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固态電池即将全面爆發?中國瘋狂内卷或加速進步,終将超越日本?

作者:徐德文科學頻道

固态電池真的要全面爆發了嗎?中國廠商這段時間又裝車又量産,看起來要把預計2030年代才成熟的技術,生生拉到明年就呱呱墜地。固态電池真的會提前降生,中國又将霸氣側漏,像壟斷锂離子電池一樣,把固态電池也一口吞下嗎?

固态電池即将全面爆發?中國瘋狂内卷或加速進步,終将超越日本?

固态電池開始崛起?

這段時間的陣仗真的不擺了,先是蔚來半年前推出半固态電池,然後上汽和阿裡合資的智己汽車本月推出超快充“固态電池”裝車,800V架構,蔚來緊急着又推出900V架構、半固态電池量産,然後廣汽宣布已完成大容量全固态電池電芯研發,2026年将率先量産裝車。

這一通猛卷讓國外再也繃不住了,昨天日本日産向媒體展示了橫濱工廠正在建設的全固态電池試驗線,宣布要在2028年實作能量密度是傳統锂離子電池2倍,可大幅縮短充電時間的固态電池量産。而早在一個月前,南韓三星SDI就宣布取得突破,将于2027年開始大規模量産用于電動汽車和其他應用的固态電池。兩個月前,台灣輝能更是宣布已開始量産固态電池,并發往車商裝車測試。

都在打醬油?

是不是山雨欲來風滿樓?不過你發現沒有,這些出來鬧騰的,似乎都是打醬油的,比如鬧得最歡騰的蔚來、智己,電池實際都不是自己生産的,背後的廠商分别是衛藍和清陶,而清陶已明确說明隻是半固态電池,含有10%的“浸潤液”,那麼現在的商用锂離子電池,液态物質占多少呢?15%到20%,是以把半固态說成是固态,還是值得好好商榷的。

固态電池即将全面爆發?中國瘋狂内卷或加速進步,終将超越日本?

真正的大腕,比如公認在固态電池上遙遙領先的豐田,雖然很早就說要量産固态電池,卻一直跳票,最新的說法已跳到2028年了。而和豐田同時開始固态電池研究,占全球動力電池40%份額的甯德時代,創始人曾毓群最近接受《金融時報》采訪時則幹脆說,目前的固态電池不實用不安全,商業上還不可行。

不過甯德時代顯然也被卷得繃不住了,最近已開始加大投入,擴張固态電池研發團隊。嘴上說不行不行,腳上倒是很實誠,不知道是不是也被卷得亂了方寸。

為什麼卷固态電池?

是以你看這一波猛卷,實際卷的是半固态電池,那為什麼會這樣卷呢?我覺得原因很簡單,特斯拉馬斯克去年得意的時候意氣風發,說今年全球很多電動汽車廠商都要倒閉,結果年底就被比亞迪拉下全球純電動汽車銷量冠軍寶座。但這也可能就是電動汽車近期的最後輝煌了,今年一開始,全球電動汽車就慘不忍睹,被卷入了空前的價格戰,但仍然銷售疲軟。

很多人都在分析原因,我覺得這個原因完全不用分析,非常簡單地擺在那兒,去年我就說過的,該買電動汽車的差不多都買了,全球都已進入觀望狀态,畢竟電動汽車還有三大緻命問題:續航短、充電慢、易燃爆,這些問題不解決,電動汽車就不可能到更高一個台階上發展。

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而固态電池,被公認是解決這三大緻命問題的靈丹妙藥,我看視訊的評論區,就經常有人說,固态電池出來,我就可以買電動汽車了。但固态電池就像人造太陽核聚變發電永遠要等20年一樣,它似乎永遠要等好幾年,是以大家都很焦慮,尤其是現在日子不好過的廠商更焦慮。

豐田的純電動汽車隻是打醬油,甯德時代隻是做電池,是以他們沒有這個焦慮,但蔚來一直虧損,智己是新廠商,壓力山大,是以必須得卷,開始鬧騰半固态電池就可以了解了。尤其是智己,強行把半固态說成是固态,還發出白馬是不是馬的靈魂拷問,引發網絡熱潮。

半固态還是固态?

半固态電池究竟是不是固态電池?這個确實沒有定論,但一般認為液态物質在5%以下就可以稱為固态了,而真正的固态電池,應該是全固态沒有液态物質的,豐田研發的,可能就是這樣的電池。而有液态物質和沒有液态物質,可以說是天壤之别,質的飛躍,技術難度和生産工藝都有很大差別。

锂離子電池原理其實很簡單,正極、隔膜、負極,中間填充電解液,锂離子在電解液中遊來遊去,不斷穿過中間的隔膜來回移動,電子就會在外部電路中形成電流來充電或放電驅動我們的裝置。電解液是易燃的有機物,而隔膜是非常薄的聚烯烴材料,一旦破裂就會短路甚至瞬間燃爆,這也是锂離子電池不安全的根本原因。

固态電池取消了易燃的電解液,隔膜主要有聚合物、氧化物、硫化物、鹵化物4種,目前最成熟的是氧化物和聚合物,蔚來和智己的半固态電池,也就是衛藍和清陶生産的,都用的是氧化物,也就是陶瓷隔膜,硬度很高,是以理論上不容易被锂枝晶刺穿,較為安全。

我曾經仔細分析過這兩種電池,技術、結構包括性能都高度相似,我都懷疑他們的研發是不是在互相抄襲借鑒。為什麼要含液态物質,也就是所謂的浸潤液呢?這是因為正負極和隔膜都是固态的話,屬于剛性接觸,界面阻抗大,锂離子傳輸效率低。

固态電池即将全面爆發?中國瘋狂内卷或加速進步,終将超越日本?

這就像你把兩塊很多孔的泡沫合在一起,理論上锂離子從這塊泡沫進入另一塊泡沫那是走陸路跑步前進,可以很快穿過通道。然而由于接觸面有縫隙或者缺陷,比如孔洞不均勻,就會導緻有些地方锂離子過不去,必須要繞道,這就會導緻堵塞。是以一個聰明的辦法就是,把這些縫隙充滿液體,锂離子就可以直接遊過去,雖然慢了一點,但固态電池這種連跑帶遊的“鐵人三項”,比起液态锂離子電池隻能遊泳還是可以快很多的,未來的固态電池完全解決界面問題,不再需要浸潤液,就可以為锂離子鋪上康莊大道,打通自由奔放的道路,完全解決續航短充電慢的問題了。

而豐田研發的是更難的硫化物固态電池,這種隔膜更柔軟,容易與電極材料更緊密地結合,這就有可能完全不需要液态材料來填充了。我看到一個資料說,它的離子電導率已經做到了32mS/cm,對快速充電來說非常關鍵,而國内清陶等企業的氧化物離子電導率隻有0.2-0.5mS/cm。但你發現沒有,即使是這樣,清陶為智己生産的半固态電池,已經可以實作超快充,10分鐘400公裡了。是以固态電池這條賽道,真的是全地球村人的希望。

未來會怎樣?

但如果我們的眼光再放遠放寬一些,你就可以發現,固态電池的應用遠不止電動汽車,未來電動飛機、電動船舶以及機器人、儲能甚至電子裝置等領域,都是固态電池的主要應用場景,總之一句話,明天的固态電池,就是今天的石油,将可能和晶片一起,成為未來社會和經濟的兩大支柱,而液态锂離子電池,顯然無法擔負如此重大的任務。

固态電池即将全面爆發?中國瘋狂内卷或加速進步,終将超越日本?

既然固态電池如此重要,可以說像現在的石油一樣,兵家必争,那麼中國真的會像锂離子電池一樣,再次壟斷未來的固态電池市場嗎?客觀來說,中國在锂離子電池上的壟斷地位,已經形成了強大的産業鍊、人才與研發資源、技術創新與投資支援,再加上巨大的市場需求和政府政策支援,特别是激烈競争環境導緻的内卷,中國确實有可能在固态電池上快速發展,很快追上先進技術。

根據去年底知識産權局的報告,截至2023年5月,全球固态電池關鍵技術專利申請量為20798項,其中中國就有7640項,占比達36.7%;近5年,中國固态電池全球專利申請量年均增長20.8%,增速位列全球第一。

然而任何技術都是厚積薄發,尤其是固态電池這種極為複雜的技術,日本企業自從在電動汽車上點錯科技樹後,一直就在大力開發,積累了豐富的技術和專利。根據《日經中文網》2022年的統計,豐田一共有1300多項固态電池專利,位居全球第一,松下第二,而中國企業則連前10都沒進,也就是說即使最多專利技術的企業,也沒有豐田的零頭多。

尤其是豐田采用穩紮穩打的方式,專一做全固态電池,一旦突破量産,可能就是質的飛躍。而中國企業則因為太卷,不得不急功近利,不斷把不成熟的技術推向市場。但你發現沒有,這種方式其實有點像馬斯克的快速疊代法,可以很快地推出火箭,豐田則有點像NASA和波音,按部就班。

固态電池即将全面爆發?中國瘋狂内卷或加速進步,終将超越日本?

NASA和波音很早就在開發大火箭太空發射系統,但不斷跳票去年才開發成功,而馬斯克的星艦晚起步很多年,但今年可能就會成功了。是以這兩種方式誰優誰劣,未來固态電池究竟會是什麼格局,目前還真的難以預料。

但可以預料的是,固态電池的時代可能真的就要來了,因為太多人在觀望,在等待,何況還有氫燃料在旁邊虎視眈眈,固态電池想不快一點,恐怕形勢也會逼它走得更快。

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