车企全力冲刺 固态电池迎“新拐点”?

时间:2023-12-19 08:35来源:盖世汽车 作者:徐珊珊
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       行业对于“固态电池”的想象由来已久。 
 
       早期一些观点认为,电动汽车要想取代燃油车,需得达到接近后者的续航里程。而“加一块电池提升续航”的方法,不仅会抬高电池系统成本,还会影响车辆内部“得房率”的大小。
 
       相比之下,固态电池由于拥有更高的能量密度,可以兼顾小体积与长续航的优点。另外,固态电解质通常不会因高温或者机械振动而引燃,在安全性上更有保障。因而,其也被认为是下一代电池技术的制胜关键。
 
       比如,丰田早于2008年便高调宣布进入固态电池领域,三星SDI也从2013年开始对外展示其固态电池的相关规划。近年来,全球汽车产业加快电动化转型,在里程焦虑的舆论攻势下,固态电池更是受到了前所未有的关注。全球各大车企争相入局。
 
       国内包括上汽、广汽、长安等车企均已明确固态电池的量产时间,国际车厂如丰田、日产、大众等亦在积极推动固态电池的产业化。然而,“固态电池将止步于半固态”等言论不绝于耳,加上宁德时代等主要电池制造商均没有披露更多业务进展,使得早前关于“2024年是固态电池量产元年”的预测充满了悬念。
 
       固态电池的量产元年,会如期而至吗?
 
固态电池:量产面临的X因素
 
       区别于传统锂电池采用的“隔膜+电解液”,顾名思义,固态电池是用固态电解质取代液态电解质,而固态电解质主要分为聚合物、硫化物和氧化物三种。 
图片来源:天风证券研究所
 
       其中,硫化物固体电解质具有较高的室温离子电导率,而热稳定性差;氧化物固体电解质的化学稳定性好,循环寿命长,但电导率相对较低,某些高价阳离子会与金属锂发生反应。
 
       另外一个,是聚合物固体电解质,其在高温条件下工作性能好,且能兼容现有的液态电解质生产工艺,也是目前固态电池发展最快的技术方向之一。但由于其电导率较低,电化学窗口窄,电解质容易被电解。
 
       目前来看,国内大部分企业都选择了金属氧化物动力电池,也有部分机构专注于硫化物全固态电池技术路线。但无论哪一种,界面接触问题都是不可避免的。这也是现阶段全固态电池的主要缺陷问题。
 
       全固态电池里的“界面”挑战,具体体现在正极-电解质界面、负极-电解质界面和电解质晶粒之间的稳定性问题。界面的稳定性是决定电池电化学性能和安全性的关键因素。一直以来,这个问题都没有一个完美的解决方案。 
 
       除此之外,实现固态电池从实验室到规模装车的转换,是整个行业面临的一大课题。
电极-电解质界面反应;图片来源:材料牛
 
       走出实验室并不是固态电池的重点,要真正实现产业化,还得克服良率的挑战。换言之,将液态电解质换成固态电解质,解决锂离子不稳定的挑战,只是产业化的第一步。
 
       辉能科技创始人兼CEO杨思枏曾在采访中表示,要让头部车厂和资本大咖主动谈合作,最重要的一点是,这颗电池不能只是实验室里的研发原型,而要能克服量产和良率的挑战。
 
       实验室开发出来能够快速堆栈电芯的模块,单片不良率低于一成,但堆栈成车用功率,不良率会随之等比加乘放大。要知道,“良品率”既关系到电池的性能、稳定性和一致性,同时它又是动力电池降本的最有效手段之一。 比如锂电行业,良率已经能够达到99.99%。
 
       汽车毕竟不同于消费类电子,哪怕是九成的良率,都无法保证行车能够足够安全。进一步讲,固态电池的能量密度远超锂离子电池,如果发生意外事故,后果可能极具灾难性。
 
       所以尽管业内对固态电池抱持期待,诸多厂商依然不敢把鸡蛋放在同一个篮子里。譬如,宁德时代在固态电池领域拥有较早的布局,但也坦言面临产业化难度大、成本高、低温性能差等问题。近期,该公司也强调,凝聚态电池可比固态电池更快量产。 
图片来源:宁德时代
 
       在10月举办的奇瑞科技日上,宁德时代重申将考虑推出车规级凝聚态电池。根据官方数据,该凝聚态电池单体能量密度最高可达500Wh/kg。早些时候,大众投资美国固态电池新创QuantumScape,以及宝马携手Solid Power都是为了开发出达到相似能量密度的固态电池。
 
       至于凝聚态电池是否能成为固态电池的替代品,尚没有定论。归根究底,固态电池产业化面临的问题若不解决,最终也只能成为高端车的标配,中低端车的选配。
 
半固态电池 跑赢上半场?
 
       尽管如此,业内有观点认为,全固态电池正处于起步阶段,随着半固态电池产业化与装车不断提速,固态电池或许也将迎来“新的拐点”。 
 
       今年6月份,卫蓝新能源的半固态电池正式交付给蔚来。12月17日,蔚来创始人李斌亲自驾驶ET7实测了150度超长续航电池包,最终完成1,044公里的里程成绩。
 
       毫无疑问,长达1000公里的续航里程足以解决电车的续航焦虑,但李斌曾透露,蔚来150度电池包的成本非常高,相当于一辆搭载75度电池包的ET5的价格,也就是30万元左右。
 
       电池和整车价格相当,也意味着大多数消费者只能通过租赁电池的方式解决续航焦虑。在成本面前,半固态电池的优势似乎显得微乎其微。但若车企承担了大部分的电池成本,半固电池或许能够加速上车。
 
       无论是半固态电池,还是全固态电池,“降本”都是一场攻坚战。就像车载显示大屏从LCD到mini-LED,甚至是OLED的升级。要全面普及,成本始终是前提。
来源:日产汽车
 
       以日产为例,其2022年正式公布了全固态电池的试点生产设施。在“日产2030愿景”中,日产计划到2024财年在日本横滨建造固态电池试点工厂。2028年,日产计划实现固态电池大规模量产,并将推出首款搭载独创全固态电池的电动车型。
 
       根据其释放的内容,日产固态电池将减少稀有金属的使用量。到2028财年,全固态电池的成本将降至每千瓦时75美元(根据当时汇率约合人民币477元),未来有望进一步降低至每千瓦时65美元(约合人民币414元)。
 
       对固态电池来说,还有一个有效的降本策略是通过回收原材料达到降低成本的目的。包括正极材料、固态电解质、硅负极材料、导电碳材等都可以回收再利用。业内主要厂商有回收正极材料,也有可以同时回收三种材料甚至更多的电池厂商。
 
       2023年 8月17日,《欧盟电池和废电池法规》落地生效,规范了电池从设计、生产、使用和回收的整个生命周期。新法规定,自2025年起,将逐步推行回收效率、材料回收及循环目标。从业厂商不仅需要提供数字电池护照,还需要根据要求逐年提升电池回升比例。
 
       可以这样说,电池回收将成为相关企业进入该市场的硬性要求。当然,要实现电动车和燃油车的成本平权,固态电池还得从技术角度出发,在提高能量密度的同时,简化模块设计,不断优化成本。
 
       虽然无法确定固态电池何时能够大范围普及,但可以明确一点,苦固态电池久矣的现状或许很快会有所改善。
 
       10月,Solid Power向宝马交付了全固态动力电池A样,上汽、广汽、宝马等车企也相继宣布固态电池装车时点。就连一再跳票的丰田,也表示对固态电池量产有信心。
 
       丰田社长佐藤恒治表示,将启动试点项目,应对量产挑战。不过,他也称,固态电池只是众多产业变革之一。仅仅因为拥有固态电池技术,并不会改变游戏规则。因为最终,决定电动车时代竞争的核心因素依然是产品。
 
       过去,汽车更多是借鉴手机,到如今二者互相借鉴学习。今年年初,小米手机公布了固态电池的研发进展,显示该技术能量密度可达1000Wh/L、低温下放电性能提升20%。近期韩媒也报道,三星正在开发基于硫化物电解质的固态电池,未来不排除会用在手机上。而汽车领域,亦是持续不断释出有关固态电池的新消息。
 
       毫无疑问,固态电池的产业化不仅仅是汽车行业需要经历的变革。而这一次的技术革新,是否会由汽车产业引领,将是一个值得关注的问题。
 
(责任编辑:子蕊)
文章标签: 固态电池 车企
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