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不断“跳票”的固态电池，谁能率先拿下？

时间:2023-06-15 08:42来源:汽车预言家 作者:赵嘉琪
点击: 次
“固态电池普及之日，就是燃油车退出历史舞台之时。”这句近乎“虔诚”的话几乎承载了整个新能源行业对于固态电池的厚望。
 
长期以来，基于能量密度、安全性能等优势，固态电池被视作下一代电动汽车发展的“终极解决方案”。对此，中科院院士欧阳明高教授曾公开表示：“在现有的各种探索中，最有可能成为下一代动力电池的就是固态锂电池。”
 
不过，理想丰满，现实骨感。就目前来看，固态电池在实验室与量产之间仍然存在着一条看不见摸不着的“天堑”。即便是拥有1300多项相关专利、一向被视为固态电池“优等生”的丰田也不得不一再“跳票”。
 
2012年，丰田在世界范围内首次发布了硫化物固态电池，引发行业震动；2017年，丰田宣布将在2020年初开始生产固态电池，并于2025年实现量产；然而时间来到2021年，丰田迅速更改口风，在“2030年电池战略会”上表示，其在全固态电池方面“进展并不乐观”。
 
近日，丰田在一次技术说明会上发表了战略规划，称将最早于2027年向市场投放配备全固态电池的纯电动汽车。此前，日产也提出到2028年度将配备自主开发的全固态电池的EV推向市场；宝马则计划在2025年之前公开搭载全固态电池的实证车辆，2030年之前量产。而这些看起来仍相对保守的数字也再度引发了行业内有关固态电池“量产难”的讨论。
 
1
 
固态电池量产的三道坎
 
在回答这个问题之前，我们首先要弄清楚的是：固态电池好在哪里？
 
根据电解质的形态差异，可以将锂离子电池分为液态电池和固态电池。其中，液态电池是当前新能源汽车市场最主要的“玩家”。然而，随着科技的快速发展和消费者对于电池容量、续航里程要求的不断提高，液态电池已经多少开始“力不从心”了。
 
对此，宁德时代首席科学家吴凯曾表示，过去十年，液态锂电池的能量密度已经提升了2-3倍，目前已经接近理论上限。在不更新材料的前提下，液态锂电池很难再取得新的突破。
 
而不同于液态电池由液体组成的电解质，固态电池的电解质为固态，不仅能量密度更高，其电化学性能也更加稳定。反映到具体表现上，不仅充电时间短，还能够将续航里程提升至新的维度。因此，固态电池成为“全村的希望”也就不奇怪了。
 
不过希望归希望，对于固态电池的商用化，行业内仍然保持着较为保守的预期。在不少业内人士看来，全固态电池至少需要5-10年才能够完全具备商业化条件。至于背后的原因，一个基础的共识是：成本太高。这也是固态电池量产所面临的第一道坎。
 
据日本专业机构估算，全固态电池（硫化物类）的制造成本为每千瓦时6万～35万日元，相当于比现有锂离子电池（1万4000日元）高4～25倍。韩国新能源研究机构SNE报告也曾指出，即便到了量产阶段，全固态电池的成本至少也是锂离子电池的2倍。
 
换句话说，即便能够实现量产，固态电池也难以具备与液态电池掰手腕的能力。尤其是对于越来越追求极致性价比的主机厂而言，最后看重的还是成本。
 
同时，在技术方面，固态电池仍然存在着许多难点，例如，由于固态电解质的离子电导率远低于液态电解质，电池内阻增大、电池循环性变差、倍率性能变差等问题都难以短时间内得到解决。
 
此外，从企业端来看，发展固态电池同样是一个大工程，不仅意味着成本管理的重新考量，更重要的是整个供应链条、生产线的重新来过。在全固态技术尚未成熟、形成确定性的发展前景之前，企业们很难下定决心。
 
基于这些困境，已经有不少企业率先尝到了失败的滋味。2021年，曾经信誓旦旦表示固态锂电池会在2023年量产的美国电动汽车公司Fisker，宣布彻底放弃固态电池计划，原因是无法落地；而另一家成功将固态电池规模化运作的法国公司博洛雷，其固态电池能量密度仅有100Wh/kg，远远低于市场预期。2019年，这一项目正式宣布破产。
 
2
 
三种技术路线之争
 
从另一面相来看，当前固态电池的技术路线不统一且彼此之间协同性弱，或许也是阻碍固态电池发展的又一难题。
 
一般来说，研究固态电池的主流路线主要有三条：聚合物、氧化物和硫化物。三条路线各有优劣，如硫化物的电导率与液态电池不相上下，但相对来说稳定性较差；氧化物路线热稳定性较好，但抗还原性、物理性较弱；而聚合物的抗还原性和物理接触型较好，相对应的，电导率就会弱一些。
其中，硫化物路线是公认研发难度最高，也是性能表现最为优异的一条。一旦形成突破，将会对动力电池的进步产生较大的影响。这一次丰田的技术说明当中，就是针对硫化物电解质的耐久性课题进行解答，解决了固态电池无法长期充放电的短板。
 
从全球范围内来看，丰田、LG、三星、宁德时代等头部固态电池玩家均在硫化物固态电解质路线上深耕。而国内和欧美等国家厂商则以氧化物、聚合物路线为主，其中氧化物率先通过半固态电池上车。
 
总的来说，固态电池本质上还是技术路线之争，三者之间很难说谁是最终的“赢家”，也还没有出现一个确定的答案。与此同时，从当前市场情况来看，三条技术路线的合力也没有得到展现。
 
在亚太材料科学院院士、中国科学院上海硅酸盐研究所研究员温兆银看来，如何在多条路线并行的同时，制定标准进行引导，促进三条技术路线的复合应用，均衡彼此之间的优劣势，或许是一个可行的方案，也能够让行业走得更快速、更健康。
 
3
 
从半固态走向全固态
 
面对固态电池愈加迫在眉睫的商业化难题，相比于国外的企业，国内的厂商们更显示出一种来自古老东方的神秘智慧——“折中”，走出了一条从准固态、半固态到全固态的渐进式发展路线。
 
其中，卫蓝新能源、SES、浙江锋锂等电池厂商都可以看作是从全固态转向半固态的典型代表。以卫蓝新能源为例，今年3月，卫蓝新能源首席科学家、创始人李泓曾透露，卫蓝新能源开发了一款混合固液电解质动力电池，将在蔚来ET7车型上量产应用。据了解，其单次充电1000km，电池包电量达到150kWh，单体能量密度达到360Wh/kg。
 
此前宁德时代在上海车展中正式亮相的凝聚态电池，事实上也可以看作是一种半固态电池，其单体能量密度达到500Wh/kg，远超现有主流液态电池的能量密度。只是，相比于液态电池，凝聚态电池的成本依然偏高。
 
此外，还有一些厂商选择了“两条腿走路”，既布局半固态电池，又不放弃对于全固态电池的研发。
 
以宁德时代为例，虽然其主要阵地仍在液态电池，在半固态电池上的声量也相对较大，但其在固态电池上仍保持着较强的竞争力。2021年5月，宁德时代就曾表示，已经可以完成固态电池的样品；今年1月，天眼查显示宁德时代新增了两项有关固态电池的专利，分别为“一种固态电解质的制备方法”和“一种硫化物固态电解质片及其制备方法”，表明了其在固态电池领域的绝对地位。
当然，也有一部分企业选择硬刚，all in固态电池。如比亚迪有着一支专门研发电池的团队，在固态电池、钠电池等技术路线开展研究。只是，相比于前两者，这条路显然更加难走。
 
必须承认，在从半固态电池向固态电池过渡的过程中，技术与商业的交织和冲突不可避免，成本与性能的需求难以两全，在这个过程中，谁能够率先跑通，无论是对于企业自身而言，还是整个行业而言，都是一个可喜的信号。
 
(责任编辑：子蕊)
文章标签： 固态电池
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