大众汽车近日宣布向QuantumScape投资约1亿美元,目标在2025年前建立固态电池生产线。QuantumScape目前拥有超过200多项关于固态电池的技术专利。在本轮注资中,大众将会派遣一位高管担任QuantumScape董事会成员,该公司计划在2025年研发并拥有可量产的固态电池。
大众汽车集团研发负责人Axel Heinrich认为,固态电池技术会成为电动汽车行业的一个转折点。通过增加在QuantumScape的股份和成立合资企业,加强和加深与创新伙伴的战略合作,确保达成QuantumScape为大众提供固态电池技术的承诺。
从战略层面,随着整车企业开始选择电气化路线,特别是围绕纯电动为核心的时候,就不得不考虑未来的出路。严格来说,固态电池方面的投入竞争还并不激烈。目前的主要动力电池提供商,都在现有的Gen3a,即从NCM523体系或NCM622体系往NCM811的方向去努力,现在确定的动力电池订单是实实在在的。
宝马跟宁德时代(CATL)的采购意向并非只从2021年的iNEXT车型开始,宁德时代从2019年就会为纯电动MINI及2020年量产的纯电动iX3供应电芯。这个切换也表明,三星SDI在往811方向走的时候,速度并没有后来居上的CATL快,也没有满足整车企业的诉求。
当整车企业花了数百亿美金大力气去做纯电动汽车平台的时候,对电芯供应商的成本和产品优化提出了更苛刻的要求。
因此,电芯企业在供应现在这一代电芯,并往下一代电芯发展的时候,还是有压力的。一个是要满足现有车型平台的开发需求,在电芯开发、优化、制造和采购方面聚焦,同时也需要往难度更大的研发方向走。面对产品跟不上就被切换的威胁,现实来的更重要。
如下图所示,这一代电池(Gen4)往下一代发展过程中,整车企业的角色很重要。对现有产品的开发,整车企业的角色更多的是提出需求,在整个产品验证方向上去做技术和产品管理。而在下一代电池开发上,特别是有关核心专利和难点上面,以下的几个车企,大概能给我们一些思路:
1. 具备开发基础的:如丰田,自身持续在研发上投入,再和松下合作固态电池研究,从不同层面去研究和解决问题,准备Gen 4a电芯的小规模量产。本田和日产的思路也差不多。
2. 投资合作的:以大众和宝马为例,通过美国科技初创公司来做。
宝马宣布将投资2亿欧元在慕尼黑建立电芯研发中心,开始涉及电芯级别的技术验证和开发,这个研发中心会有200名工程师,将在2019年春开幕。研发中心会对电芯不同的化学成分进行研究,验证在极端气候环境下这些电芯性能表现,慢充以及快充的区别、电池的尺寸以及体积等等。之前宝马把大量的测试放在第三方TUV实验室,而这次基本把电芯方面的差异拿回到公司内。
这种方式是除依靠大学研究、电芯供应商、材料供应商之外,可以独立在电芯级别做设计开发和验证的快速过程。应该是想依靠高端的研究人员,来做一些IP,彻底搞懂电芯层面的设计和过程差异,并配置一些试制电芯的能力。
宝马还有和Solid Power在固态电池方面的前端合作。Solid Power是科罗拉多州的一家初创公司,成立于2012年,除了科罗拉多大学博尔德分校及国防高级研究计划局的资助外,还获得过美国空军,美国国家科学基金会和美国导弹防御局的资金支持。 针对传统全固态电池中固体电解质和LiCoO2之间界面电阻高,接触不良的缺陷,Solid Power公司的科学家们使用ALD(原子层沉积技术)来解决这个问题。 Solid Power的电池材料采用100%的无机材料,无易燃和易挥发成分,具有优异的保质期和高温稳定性。放在整个电池系统中看,由于消除了一些与锂离子系统相关的安全特征的潜在消费,使得成本大大降低。 Solid Power目前拥有一座占地7000平方英尺的先进生产基地,具备新材料合成、小批量中试材料和电池生产,以及原型设备组装和表征能力。
全球动力电池产业供应商资源的高度集中化趋势日益明显,一方面是现有项目的集中化显着,在竞争中被扫出局的企业,可能只能转向下一代电池研发。只有部分企业和现有的研发者投入,形成格局上的分流可能才是比较好的结果。如果全部电池企业都去扩大规模,抢占现有的订单,某种意义上是很困难的。在国外,是通过市场的因素考虑,类似博世放弃锂电池业务,日本的传统锂电池企业逐步放弃跟随,都体现当前时刻做动力锂电池业务的高投入和高风险的回报。这个退出过程是基于市场考虑的。而国内,短期内动力电池企业先期投入这么多,很难说退就退,而且国内的电动汽车的企业明显比国外多,大家都有机会,使得退出期变长,资源(人员、资金)都集中于相对重复的工作。
整车企业目前投资固态电池技术,并不是真正认为固态电池已经具备现实的装车特性,相对于锂电池各个方面的综合特性,还有很多是新技术满足不了的。但是作为技术演进阶段,投入到这个领域获取有限的产出也能带来可能的知识产权收益。这方面的产出,并不会单纯以专利和论文的形式体现,更多的还是公司的内部积累,特别是整车企业对于下一代电芯的理解形式,这可能是这些投资的真正价值所在。