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正準備“殺死”傳統燃油車的固态電池

正準備“殺死”傳統燃油車的固态電池

截至目前,全國新能源汽車保有量達891萬輛,增速逼近20%。新能源車已是毫無疑義的大勢所趨,但自燃事故頻發、充電1小時排隊4小時、續航坑爹等問題的發生,總是讓新能源車在自我打臉。

到底什麼時候才能讓人毫無顧慮地買一台新能源車?這可能得看固态電池何時上市應用。

相較于目前主流的锂電池,固态電池續航裡程更遠、更安全、使用壽命更長,因而被許多人視為動力電池的天花闆。

有不少聲音就指出"一旦固态電池得以普及,就是傳統燃油車淘汰之時”,但固态電池真有這麼神嗎?

固态電池與目前主流的車載锂電池不同之處在于,前者使用固體材料作為電解質,封存簡易,化學結構穩定,熱分解溫度最高超過500℃,能減少锂離子電池起火風險。

正準備“殺死”傳統燃油車的固态電池

同時,由于固态電池能量密度更高,使得續航能力更強,同時還能縮短充電時間,降低車輛成本。

相反,後者在反複充電時會導緻锂離子反複沉積和析出,在負極表面産生锂枝晶,不斷縮短電池壽命,嚴重時甚至穿透隔膜,引發漏液和短路,最終導緻車輛自燃。

正準備“殺死”傳統燃油車的固态電池

锂枝晶

在低溫環境下,液态锂電池的電解液還會變得黏稠,使得锂離子遷移速率變慢,導緻電池活性降低,這就解釋了目前的新能源車為何出現如此“坑爹”的現象。

固态電池有多優秀,全靠液态锂電池這個同行襯托。當下,大衆、寶馬、豐田、日産等車企,以及甯德時代也在全力建立固态電池的技術壁壘。

而在中國這片新能源車的熱土,半固态電池已開始逐漸走向汽車的商用化。猶記得一年前,蔚來釋出搭載半固态電池的ET7,能量密度達到360kWh/kg,并且宣稱一次充電後續航裡程就能達到1000公裡以上。

正準備“殺死”傳統燃油車的固态電池

蔚來ET7

即使蔚來ET7上的這塊電池并不是真正意義上的固态電池,但卻還是令固态電池一夜爆紅,锂電池概念股票卻幾乎全線暴跌。

與瘋狂的投資熱潮形成落差的是,世界上并沒有任何一塊全固态電池在汽車上量産應用。它還是實驗室産物,車企對于固态電池的發展,也隻是處在畫餅階段。

在2021年4月時,甯德時代董事長曾毓群就公開表示,“3-5年内能做到車裡的,都不是全固态電池”。

早在2011年,豐田就揚言将在2015年到2020年推出固态電池,但至今依然未見蹤影,最後又改口到2025年前,才能實作小規模的量産;寶馬大緻相當,2025年前推出應用固态電池的原型車。

正準備“殺死”傳統燃油車的固态電池

為什麼固态電池能把全球第一的車企豐田都難倒?主要是它在材料、制備、成本等方面,都存在着諸多高難度瓶頸。

首先是材料,固态電池的電解質一般分為氧化物、硫化物、聚合物三種,代表三種不同的技術路線,在電導率、能量密度、成本、安全性能方面各有千秋。

該選擇哪種材料,目前還沒有統一答案,更沒有成熟的材料體系。

再者是制備工藝複雜。一是固态電解質中離子擴散速度僅為電解液的十分之一,如果提高能量密度,則要将固态顆粒納米化,這就形成了工藝制備的難題。二是,固态電池的體系和界面有别于液态锂電池,架構和系統都需要重新設計。

正準備“殺死”傳統燃油車的固态電池

最後是制造成本太高。根據較早前的公開資訊顯示,全固态電池的制造成本達到 1.5萬美元/千瓦時(約97萬人民币),而目前普通液态锂電池成本不過200-300美元/千瓦時,論成本,這兩者還很難同台競争。

但不管瓶頸再多,集衆多優點于一身的固态電池已成為動力電池行業一個重要分水嶺。誰能搶先一步落地,誰就能技術制高點。

作為固态電池這場“軍事備賽”上,日本算得上是先鋒派。除了豐田外,日産也在積極推進固态電池的落地,且計劃在2024年試點生産,2028年推出搭載固态電池的首款車型。

正準備“殺死”傳統燃油車的固态電池

不同于豐田目前隻公布了一些零星半點消息,日産最近針對固态電池低調舉辦了一場釋出會,直接劇透了不少技術突破的消息。

一是材料的使用。比如采用纖維狀粘合劑取代傳統粘合劑,使得正極活性物锂離子的移動不設障礙,進而降低電芯阻抗。

正如前文所言,固态電池材料體系尚未成熟,這意味着研發驗證過程漫長且複雜。日産利用大資料和人工智能驗證材料,提高材料的選擇效率,研發時間從傳統的5-20年減少至2-3年。

比如防止性能衰減的正極塗層材料、抑制锂枝晶形成的材料等。

正準備“殺死”傳統燃油車的固态電池

二是生産制作工藝,日本通過正極活性物與固态電解質的均勻、高密度混合,結合纖維狀粘合劑,進一步降低電池阻抗。他們還發明了一種設計,使得電解質和電極層重複擴張和收縮而不分離。

三是到2028年有望将電池組的成本降至75美元/千瓦時,充電時間縮短至的三分之一,在25℃下能在15分鐘時間内從15%充電到80%。

正準備“殺死”傳統燃油車的固态電池

簡單來說,電池阻抗低,充電效率高,成本低。這短短十幾個字卻是車企未來幾年甚至十幾年不斷探索固态電池發展的終極目标,也是在新能源時代立足的根基。

在全球實作碳中和這場新能源革命中,電池就像核心武器,決定着續航裡程,決定着電動車使用的友善程度、安全性,決定是否能真正“革掉”燃油車的命。

而這當中,擁有更高安全性、更高能量密度、更長壽命的固态電池更是極為美好的理想形态。

據工信部公布的《中國制造2025》中對電池技術的指導意見顯示,到2025年、2030年兩個時間節點,動力電池單體能量密度需達到400Wh/kg、500 Wh/kg。

但從目前行業現狀來看,液态锂電池的主流水準為160wh/kg,特斯拉4680電池的300kWh/kg已是行業天花闆。反之,固态電池則是分分鐘能達到400Wh/kg能量密度。

是以,我們也不難了解為什麼全球各家大型車企都在自研或者投資固态電池,畢竟誰也不願意在不久的将來被卡脖子。

随着技術的進步,未來的固态電池将按照“液态—半固态—準固态—全固态”的技術演化路徑,液态電解質含量逐漸下降,全固态電池很可能成為最終形态。

但不管是哪種電池,最關鍵的是要在能量、安全和成本三大方面取得趨于完美的平衡。如果其他技術路線在與固态電池的推進過程中,能更快取得三方面的平衡,也同樣可以站在C位。

正如幾年前的磷酸鐵锂因為能量密度低被抛棄,正當大家都認定三元锂電池是主角時,比亞迪卻鼓搗出了刀片電池,再次讓磷酸鐵锂電池回到主流視線。

正準備“殺死”傳統燃油車的固态電池

比亞迪2022年3月新能源車銷量

是以說,殺死燃油車不一定是固态電池,但一定是适合市場發展,兼具低成本與高能量的電池。

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