会后的两个交易日内均出现连续大幅下跌。然而，在1月12日发布的一份题为《锂电池设备行业回顾》的报告中，中银证券认为，固态电池技术对锂电池生产工艺和设备的影响相对有限：从固态电池的组成和生产工艺来看，对正极和负极材料的影响相对较小；对隔膜和电解质的影响相对较大。完整的固态电池不需要隔板，电解质也会从液体变为固体；

对设备的影响相对较小。除注射机等个别设备外，整体设备需求与液态锂电池基本一致。然而，从液体电池向固态电池的转变可能会导致形状、圆柱体和软包装三种电池的比例发生变化，这反过来又影响了对设备的需求。目前，锂电池设备行业的领导者已经布局固态电池，并正在与相关公司密切合作。此外，研究报告还建议：电池技术路线的迭代升级有利于增加设备需求和优化行业格局。从本质上讲，固态电池是锂电池技术迭代升级的一种表现。电池技术路线的每一次重大升级都会导致原有设备无法适应新产品生产对产量、一致性和效率的要求，导致设备更新周期进一步缩短。例如，在工艺的后期阶段，固态电池需要充电和放电设备。对备份的电流和电压提出了更高的要求。同时，特斯拉4680电池、固态电池等电池技术的不断迭代升级，也要求锂电池设备制造商在客户、资金、研发等方面有足够的储备。在这个过程中，中小制造商的生存压力逐渐增大。预计在设备升级过程中，行业供应将进一步清零，领先市场份额将增加，锂电池设备的竞争格局将继续优化。大规模生产模数还需要一段时间，并不是所有人都相信李斌推广的“固态电池”能够迅速实现商业化量产。许多专家和分析人士对此表示怀疑。NIO新闻发布会后不久，国联汽车动力电池研究院院长熊柏青表示，他在接受中央电视台采访时表示：“全固态电池离商业化还有很长的路要走，甚至做示范也很困难。要在10年内完全征服全固态电池是相当困难的，但至少在过去5年内，我们将无法做到这一点。”。“合肥国轩高科（002074，股吧）工程研究院常务副院长也在接受采访时表示：目前许多制造商正在布局这类固态电池的研发，大规模生产要到2025年才能进行。目前的产业链在10年内不会发生重大变化。面对质疑，李斌后来向媒体解释，2022年生产的固态电池准确地说是“半固态电池”。他强调，目前NIO并没有使用全固态电池，而是使用液体电池，全固态电池的大规模生产仍遥遥无期。此外，他表示，不方便透露电池供应商是哪家公司。国信证券的研究报告进一步指出：由于固态电池的开发仍有许多挑战需要克服，大多数电池公司倾向于后退一步，加快半固态电池的产品开发速度。半固态锂电池是指电极两侧不含电解质的电池。目前，固态电池仍处于相当大的实验室试验阶段，其成本仍无法与液体电池相比。然而，随着随后的大规模生产和工艺变化，预计其成本将迅速下降。根据汇能发布的数据，当电池产能达到20GWh时，尽管电池成本仍然是同等能量密度液体电池的1.1倍，但电池组成本仅为98%；

如果使用MAB，电池组的成本仅为同类液体电池的70%。然而，相关电池制造商指出，即使是半固态电池也远未达到大规模商业化的水平。1月15日，生产锂电池材料的天赐材料在深交所互动平台上表示：从相关报告和技术文件的分析来看，NIO声称半固态锂电池的材料体系与目前的锂电池相比没有根本性变化。基于目前固态电池的研究进展，半固态和真正的全固态电池的商业化还有很长的路要走。该公司目前对全固态电池的固态电解质进行了研究，并拥有专利布局。这不是固态电池第一次被加热。在饱受电池续航里程限制困扰的新能源汽车行业，承诺大幅增加续航里程的公司往往会立即受到高度关注。去年12月8日，美国Quantum Scape宣布了最新的固态电池技术，声称这种固态电池可以将电动汽车的续航里程增加80%，并可以在15分钟内为80%的电池充满电。它将于2024年投入生产。然而，许多专家后来对此提出了质疑。美国国家实验室电池中心主任Venkat Srinivasan当时认为，“最大的问题是QuantumScape在实验室使用的处理方法是否能在工厂环境中发挥作用。”马里兰大学化学和生物分子工程助理教授Paul Alberts，尖锐地指出：许多公司过早地宣布在电池方面取得突破，人们失望了太多次，导致人们对任何新电池产生怀疑。早在2016年11月，嘉纬控股就在上海举办了“全球首届固态锂电池及快充电池大会”。在新闻发布会上，该公司详细介绍了固态锂电池技术，并展示了其安全性能。当时，公司副董事长兼总裁李力，他表示：“公司目前的固态锂电池包括凝胶聚合物电池和全固态电池，电池密度可达到400wh/kg至600wh/kg；目前公司产品已实现小批量生产，预计2017年底或2018年初实现量产。”为什么这些企业热衷于为固态电池做出贡献状态电池？华安证券新能源与汽车研究小组负责人陈小团在1月11日题为《引领“蔚来汽车”超越销售》的行业研究报告中表示：尽管蔚来汽车历史悠久，研发困难重重，固态电池由于其优异的安全性能和高能量密度潜力，仍被世界各地的各种研究机构和企业广泛研究。此外，固态电池已成为一些非传统电池公司进军锂电池行业的重要突破点。“国信证券的研究报告大致总结了目前国内外固态电池的工业化现状：丰田、日产雷诺、通用汽车等国际车企正在带头加快固态电池的研究和工业化她的电池公司在固态电池领域不断取得新的突破。在中国，包括惠能科技和赣锋锂业（002460，股吧）中国企业，如青涛能源、万向123和蔚蓝新能源，都在建设固态电池生产线，有些甚至已经投产。然而，至于固态电池何时可以实现量产，陈小团团队的研究报告并不乐观：“与新进入者坚定不移的承诺相比，比亚迪和宁德时代等传统动力电池制造商（300750，股吧）它相对低调，尽管已经布局了很长时间，但很少有消息发布。然而，此前曝光的许多固态电池量产计划没有达到预期或没有完成；

一方面，技术本身发展缓慢，另一方面，成本极高。我们不否认固态电池是未来的趋势，但我们认为技术发展缓慢，最近的项目或车型演示已经取得了大部分成果。我们对真正大规模生产的进展持谨慎态度

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