半固态电池是否会成为未来10年的主流?(附圆桌讨论的内容实录)

佩兰 2021-06-28 17:20:46

固态电池大概什么时候能够实现装车应用?在固态电池之前,半固态电池是否会成为主流?电动汽车市场磷酸铁锂和三元路线的竞争走势会如何演绎?钠离子电池的产业化前景又会是怎样?在大通胀的背景下,2025年动力电池pack价格预测还会是500元/kWh吗?


6月12日,2021年第十三届中国汽车蓝皮书论坛的第三天,围绕“固态电池到来前后的电池路线”主题,在真锂研究创始人、首席分析师墨柯的主持下,孚能科技董事长王瑀,蜂巢能源科技有限公司董事长兼CEO杨红新,宁德时代21C创新实验室前瞻技术部部长郭永胜,安驰科技总经理、创始人徐小明,北汽集团副总经理廖振波等嘉宾展开了一场深度沟通。


半固态电池是否会成为未来10年的主流?(附圆桌讨论的内容实录)


就本文开头提出的几个问题,嘉宾们的观点总结如下:


其一,固态电池在电动汽车上的应用大概率是2030年以后的事情,而且,固态电池的应用很可能是先从消费类电子产品市场开始,先做好小电池,在此基础上再逐步做大,应用到电动汽车等动力大电池市场。


其二,在整车基于安全的首要前提下,固态电池之前,半固态电池(注:指动力锂离子电池所用的电解质材料中液态电解质占比5%-10%)大概率会快速发展并成为主流,这是在不降低电池能量密度情况下的一种理想选择。


其三,动力电池路线选择上,磷酸铁锂和三元的竞争在较长时期内将一直存在,各自的材料体系在不会有根本性变化的情况下,会努力实现持续进步。至于三元NCM、NCA,四元NCMA等,都只是一种叫法而已,实际上都是多元,而不仅仅有三种或四种元素。


其四,钠离子电池路线总体而言是一种有效补充,其主要优点是资源极其丰富(从资源保障角度看发展钠离子电池是有战略意义的),而主要缺点是能量密度不高。钠离子电池不难找到适合它的市场,比如储能市场以及两轮车市场等,但是,要发展起来至少是5年以后的事情,因为产业配套体系的建设需要一个过程。


其五,关于动力电池价格预测,廖振波希望今年磷酸铁锂电池芯450元/kWh以内、811三元电池芯650元/kWh以内;徐小明维持去年判断,预测2025年动力电池pack价格是500元/kWh(不含税),目前的大通胀不影响整体趋势。(注:电池包(pack)价格大约是在cell(电池芯)价格的基础上再加20%。)


就未来电池技术的发展方向,各位嘉宾达成了相对一致的意见——看好半固态电池。


王瑀表示:“半固态是不是发展方向?肯定是。(从电池厂的角度)谁也不愿意在生产电池过程当中有隐患,用了半固态电池技术,你的工厂再不会出现起火问题。当然,终极目标还是要从材料本身去彻底解决这个问题。”


杨红新则认为,“2030年的事情,就等于还很不确定,因为未来十年会发生什么,不确定性太大了。但我相信未来十年的主流还会是三元、铁锂、镍锰等,这是我的观点。半固态从技术上肯定可以实现,主要是解决商业化的问题。”


郭永胜把固态电池的演进分为三代,第一代就是现在传统的液态电解液替换为固态电解质;第二代固态电池是将负极换成金属锂,正极材料不变;第三代固态电池是正负极都需改变,负极用金属锂,正极换成不含锂的更高能量的材料。他认为,第一代固态电池提升能量密度比较难。真正的固态电池是指第二代、第三代。


徐小明表示,2025年之前,整个电池体系不会有太大的变化,能量密度每年提升百分之十几。“估计2030年之前,纯固态很难看到,即便看到真正的固态,至少前三年到五年,它的应用会在消费类电子端,安全性可控,用得起。”


廖振波表示:“在能量密度不降低的情况下,要增强安全性,我自己觉得,别去走其他技术路线,扎扎实实把半固态电池(也就是固混电池)做上去。固混电池的安全性与现有的液态体系相比有很大提高,同时能量密度也满足整车企业的要求。所以,我强烈呼吁电池企业不要犹豫,赶快产业化,给我们整车企业提供安全可靠的固混电池。”


墨柯则表示:“我个人一直是认为电池其实只有一个发展的路径,当然这个是有两个条件,一个是能量密度越来越高,另外成本越来越低,这两个其实是‘和’的关系,而不是‘或’的关系。”


以下是本次圆桌讨论的内容实录。


关于固态和半固态


墨柯(真锂研究创始人、首席分析师):各位嘉宾下午好!首先自我介绍下,我是真锂研究的墨柯,真锂研究是一家专注锂电产业链的产研机构。今天很荣幸能有机会跟各位老总坐在一起,探讨一下固态电池前后的电池路线。


半固态电池是否会成为未来10年的主流?(附圆桌讨论的内容实录)


我先简单介绍一下参与本次对话的嘉宾。坐在我边上的是孚能科技的创始人、董事长王瑀。王总是华人圈子里面最早从事锂离子电池技术开发的那批专家之一,对锂电技术的认识非常深刻,在王总的带领下,孚能科技短短数年之间快速发展,成为一家主流电池厂商,目前已经上市,这个成就很了不起。坐在王总旁边的是我们电池行业最近风头很劲的蜂巢能源董事长兼CEO杨红新,蜂巢能源正在做IPO之前的最后一轮融资。坐在中间的是宁德时代的郭总,宁德时代就不用说了,全球第一家市值万亿的电池企业。郭总旁边的是安驰科技的徐小明,徐总是锂电行业的老兵了,在徐总的带领下,安驰科技发展得也非常快,目前已成长为磷酸铁锂电池的主要企业。最那边的是北汽集团的副总廖振波,北汽是中国新能源汽车领域的代表性企业之一,廖总此前还当过比克的总经理,比克也是一家知名锂电企业,廖总的经历非常丰富,电池大厂和整车大厂的负责人都干过。


好,下面开始正题,我们来说一下电池路线。我个人一直认为电池技术其实只有一个发展路径——电池能量密度越来越高的同时,成本越来越低。这是“和”的关系,不是“或”。要实现二者的平衡是有难度的,这也是为什么我们现在有磷酸铁锂和三元两大电池路线的主要原因。我们知道,三元电池的优点是能量密度高,但是成本也高一些,磷酸铁锂正好相反。磷酸铁锂电池最近一段时间很火,为什么,就是因为在大通胀的背景下,成本的矛盾更突出所导致。


主办方给我们确立了本次探讨的主题——固态电池前后的电池路线。那么,请各位老总发表一下自己的看法:①固态电池大致什么时候能够实现商业化应用?②在固态电池之前,动力电池的技术路线大致会按照什么样的趋势演绎?我们先从整车应用角度来看,有请廖总先来谈一谈。


廖振波(北汽集团副总经理):2016年之前我在整车企业工作了33年,2016-2019年在比克负责过公司的运营、生产、组织以及质量控制、工艺包括研发组织这些方面的工作,2019年底到北汽,再回到了整车企业。北汽新能源大家都知道,在过去几年在市场份额上一直遥遥领先,去年由于特殊的原因,今年有些下滑,相信明年、后年会有新的增长。


半固态电池是否会成为未来10年的主流?(附圆桌讨论的内容实录)


从整车应用来说,我们现在亟需解决什么问题?整车企业作为电池企业的客户,客户需要什么?以我的工作经验来看,我们现在整车企业亟需解决的问题是从原来的追求能量密度、追求成本到现在追求的第一要素是安全,第二要素是成本,第三要素是相应的性能。这里说的性能指安全性外的性能,比如说低温衰减的性能。


摆在第一位的为什么是安全?我们知道,现在新能源汽车的召回事件在增多。每到夏季,新能源汽车就会出现着火事故,尤其是在地下车库以及在高层,电动自行车也好,电动汽车也好,着火的话,它的虹吸蔓延是很厉害的,危险性非常大。


第二,在驾驶过程中也容易产生安全问题。按照我们国家的召回制度,万分之四的安全质量事故就要召回。一旦发生,给整车企业造成的损失就会很大,所以现在我们把成本的问题分开,一个是采购成本,再一个是售后成本。整车企业现在说的成本是指所有成本加在一起,不单纯是指采购成本。在车辆安全保障不了的情况下,实际上成本是很高的。所以,整车企业最看重的是安全。


从我对电池的理解来看,我认为固态电池基本上是能够解决新能源汽车安全问题的,但刚才王董事长前面演讲也说了,孚能科技计划2030年实现全固态电池技术的应用,也就是说,固态电池技术离应用还有较长一段时间。


墨柯:王总刚才主题演讲中提到的2030年实现固态电池技术应用,那是一个虚线,其实王总自己也不太确定。


廖振波:是的,实际上2030年这个时间不是很确定的,但是从整车企业来说,希望尽快地找到安全性的电池。从技术路线来说,我自己认为有很多方法。磷酸铁锂电池路线,从它的化学体系来说,能量密度的理论值也就是170Wh/kg,现在的实际能量密度比这高,那是掺杂了一些其他元素,尽管如此,总体上提高还是很有限。


三元电池路线方面,我们知道电池的能量密度由低到高依次是111、523、622、811(注:指NCM三元中镍、钴、锰的比重),但是,从实际情况看,你会发现一些主要电池企业在某种程度上可以说是技术倒退,由811回到622,有的622都站不住,再回到523。我理解他们这么做是为了满足安全性的要求,但是这个技术倒退实在是不可恭维的,也给我们整车厂带来了很大的困惑。


举个例子,4.8米车长的SUV,电动车和传统车相比,重量重了300-400kg,这是什么概念?从碳中和、从能耗等等方面来说这都是不适合的。电池能量密度下来了,重量因此大幅提升,这会对整车设计、安全性、操控性,包括底盘的强度等等方面,带来极大的困扰。所以,电池能量密度实际上不能简单地降下来就了事。


在能量密度不降低的情况下,要增强安全性,我自己觉得,别去走其他技术路线,扎扎实实把半固态电池(也就是固混电池)做上去。固混电池的安全性与现有的液态体系相比有很大提高,同时能量密度也满足整车企业的要求。所以,我强烈呼吁电池企业不要犹豫,赶快产业化,给我们整车企业提供安全可靠的固混电池。


墨柯:刚才廖总说的一句话我感触深刻,也是第一次听,就是整车厂现在考虑成本,不仅仅是一次性的电池采购了,也包括今后可能的召回等等,这些成本也是要提前考虑的。在这种情况下,可能今后的电池技术开发会更加重视安全,尽可能地少出问题。下面我们请安驰科技徐总来说一说对固态电池的看法及在此之前的电池技术路线。


徐小明(安驰科技总经理、创始人):我们有一个研发人员是从日本回来的研究固态电池技术的人。目前固态电池技术开发的重点是固态电解质中锂离子的传输问题,预计2030年之前很难实现商业化应用。即便实现应用,前面3-5年也会率先在消费类电子产品领域应用,这样,安全性可控,也用得起。


半固态电池是否会成为未来10年的主流?(附圆桌讨论的内容实录)


我本身是学电化学的,电池的核心部件有三个——正极、负极、电解质,以哪个东西命名,就说明这个东西是瓶颈,因为不是瓶颈就不用它命名了。从提升电池能量密度来说,电池的正极、负极和电解质都有很多工作可以做的。不管是磷酸铁锂提升能量密度的路径,还是高电压中镍、三元提升安全性的路径,都还有很大的空间。总的来说,2025年之前,我认为整个体系不会有太大的变化。


墨柯:还是现有的三元和磷酸铁锂的技术?


徐小明:是。慢慢地提升,能量密度每年提升百分之十几,这样的技术路径。


墨柯:您也同意廖总的看法,固态电池上市之前,半固态是可行的解决办法?


徐小明:对,半固态可以提高安全性。安全性是电池技术开发首要的考量因素,我们之所以开发固态电池技术,就是因为固态电池更安全。解决安全性问题之后,才敢去提升电池能量密度,否则不敢。


墨柯:这种固液混合的技术,电解液大概占比会是多少?


廖振波:5%-10%。到了10%以内的时候,电池的安全问题就能得到基本解决,即使电池受到外力的剪切,都不会短路,因为随着剪切的方向,电解质会有阻断正负极。当然,如果电解液占比能进一步提升到5%以内的话就更安全了。


要补充一点就是,我们整车企业对电池能量密度是有要求的,能量密度多少才合适呢?我们认为,单体电芯能量密度一定要达到280-320Wh/kg,这样,对于整车设计,重量方面才能满足要求;低于这个,成组之后的pack能量密度达不到220Wh/kg以上,其实是对整车会带来极大负担的,因此这个角度来说,一定是要用三元。


墨柯:单体280Wh/kg?


廖振波:对。要用三元,三元才能解决这个问题,但是三元又不能走111体系和523体系,这是从整车的角度去考虑这样的问题。


墨柯:这个就比较有意思了,我们知道安驰科技的徐总是看好磷酸铁锂路线的,徐总刚才的主题演讲主要说的就是磷酸铁锂,现在廖总说三元,有点碰撞了。请教徐总,您认为磷酸铁锂电池路线将来单体的能量密度能发展到多少?能不能达到廖总刚才说的280Wh/kg?


徐小明:280Wh/kg肯定是到不了的。我认为廖总刚才说的应该是主流乘用车产品用三元。实际上,不同的车辆产品对电池有不同的需求侧重。比如说同样50kWh的pack,系统能量密度分别是200Wh/kg和160Wh/kg,会有明显的重量差;如果是30kWh的pack,对应的重量差就会小很多了,车辆对电池pack重量的敏感性也会降低不少。但不管怎样,磷酸铁锂电池单体做到280Wh/kg肯定是不可能的。


墨柯:您觉得能够到多少呢?


徐小明:根据我们现在的实验室结果,现在可以做到210Wh/kg,但是真正量产,你还要考虑成本。我认为可能到2025年的时候,结合一部分固态的技术(固混),包括负极的改进,我觉得应该能做到230Wh/kg左右。


墨柯:如果再结合固态电解质技术呢?


徐小明:我们还没有详细地算,因为本身它差距最大的就是正极的重量这一块,第二是电压,(磷酸铁锂电池的)电压要始终低15%,这个是你怎么救也救不回来的。所以,三元电池单体如果做到300Wh/kg的话,磷酸铁锂就要低15%以上,这是必然的。


墨柯:您的意思跟廖总刚才说的有一点是一致的,就是固态电池技术之前,还是固液混合是比较现实的一个方案。谢谢徐总!接下来我们有请郭总,你们宁德时代的研发走向,不管是电池业界还是整车厂都是非常关注的,现在请您来讲一讲固态电池及其之前的电池技术走向。


郭永胜(宁德时代21C创新实验室前瞻技术部部长):谢谢大会给这个机会,能跟各位在座的专家,各位同行交流一下我们对电池技术的一些看法。北汽是我们非常重要的战略合作客户,刚才廖总讲的核心意思是整车厂需要的是兼具安全的高能量密度电池。


半固态电池是否会成为未来10年的主流?(附圆桌讨论的内容实录)


墨柯:廖总首先强调的是电池安全。


郭永胜:对,安全和高能量密度一定要兼具,这是核心诉求。我是搞研发的,在公司做了十年的前瞻技术研发。我们知道,锂电池按照电解质的形态可以分为固态电池、液态电池,中间还有一个半固态,这个半固态你归到液态也可,归到固态也行。对于固态电池,我自己另外有一个分类,是按照正负极来分的,可以分为三代:


第一代就是现在传统的液态电解液替换为固态电解质,正负极和传统用的是一模一样的,传统用什么,正负极就用什么;第二代固态电池是将负极换成金属锂,正极材料不变,该用铁锂用铁锂(注:铁锂就是指磷酸铁锂),该用三元用三元;第三代固态电池是正负极都需改变,负极用金属锂,正极换成不含锂的更高能量的材料。这样可以进一步提高电池的能量密度。


对于第一代固态电池,个人认为提升能量密度比较难。因为提升电池能量密度最根本的途径是在正负极活性材料方面下工夫,其他材料都属于对能量密度没有直接帮助的辅材,包括固态电解质也是这样。目前固态电解质大致有聚合物、无机物、氧化物三类,不管哪一类,其真密度都远高于电解液的真密度,如果你在电池里面灌同样体积的固态电解质,它的重量就会增加,相对应,(以重量计算的)电池能量密度就会下降。


我认为,真正的固态电池是指第二代、第三代。刚才王瑀董事长也说了,实际上这两类固态电池目前还面临很多的科学问题和技术问题,刚才墨老师你问的什么时候可以商业化,如果是这两代,确实很难预测它们的商业化时间。至于第一代固态电池,量产要相对容易得多,能否大规模商业化,则要看他们的整体综合性能能否满足应用的需求,而不是看某一个技术指标。


墨柯:我听到消息,半固态电池今年好像就会有装车测试了,是吗?


郭永胜:从定义上来说,(半固态)只是行业的一个叫法,它处在一个中间状态,到底是不是固态,名字不重要。


墨柯:半固态的路线,正负极的情况,是不是也跟现在的一样?


郭永胜:目前是这样子。


墨柯:杨总,你们蜂巢能源怎么看?


杨红新(蜂巢能源董事长、CEO):在座都是研发出身,我不是搞技术的,这里,我就站在非专业角度来思考这个问题。首先,站在用户的角度(不是整车厂的角度),用户其实不太关心你用的是什么电池?只要安全,便宜,跑得远,充得快,就可以了。其次,站在企业的角度,刚才大家的发言,主持人的问题,媒体的关注、投资者的关心,体现出一个特别显著的特点,就是大家都很焦虑。我们现在为什么焦虑,就是因为有严重的不确定性在里面,技术的不确定性,大家会担心影响到产业的不确定性。


半固态电池是否会成为未来10年的主流?(附圆桌讨论的内容实录)


为什么会有不确定性?就是因为我们现在讨论的固态电池的问题,它不是一个工业化问题,甚至不是一个技术问题,它是一个科学问题,而我们讨论的磷酸铁锂和三元,则是一个工业化问题。所以,这是几个不同阶段的问题(科学问题有它天然的不确定性)。


对于工业化问题来说,三元电池、磷酸铁锂电池,甚至包括锰酸锂或镍锰酸锂电池都会长期存在,不会消亡。按照目前全领域爆发的电动化趋势,每种电池产品都能找到它各自存在的空间、立足点,而且每个空间的量预计都会非常大。把锰酸锂电池做到极致其实也是挺好的。站在工业化角度,不管哪种电池路线,只要技术足够成熟,适合大规模量产,质量、稳定性、良品率都非常好,就可以。所以,我认为未来很长一段时间内,其实都不用太纠结去做什么电池。


有的企业现在担心磷酸铁锂会不会把三元干掉,我觉得这种担心完全没有必要。现在三元电池成本明显高过铁锂电池,主要原因是镍价高。当铁锂快把三元干掉的时候,镍价肯定会下来,我们可以简单测算一下,三元电池里面的镍降到8块钱的时候,跟铁锂电池价格就一样了,而三元电池的能量密度是高过铁锂的,这样,三元电池的需求量马上又会上去。所以,只要大家坚守一条道路走下去,(在市场快速扩大的情况下)都会成功!


半固态电池是一个技术问题(有一定的确定性或不确定性),是围绕安全性做改善的一种解决方案。半固态电池的技术开发也有很多种——不同的固态电解质材料、不同的固液比、不同的工艺(比如说有做原位固化的,有不做的)、不同的正负极材料等。技术问题解决了,可以量产,但不代表可以大规模商业化应用。大规模商业化需要有可工程化的能力去支撑它,有用户愿意为它买单,现在我们找不到半固态电池的核心卖点在哪里。当然半固态的成本会增加,产线要调整(不过第一代对产线的影响不是很大)。所以,半固态电池的大规模商业化应用是存在不确定性的,至于装车,今年明年都可以的。


现在,全世界都在拼命扩建锂离子电池产能,不久的将来可能会很快超过1TWh(注:1TWh=10亿kWh),在建什么厂?在建的基本上都是现有液态体系的电池产能。我觉得这其实是一个明显的信号,我们要把技术问题和可量产性以及商业化普及要分开想,商业化普及的挑战是取决于很多方面的。


固态电池属于科学问题,应该由科学家、研究所、高校带头研究很多很多事情,包括硫化物电解质怎么制造等。技术问题解决了,量产制造工艺也有非常大的挑战。


墨柯:您觉得固态电池的商业化应用时间可能还会往后拖?


杨红新:我不知道王总怎么想的,我觉得凡是说2030年的事情,就等于还很不确定,因为未来十年会发生什么,不确定性太大了。但我相信未来十年的主流还会是三元、铁锂、镍锰等,这是我的观点。半固态从技术上肯定可以实现,主要是解决商业化的问题。


墨柯:好的,谢谢杨总!最后请王瑀总说说。我们在座几个,王总是最懂电池技术的专家,我估计其他几位听到这话不会有异议。王总,刚才您的主题演讲是非常好的,把未来几年孚能科技的路线规划都说了一下。这里我想问,刚才您说的,您是真都这么看吗?还是说再给我们补充一下?


王瑀(孚能科技董事长):我今天讲的就是孚能未来五年的规划,像廖总说的一样,兼顾能量密度、安全、成本。不同的方案针对不同的客户群,满足不同客户群的需求,这是我们五年之内的规划,当然这前期我们做了大量的工作。谈到固态电池,很有意思,固态电池的提出,最早是锂金属固态电池。


墨柯:您当年在加拿大Moli的时候就是研究锂金属电池技术的。


(注:创立于1977年、位于加拿大温哥华的Moli Energy是世界第一家投入锂离子电池生产领域的工厂,研发阵容非常强大,在电池技术领域中拥有许多关键性的专利。Moli的产品就是锂金属电池。金属锂是世间最活泼的元素之一,极易燃烧,甚至与氮气都能发生反应。这样的特性极大拔高了锂离子电池的技术要求和应用难度,在生产组装过程中稍有不慎,泄进了空气,轻则电池报废,重则起火燃烧,因为动力学等因素,锂金属表面会形成一些“小毛刺”,叫做枝晶。随着电池的使用,这些枝晶会越长越大,最终会刺破电池正负极之间的隔膜,造成短路,引起电池自燃。成分、组装、生产环境等等都可以改进,但是枝晶问题始终很难解决,1990年Moli因安全问题倒闭被日本NEC收购。)


王瑀:对,当时也很纠结,怎么办?当时提出的方案,一种方案是采用固态电解质彻底解决锂金属电池充电的问题;另外一种方式是放弃用锂金属做负极(这样就不会有枝晶问题),而是用石墨做负极,正极为含有锂元素的氧化物。当时选择了后一种方案,相当于走了另外一个捷径(绕开枝晶问题),这个捷径一直走到今天,就是我们现在的液态锂离子电池路线。固态电池技术到现在为止依然没有革命性的突破,这个问题就像杨总刚才说的,是一个科学问题。


锂电行业最早理解的固态电池就是锂金属电池,金属锂做负极必须要固态电解质配合才能做到。半固态电池的提出,实际上是我们在偷梁换柱。为了解决整车厂对电池安全问题的担忧,短期内我们引进半固态概念,让整车厂接受兼具安全性的高能量密度电池。


手机行业其实也遇到过类似问题。过去手机也召回,经常爆炸。手机对电池能量密度要求更高,但是,现在大家还会担心手机安全问题吗?现在我们用的手机的电池体积能量密度已经高达800多Wh/L,但是大家谁也不担心,为什么?同样的电池,同样也是这一套体系,但我们现在在各个方面都控制住了,电池安全得到可控,大家就不再担心。


对孚能科技来说,我们现在要解决的就是目前的高能量密度的焦虑,像811三元,811是你不用半固态,针刺就是通不过,软包也通不过。但是孚能科技的第一代半固态电池技术,全部刺透,不担心安全,这就是区别。所以我们需要在整个安全监控方面,包括电芯、模组、系统、控制等方面,全方位进行开发设计,使整车层面的安全达到可控,同时要有预警系统。(做到了这些,我们也会像手机一样,不担心电动汽车的安全)


半固态是不是发展方向?肯定是。(从电池厂的角度)谁也不愿意在生产电池过程当中有隐患,用了半固态电池技术,你的工厂再不会出现起火问题。当然,终极目标还是要从材料本身去彻底解决这个问题,如果暂时彻底解决不了,我们就用控制方法,从设计到生产到使用,然后到整车的工况安全边界的监控,最后达到使电池和整车安全。这就是我的一点粗浅的看法。


墨柯:孚能的半固态电池计划什么时候能够投入到应用?


王瑀:这个我们已经进入到量产阶段。


关于钠离子电池、三元和磷酸铁锂路线


墨柯:好的,谢谢各位老总!现在我把电池路线的问题稍微再问细一点,同时也呼应最近的一些热点。三个问题,第一个是关于磷酸铁锂路线的。最近的消息是苹果的电动汽车也在考虑用磷酸铁锂电池,那么,铁锂电池是否会在接下来的一段时间会更多地用在电动汽车市场。我们知道去年和今年的前几个月,中国电动汽车市场铁锂电池装机占比在40%左右,这个比例会不会进一步提升?铁锂路线在能量密度提高方面大概是什么路径?比如说磷酸锰铁锂是不是办法之一?


第二个问题是关于三元路线的。最近有一则消息大家很关注,就是LG化学要给特斯拉供应四元电池了。这是不是三元路线发展的一个方向?而且据了解,四元NCMA的镍可以到90%,因此我认为这也属于高镍化方向,国内宁德时代的811走的是三元高镍化方向。这里想问问各位老总对三元电池路线走势以及四元方向是怎么看的?


第三个问题是关于钠离子电池的。宁德时代前不久发布了钠离子电池技术即将量产的消息,广受关注。这里想问各位老总对钠离子电池怎么看?是否也会成为动力电池的一个路线?由于时间关系,上述三个问题各位老总可以选择性回答,不一定要全部说。下面先请王总来说一说。


王瑀:我觉得钠离子电池是一个非常好的技术突破。钠离子电池很重要的优势是钠资源非常丰富,成本也低,价格比较便宜;缺点是能量密度比较低。但估计对磷酸铁锂、铅酸、镍锌镍铬等市场有威胁,但对磷酸铁锂市场威胁最大,因为铅酸电池市场有它的基本盘,而且铅酸电池技术本身也在不断取得进展。


关于三元路线,我觉得目前的(安全)焦虑和成本方面的问题都是暂时的。三元有高能量密度优势,未来成本也会大幅下降,尽管目前国内乘用车有很多用磷酸铁锂,但我确信未来三元还会回到乘用车主流,同时也是适应碳减排的趋势选择。我们希望用三元一半的体积、一半的重量(注:指同等电量的电池包,体积和重量缩减一半),20分钟充满,释放30度电、50度电,满足需求,这还是未来整个方向,人类社会发展还是要技术进步来带动。但不是说磷酸铁锂就不应用了,虽然在乘用车市场磷酸铁锂在体积能量密度、续航里程、快充方面有局限,不过磷酸铁锂依然有它独特的优势,在其他市场可能比三元更适合。


未来我们觉得811三元电池的安全也是完全可控的,但是现在我们还没有达到这个水平。我们需要从原材料开始,从电池制造到整车控制到预警,都要做得很好,才可以实现811的安全可控。我们现在还做不到,但是未来一定可以做得到。


墨柯:您和廖总观点有一点是一致的,就是乘用车您还是看好三元。


王瑀:我觉得三元不是重点,因为它的能量密度跟汽油比太低了,我们还要找能量密度更高的正极材料。


墨柯:您对四元怎么看?


王瑀:四元都不是决定性的。当时90年我们拿镍酸锂,用针扎一下就会爆炸,实在不能用。现在我们所有材料上面都包裹了很多东西,三元,四元、五元、六元、七元、八元都有了,但是没有解决实际问题,性能还是一样,安全还是在那地方,容量还是那么高。我希望找到这样一个多元材料,克电容量可以达到300、400甚至700mAh/g,谁要能把这个材料稳定下来,让它能够循环,那就是历史性的突破。


墨柯:好的,谢谢!现在请杨总来说一说。


杨红新:我认为钠离子电池是个有益补充,因为中国的锂资源比较匮乏,从战略角度看,应该有一个从资源方面有保障的动力电池技术路径。不过,在乘用车上大规模应用钠离子电池的挑战性还是非常大的,可能对于一部分的铅酸电池和铁锂电池市场,钠离子电池可能替代,因为能量密度比较低。第二说一下磷酸铁锂。


墨柯:我了解到蜂巢的磷酸铁锂电池也实现装机了,主要是针对哪些市场呢?


杨红新:针对所有市场,低里程和高里程都覆盖。当然到600、700km就比较困难了。现在有人挑战250Wh/kg的能量密度,我们原来认为只能做到180Wh/kg,现在认知上出现了一些变化:负极要用大量的硅,要补锂,是可以实现更高能量密度的。但是如果补锂,生产线就会发生变化,这对产线可量产性的挑战还是非常大的。所以,高能量密度或者接近三元能量密度的磷酸铁锂电池的量产化和工程化,还是需要观望的。理论上,磷酸铁锂电池高能量密度从技术层面还是有办法实现的。


墨柯:你们(磷酸铁锂电池)的能量密度目标呢?


杨红新:还没设目标。我还是那个观点,工业化问题、技术问题、科学问题这三个层面的问题。科学层面能做到250Wh/kg,技术角度就可以做到210Wh/kg。历史已经告诉我们,技术总是不断进步的,以前磷酸铁锂电池才130Wh/kg,现在已经远超130了,以后还会不断突破。


四元,不好意思,误导了大家,我们是国内第一个喊出四元这个名词的,当时的想法只是让大家好记,区别于三元,所以叫了四元这个名字。NCMA其实也有很多种技术路线,可以做单晶的,也可以做多晶;也可以做七系,也可以做九系。但是NCMA的价值到底在哪里,我们也纠结了很长时间,其实和三元的差异不是很大,可能它的好处是当我们冲击更高能量密度的时候,比如超过90%镍的时候,这样做结构可能更稳定。


LG化学目前走的就是高镍NCMA路线,我觉得这个选择有它的道理,但是它属于微创新,不是颠覆式创新,其实也可以用三元。总的来说,大家其实不要特别关注,这只是基于三元的一种改善性的技术路线。


墨柯:谢谢杨总!您把三个问题都说了。下面请郭总来讲讲,您可以选择一个问题,也欢迎都说一下。


郭永胜:钠离子电池我们公司7月份会有一个正式发布,这里我就不多说了。关于四元电池,刚才王总也说了,其实叫什么不重要,因为现在三元其实远不止三个元素,这是共识。四元也不会只有四个元素。另外,关于现有的技术路线问题,像磷酸铁锂和三元,目前大家最常见到的就是这两种,而这两种也不是对立关系,不是铁锂要把三元干掉,或是三元把铁锂干掉。各有各的市场,因为整个市场足够大,现在还没有任何一种电池能够包揽所有应用场景。


其实(二次)电池市场不仅仅只是锂离子电池,还有镍氢电池、铅酸电池等。其实锂离子电池的市场份额,现在才刚刚超过铅酸电池。


墨柯:还没有超过,目前还是铅酸电池的市场用量最大,但是已经很接近了。


郭永胜:是吧。前几年二次电池的市场,一直是铅酸占70%多,现在(锂电)好像还没有超过(铅酸),但基本上差不多了,这几年锂电在不断地渗透。从这里其实也可以看到,电池技术的不断进步,也在不断催生新的市场,二者是相互促进的关系。现在很多人说电池技术已经摸到天花板了,实际上远没有到天花板,同样,市场容量也远没有到天花板。


市场对电池技术的需求,无论是电动汽车还是储能,电池的安全和能量密度这两者肯定都是要的,无非是哪个先哪个后的问题。我个人认为,无论如何,安全一定是第一位的,这也是固态电池技术受到越来越多关注的原因。我同意刚才王总的观点,电池芯本身一定要安全,但安全是一个系统性的问题,不仅仅是电池芯本身的问题,尤其是制造,从材料到电芯、模组,再到系统,这里面的每一步都涉及制造,如果一致性不够,出厂的就是一个带病的婴儿,在市场上应用就可能出现安全问题。


另外我说一下能量密度。提升电池能量密度的根本是在材料。宁德时代的研发有四大创新体系,其中材料创新是排在第一位的。2019年底成立了我现在所在的单位——21C创新实验室,这个创新实验室就是专门针对材料的体系去创新,现在电池能量密度的瓶颈限制不在负极,而是在正极。我们现在说的811的理论容量是270Wh/kg,石墨烯的理论容量是370Wh/kg(注:指材料的克电容量)。如果你能开发出一种正极材料,(材料的克电容量)别说上千mAh,如果能翻个倍,电芯的能量密度就会提高很多。正极材料领域有很多技术可以探索,以后电池的正极材料有可能不是铁锂,也不是三元。


墨柯:谢谢郭总的分享!现在请徐总来说一说。


徐小明:刚才我们大家都说得太专业了,我怕底下的观众听着睡觉,我这里只想说一下钠离子电池,其他我就不说了,前面几位老总讲得都很到位。锂离子电池的发展需要关注锂资源问题。我们知道,全球的锂资源主要集中在澳大利亚和南美锂三角,前者是矿石锂资源,后者是卤水锂资源。澳大利亚属于五眼联盟,也是反华急先锋;而南美一直是美国的后花园,因此,我们的锂资源供应是存在卡脖子的可能性的。从资源保障的角度可以考虑发展钠离子电池,钠就是盐,资源是不缺的。钠离子电池的能量密度偏低,它最大的用途可能是在储能领域。不过,钠离子电池产业可能要在五年以后才会逐渐的配套成熟,因为它需要重构整个电池化学体系。


墨柯:您认为钠离子电池产业化体系建设是一个过程?


徐小明:是。五年算比较快的,因为所有材料体系都要重构,不过,从整个国家能源保障的角度,从地缘政治的角度,这么做是非常有必要的。电化学储能市场的远景规模无限大,有足够的空间支撑钠离子电池的发展。个人认为,可能2025年之后,其产业化体系初步建起来之后,钠离子电池会有较大发展。


墨柯:好的,谢谢徐总!最后我们请廖总来讲一讲。廖总可以就那三个问题发表自己的观点,也可以从整车应用的角度对前面几位电池企业老总的观点做一个总结。


廖振波:大家的感觉电池好像比较玄幻,其实没有那么玄幻。我从汽车行业跨界到电池行业,对电池行业有深刻的认知突变。原来我在汽车行业的时候,认为电池行业非常深奥,是一个有着强烈科学色彩的研究型行业,但当我到了电池企业工作,跟我的研发团队接触,一块工作以后,随着了解的深入,发现不是这样。


其实电池行业说也简单,体现在研发领域,它就是一个试验科学。电池行业有一百多年历史,比汽车行业更早。电池技术的研发其实就是寻找各种化学元素的组合——在化学元素表里面寻找高电位和低电位元素匹配,使得它的电量、能量最大,找到之后,强调的就是试验的重复性,它的稳定性。


从电池产品开发的角度来说,做电池最重要的一块,至少是50%甚至60%是在制造端——它的工艺,它的稳定性、它的材料,它的依附性。这方面它跟汽车行业是两个概念。汽车行业,制造端的技术占到5%都不到,说多一点也只占10%,但是电池行业,制造端的技术占比是到60%。所以,你看到它的生产控制过程非常复杂。


为什么电池厂不太愿意突破到全固态,甚至半固态?很重要的一点是设备需要改造。你们看看523的工厂和811的工厂(注:指523三元电池和811三元电池),完全两回事,整个工厂的管理,技术设备要求、粉尘度要求、湿度要求等简直是天壤之别,对应的投资差别也非常大。这方面阻碍了我们电池企业的技术发展,甚至生产技术工艺改造。从这个角度来说,从整车厂的角度,我强烈呼吁电池厂要尊重客户的选择。


汽车领域,全球每年新车投放量是多少呢?是近9000万台车,中国接近3000多万台车,全球占比超过1/4,其中将近80%是乘用车。汽车的需求量是非常巨大的,而电动汽车,现在的渗透率也就是5%左右吧,未来的发展空间非常大。今年电动乘用车可能会有200万台的规模,未来要发展到2000万台的整车需求,可想而知,乘用车电动化需求量的变化是多么大!所以,电池厂不应该回避整车厂的需求,一定要瞄准着整车企业乘用车需求来研究问题。


今天我们的话题是固态、半固态。我觉得全固态问题目前可以说是一个科学问题,但其实更多地也是一个工艺问题——怎么控制住锂枝晶?王总当年在加拿大Moli的时候,他们的锂离子电池采用金属锂做负极,如果配套固态电解质的话,就不会有锂枝晶问题,但是,如果电解质是液态体系,枝晶问题解决不了,就会有很大问题。


因此,在目前电解质采用液态体系(注:即电解液)的情况下,负极用碳材料。从半固态的角度来说,电解质体系是固液混合,它不是全部改变,不像全固态一样,全固态实际上可以完全改变正负极材料。我们讲的半固态,基于商业化,基于客户需求,正负极材料不需要改变,只需要一定程度的改善,然后配套固液混合电解质,就能够实现安全性,同时能量密度也不会下降。


我说的不会下降的基础是我们整车企业需要811体系这样的能量密度,需要硅碳负极和811体系的组合,这个组合可以实现300Wh/kg以上的电池芯能量密度。但是,为什么现在大家不敢推呢?是因为电池形态的问题,在圆柱形形态上来说,早就突破了300Wh/kg,因为它可以加硅,使用硅碳负极材料之后,圆柱电池的能量密度和使用碳相比是可以提高30%以上的,但是液态的方形和软包电池,膨胀问题目前还没有解决。目前的体系(注:指“811正极+硅碳负极+电解液”的体系)已经解决了能量密度的问题,但是解决不了安全性的问题。


半固态我说的是固液比例而言,我们叫它半固态,其实液态已经占比非常少了(5-10%),从这个角度我去讲半固态,而不是纯粹从化学体系去讲。因此,半固态基本上能解决安全性问题,同时又解决能量密度的问题。


我们讨论电池芯能量密度的时候,不能去讲,我能做到250Wh/kg还是260Wh/kg,整车企业不希望这样,整车企业真实的是希望要在280Wh/kg以上。做到280Wh/kg以上后,从电池包的角度来说,或者是模组的角度来说,半固态电池的成组系数也是比较高的,远比目前的液态电池要高。因此,半固态的能量密度能保障,同时它的体积能量密度也是能保障的。


我们整车企业是需要高体积能量密度的电池。因为我们在设计过程当中,需要好的底盘布置,其中,如我们的坐姿要特别舒服,不能够因为底盘地板高,人的腿部受到限制。所以,要求电池的体积能量密度要比较高,固态电池甚至半固态电池就能解决这个问题,所以是个好东西,但是这个好东西要推动起来是相当有难度的,这就是我要说的第二个问题。


第二个问题是成本,我觉得这也是很重要的。因为即便是半固态,也至少有10-15%的工艺设备要改变,这种改变会直接带来成本的增加,另外,还会带来一些不确定性——这种新工艺,之前没有成熟的规模制造经验可供借鉴,对应的新设备的精度、可靠性也不一定能一步到位,这就会引发电池厂的担心,一旦产线生产合格率不高的话,是会推高电池成本的。


如果是同样的设备成熟度、可靠性,甚至生产效率如果也一样的话,很多专家都这么说,只要行业规模达到一定的量(行业人士认为一般是20GWh),半固态电池的成本是可以做到和现有液态电池相当的,因为正负极体系没有什么变化,基本上是沿用现在的供应链。所以,我认为要尽快地推动半固态电池的量产,因为我们整个产业链是成熟的,瓶颈在于电池生产厂家找不到合适的工艺以及对应的设备。


刚才我说了,电池行业的技术含量主要体现在工艺制造过程当中,它的复杂程度占到50%以上,所以,对于半固态电池来说,实际上我们面临的不是科学问题,因为全球搞化学研究、材料体系研究的人太多了,技术上不可能搞不定。它就是一个工业化问题,主要是制造环节方面的问题。一开始可以小批量生产,然后慢慢放大规模,我相信这种切换速度是非常快的。电池厂不要有侥幸,一旦哪一家半固态电池率先突破,它的成本哪怕高20%,整车厂也愿意批量采购,因为,当消费者认为电动汽车不会着火时候,是会踊跃购买的。


整车企业目前是心有余悸地去生产电动汽车的,因为生怕会出着火的安全问题。一旦电池安全问题解决掉以后,你知道市场会发生什么变化?它会发生质变,它的增长斜率会发生重大变化。对那些传统的、抱着液态电池心态做事的、反复跟大家讲故事说“我的电池只会冒烟不会起火的”这样的企业来说,它带来的变化是颠覆性的。


钠离子电池我觉得是一个非常好的方向,但是它可能不太适合乘用车市场,在一些储能市场它可能比较合适,也可以解决其他出行方面的一些问题。钠离子电池的主要问题是能量密度不高,这个它解决不了,当然现在循环大有改善。电池的循环寿命,从汽车行业来说,电池包寿命有1500次就够了,甚至1000次就够了,所以,安全问题解决后,我们认为三元电池对乘用车是最合适的。至于说具体是三个元素、四个元素或多少个元素,我觉得都不是主要的,其本质是在镍钴锰三元的基础上,为平衡各项性能指标及成本而增加一些元素。


关于2025年动力电池价格


墨柯:非常感谢廖总!说得非常精彩,观点鲜明,也给电池厂提出比较明确的要求。最后我还想多花两分钟时间,请各位老总简单做个预判:在资源和原料大幅涨价的情况之下,你们认为2025年的动力电池价格大概会是多少钱一度电?先从廖总开始,你们整车厂到时候愿意花多少钱采购电池?


廖振波:我只能给出一个今年我们希望的采购价格——磷酸铁锂电池单体450元/kWh以内,三元电池811体系电池单体650元/kWh以内。至于2025年的采购价格,作为整车企业,我们当然希望电池价格越低越好。(注:廖总说的电池单体也就是电池芯(cell),电池包(pack)的价格大约是在cell的基础上再加20%,也就是铁锂pack价格大约540元,811三元pack价格不到800元。根据目前的实际情况,铁锂可能已实现,811三元暂时还实现不了。)


我们汽车行业十几年前做过预测,电动汽车要普及,电池价格在100美元/kWh以内是可以做到的。现在看来,这个目标是能够实现的。我们希望电池企业不要有超额利润,你看我们整车企业目前几乎没有一家生产电动汽车是盈利的,但是我们能看到电池上市公司没有一家是不盈利的,所以,我们呼吁电池厂真的要适当让利给整车企业。


徐小明:维持去年的判断,这一轮的涨价只是一个小小的涟漪而已,不会有大的波动。(注:去年的判断是2025年pack价格500元/kWh以内(不含税)。)


郭永胜:我是搞研发的,对价格问题没有研究,我就不说了。


杨红新:今年不能乱说了,去年开完会说了以后,原材料就涨了,有些原材料马上涨了30%。今年我们的目标是努力达到整车厂的价格要求。现在不确定性太强了,我们不能乱说,因为未来几年都是供需不平衡的阶段,需求更大、供应不足,如果长期处于供应不足的状态的话,价格很难合理的预测。所以,在整车需求、储能需求同时爆发式增长的情况下,给供应链的压力很大,我们电池厂现在要做的事就是帮助供应链、帮助我们的客户一起想办法去降成本,解决供应瓶颈问题。


王瑀:客户的需求就是我们努力的方向,满足客户的需求是实现公司价值的唯一手段。整车厂需求什么样的电池,我们就努力满足,当然,这也需要整个产业链共同努力,要形成一个跟传统汽车产业链一样的共识。汽车市场是一个非常大的市场,这个大的市场当中是不允许产业链个别环节有很高的利润的。如果电池厂利润总是高于整车厂,那最终的结果就是整车厂一定会抛弃电池厂;如果材料厂的利润总是高于电池厂,那电池厂同样也会抛弃垄断材料供应的材料厂。


源头的材料,比如镍钴等,从供应量来看,现在和未来都是能满足客户需求的。出现这样的大幅涨价问题,电池厂就会重新选择新的材料技术、开发新的电池技术来降本,满足整车厂的需求,当然这个需要时间。人类社会发展也是这样,有了问题、有了挑战,才需要有人找出解决方案,把它解决掉。没有什么困难能够阻碍人类社会向前发展。


目前电池原材料成为制约产业发展的主要问题,解决方案除了刚才讲到的技术进步之外,还可以有两个办法:一个是政府出台政策,让企业降价;二是加价,保证市场稳定正常。具体采取什么样的解决方案,后续需要大家一起努力,共同渡过这个难关,我们才会有更美好的未来,否则这个产业可能就会没有了。如果这个产业没有了,整个全世界碳达峰、碳排放的目标就实现不了,可能就会出新的人类能源可持续发展的问题。所以,电动汽车的发展是不可阻挡的,大方向是确定的,我觉得无论是政府还是整车厂,还是电池厂,大家最终都会达成一个平衡,使这个产业能够有序的发展下去。


墨柯:(对于2025年的电池价格)您也没有给一个准确的数字。


王瑀:根据廖总他们的价格来,以客户为中心。


廖振波:价格是波浪式的,现在电池厂家很强势,你看王总表面上说是以客户为中心,其实倒过来了,电池企业成了甲方,所以供给侧改革很重要。


墨柯:王总、徐总、杨总参加了去年的蓝皮书论坛对话,也是我主持,去年他们是一致认为2025年动力电池pack价格500元/kWh(不含税)。今天徐总比较实诚,维持去年观点;王总和杨总不说,但我相信他们其实心里面都有一个范围,我估计可能也不会有太大变化,具体会下沟通。


今天的对话非常精彩!特别是廖总,从整车厂的角度看电池,很坦诚,给我们说了很多大实话。今天有不少观点的碰撞,这是我喜欢看到的,我相信也是大家喜欢看到的。由于时间关系,很遗憾我们不能继续了。好了,今天的对话就到这,谢谢大家!


来源:汽车商业评论

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