美国固态电池"换道超车"的希望,掌握在两位年轻华人手中?
►文/观察者网李沛,编辑/徐哲
10月,海外固态电池量产及商业化步伐进一步加快,固态电池两大专利持有者丰田、出光兴产宣布将合作推进全固态电池量产,争取在2027年左右实现大规模商用。三星SDI则公布了固态电池路线图,也计划在2027年实现量产,目前正在水原研究院的中试线上持续迭代工艺。
在巨头发力的同时,美国初创公司 Factorial Energy 也宣布其 200MWh 固态电池中试线在马萨诸塞州正式投产,成为美国最大的固态电池产线。该州州长 Maura Healy 在致辞中也对该项目寄予厚望,她表示:“Factorial 将带来一项改变世界的技术。”
确实,在传统锂离子电池性能接近理论极限的情况下,有望大幅提升能量密度、从根本上解决液态电解质安全性问题的固态电池被公认为新一代电化学储能技术的主要路线。一些国家的产业界和政策界隐性期待,希望通过固态电池研究和产业化,实现“异地超车”,消除中国企业在当前锂电池产业链中的压倒性优势。例如,日本媒体就曾提出,如果日本企业能够低成本实现全固态电池的量产,全球电动汽车市场的势力范围或将重新划分。
固态电池真能成为解决中国“锂电池恐惧症”的灵丹妙药吗?
阶乘充满中国风
在 Factorial 做出这一举动之前,Solid Power 和 QuantumScape 无疑是美国最受关注的两家固态电池公司,且均在尝试实现产品车载化应用。其中,QuantumScape 由印度商人 Jagdeep Singh 创立,而 Solid Power 的核心人物则是长期在高校从事科研成果转化的管理者 Douglas Campbell。
有趣的是,从产品研发、业务运营到资本运作,两家公司过往的行事风格,颇符合公众对其创始人族裔背景的“刻板印象”。
年过50的辛格有着多次创业经历,凭借娴熟的技能,他在美国商界编织了广泛的人脉网络。他旗下的QuantumScape高管团队也提拔了不少印度裔精英,在金融技巧和品牌推广方面表现出了高超的能力。他在比尔盖茨、大众集团等重量级投资者的参与下完成多轮大规模融资,并于2020年通过SPAC上市。虽然多年来营收为零,但凭借概念板块的领先地位,吸引了多家大型投行、对冲基金的青睐,市值一度达到400多亿美元,甚至一度超过福特集团。一众高管靠高价抛售股票赚得盆满钵满。
由白手起家的 Solid Power 在融资、公关等方面远不如印度前辈,市值管理也相当不成功。不过在技术研发上则扎实得多。不仅定位在更具长远前景的硫化物技术方向,该公司还率先建设了 1MWh 中试线,并于去年 12 月宣布将其全固态电池设计与制造技术授权给宝马集团。宝马计划在德国工厂复制 Solid Power 中试线,并基于其工艺包试产固态电池。
然而,随着Factial的200MWh试验线的上线,过去几年Solid Power与QuantumScape之间的激烈竞争已经变成了一场“斗鸡”的局面。
有意思的是,Factorial的创始人是两位来自大陆的80后年轻人,毕业于厦门大学的余英超和黄思宇,Factorial并不是他们第一次创业。
2013年,余英超与黄思宇在美国创立了正极材料公司莱昂纳诺,但其产业化主要扎根在中国大陆。次年,在常熟注册子公司,得到当地政府的大力支持,当时深交所上市公司猛狮科技也对其进行了投资。经过前期的孵化和中试发展,2018年,常熟经济开发区正式举行莱昂纳诺新能源锂离子电池正极材料产业化项目签约仪式。项目注册资本2亿美元,总投资5亿美元,预计全面达产后可实现年销售收入86亿元。
在此高光时刻之后,莱昂纳诺的经营状况急转直下,其国内子公司最终相继被注销。但相比于项目本身的成败,余英超等创始团队在国内新能源产业生态中的亲身经历与洞察无疑是更为宝贵的财富,使他们的二次创业在战略定位和运营效率上对美国商业生态中的“本土”竞争对手形成了降维攻击。
2020年,余英超和黄思宇从莱昂纳诺分拆,成立了Factorial Energy,承接了莱昂纳诺持有的多项核心电池材料专利。后续的技术迭代、融资节奏、公关风格可以说充满“中国风”。
在定位上,Factorial 理性地选择了凝胶电解质也就是所谓半固态电池的过渡路线,与传统锂离子电池工艺有相当大的传承性。结合其团队在凝胶电解质基质上的创新,在成立第二年就推出了 40Ah 的电芯样品,并聘请了行业领袖、前松下北美董事长 Joe Taylor 担任董事长,前奔驰总裁 Dieter Zetsche 担任顾问。效果立竿见影,当年年底便获得了 Stellantis 和奔驰的 2 亿美元投资。
2023年,该公司进一步推出了100Ah电池单元,并称成功采用了锂金属阳极,已将样品送至Stellantis进行测试,其产业化进程明显超越了上述两家竞争对手。
(Factorial 在行业会议上介绍其解决方案)
海外制造商的时间不多了
从在中国大陆新能源行业的失败,到在美国轻松碾压本土竞争对手,Factorial的中国式产业落地思维,在渴望追击华尔街“高端游戏”的美国创业生态中脱颖而出。
不过,与大陆锂电池“怪兽房”涌现出来的固态电池玩家相比,Factorial的产业化功力只能说是相形见绌。
在能量密度方面,Factorial宣称其电芯可以达到350-400Wh/kg,但以其公开披露的100Ah样品体积粗略推算,实际性能能否达到这一水平仍存在较大疑问。
更何况,无论是100Ah的容量,还是350-400Wh/kg的比能量,与中国厂商相比并无优势。早在2021年,国内固态电池厂商清陶能源就已推出其QT-360高能量密度产品,电芯实际放电容量(1/3C)超过116Ah,能量密度368Wh/kg。同赛道的另一家独角兽蔚蓝新能源今年6月正式向蔚来交付量产的360Wh/kg半固态电芯,基于该电芯打造的150kWh超高镍软包CTP电池组,据称即将在蔚来的换电站中使用。
除了技术研发,在大规模量产上,中美厂商仿佛存在于时空中,时间流逝的速度不同。在美国企业还在以各种方式推广中试线甚至“预中试线”的同时,量产360Wh/kg半固态电池的蔚蓝湖州汽车动力基地,一期产能就达2GWh,二期项目产能将直接提升至20GWh,其淄博基地规划产能更是高达100GWh,清陶能源在昆山、宜春的产业化项目,也都有10GWh的规划产能。
在产业化进度差距如此巨大的情况下,指望通过固态电池“弯道超车”中国锂电池产业,只能算是痴人说梦。
抛开美国业界的“小打小闹”,如前所述,日韩锂电池巨头目前也在加快固态电池量产和车装步伐。在舆论场上,固态电池似乎承载着很多超越技术的含义,就像4680大圆柱电池一样。
在一些人看来,中国锂电池产业的崛起似乎并非源于自身的强大,而仅仅是美日产业界的一时懈怠。一旦欧美巨头引领技术赛道切换,中国产业阵营将很容易被颠覆性创新洗牌,让这一战略性新兴产业回归到他们心中“本该有”的秩序。
但事实上,虽然技术成熟度已经有了明显提升,但固态电池的产学研用生态与舆论想象的仍然有很大差距。
到目前为止,固态电解质离子电导率低、与电极材料界面相容性差、充放电过程中体积变化大等问题仍未得到根本解决。尤其是离子电导率直接影响倍率性能,这是动力电池应用的一大硬伤。在以往的聚合物固态电池示范应用中,往往需要热泵来解决室温电导率低的问题,需要超级电容器来满足放电功率的要求。
从产业与实践来看,折衷路线的半固态电池已经明显呈现出率先量产的迹象,其在材料、工艺、性能等方面相比传统锂离子电池表现出的更多的是继承而非颠覆。
相较之下,硫化物固态电解质技术潜力最大,以丰田为代表的日韩厂商也凭借先发优势,纷纷布局,但面对中国厂商的半固态电池产能大举涌入,留给海外厂商的时间已经不多了。
产业竞争并不总是从基础研究到产业化依次展开的过程,强大的下游产业化能力往往会对基础技术路线的方向产生反向影响。
这方面最鲜明的例子莫过于一度被海外市场抛弃的磷酸铁锂电池,经过中国产业在材料和工艺上的极致迭代,已成为全球车企不敢错过的技术趋势,被公认为加速纯电动汽车降价和普及的必选项。
虽然目前半固态电池看似属于渐进式创新,无法使液态电解质产品的能量密度翻倍,但其与中国锂电池行业乃至下游新能源汽车的产业效率结合,或将对行业和市场产生颠覆性的影响。
而半固态电池方面,可以合理推测,蔚来、上汽等车企率先试水后,将在量产乘用车上首次实现真正的1000公里续航,有望在今年高压快充大赛之后激活新的产品价值热点,吸引更多国内外车企在新项目中引入半固态电池。如此正向循环,中国厂商将快速巩固在半固态电池供应链中的优势地位,获得更多资源投入全固态电池研发。
与此进程并行,即便日韩厂商能在2027年如期实现硫化物全固态电池在车用上的应用,但由于硫化物对空气和水分的敏感性较高,其电解质膜材料和新型极片均需匹配极其严苛的生产环境和工艺要求,生产成本的提升恐怕会高于能量密度的提升,因此只能在部分高端、超高端车型上使用,对半固态、液态电解质路线而言将是补充而非替代。由于丰田的核心硫化物专利壁垒将在2030年后到期,届时能否应对在材料体系研究和工艺能力上做好充分准备的中国厂商还是一个大问题。
总体来说,固态电池的实际应用无疑越来越近,但“美国多伟大”、“丰田多伟大”之类的炒作往往与现实相去甚远。在观察和探讨这项新型电化学储能技术时,应该少一些这样的意外,回归技术和产业的本质。
来源 | 观察者网
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