固态电池装车,现实还是梦想?

TechWeb 文/卞海川

动力电池作为当下新能源汽车,尤其是纯电汽车,一直是影响汽车续航及安全性的重要因素,也是众多汽车厂商竞争的焦点之一。此前,智己汽车宣布,其上市的智己L6将率先搭载行业首个量产上车的“超快充固态电池”,引领新能源汽车进入“固态电池时代”。此举一出,立刻在业内引起了激烈的争论。

何为固态电池?

所谓固态电池,顾名思义,是和液态电池相对应的,一种使用固态电极和固态电解质的电池。目前市面上主要的锂离子电池内置是含有液态电解质的。传统液态电池由正极、负极、电解液、隔膜四大部分组成。固态电池用固态电解质替换传统液态电解液和隔膜。

20 世纪 70 年代Whittingham 首次提出并开始研究锂离子电池,随后索尼公司发明了商业化的液态锂电池。经过一段时间的发展,凭借能量密度高、充电速度快、寿命高、无污染等优势特点,液态锂电池逐渐成为了行业主流。

但与此同时,液态电池仍然存在着一些问题制约其未来的发展与应用。

首先就是安全性问题。锂离子在正负极间脱嵌以实现锂电池的充放电。但当出现一些异常情况使得锂离子无法正常脱嵌时,就可能形成锂枝晶。锂枝晶的堆叠,会有刺穿隔膜的风险,形成正负极短路,引发火灾。

其次是能量密度极限的问题。目前液态锂电池的能量密度天花板是 300Wh/kg,受限于技术极限,新能源车续航公里数会在锂电池技术路径上达到极致。

固态电池的出现,可以克服锂电池的缺点,在安全和能量密度方面实现进一步突破。

固态电池与传统锂电池相比最大的区别在于利用固态电解质体系代替了目前的隔膜电解液体系,其优点在于安全性高,无自燃、爆炸风险,同时能量密度显著高于传统锂电池。

新材料体系的更新,让固态电池拥有更高的能量密度,可达到 700Wh/kg 以上。

而按照上述标准衡量,智己L6装车的所谓固态电池,本质上属于半固态电池,这点后来智己也予以了确认,至于半固态电池属不属于固态电池,就是仁者见仁智者见智了。

固态电池真正上车普及还有距离

固态电池技术的优势明显,也让各国推出相关政策和计划,明确固态电池主要发展目标。

比如,我国《节能与新能源汽车技术路线图》指出,到 2025/2030 年,我国动力电池单体能量密度需要分别达到 400Wh/kg 和 500Wh/kg。

日本方面,到 2030 年,实现电池包能量密度 500Wh/kg,成本实现 10000 日元/kWh 以下,循环次数 1000-1500 次。

德国方面,到 2030 年,动力电池能量密度实现 400Wh/kg,成本75 欧元/kWh,循环次数 2000 次。

从半固态电池量产装车的时间早晚看,智己汽车并非行业内的第一家。早在2023年6月,搭载赣锋锂业第一代固态电池的赛力斯SERES5,实现首批交付;2023年12月,搭载卫蓝新能源150KWh半固态电池的蔚来ET7进行了续航测试,行驶里程1044公里。

另据研究机构GGII预测,2024年将是固态电池产业发展的一个重要节点,年内有望实现(半)固态电池的大规模装载应用,预计全年装机总量将历史性地突破5GWh大关。假设每台车使用150 kWh的半固态电池包,那么5GWh也仅够装车3万台。

其实当我们看了研究机构对于所谓半固态电车装车的数量就可以看出,要实现真正的全固态电车装车,确实还有相当的距离,主要原因在于固态电解质电导率比电解液低10倍以上,快充性能不佳,以及制备工艺复杂、成本较高。

对此,宁德时代董事长曾毓群近期公开表示,目前固态电池有三条路线,所谓的氧化物路线、硫化物路线、聚合物路线,大家都在研究。但固态电池的量产非常困难,尤其是在金属负极方面。

而在今年4月底重庆举办的第十六届国际电池技术交流会中,全球新能源电池龙头宁德时代首席科学家吴凯更是提出了固态电池发展和普及中包括固界面、锂金属负极的应用、针对最有希望的硫化物电解质路线和全固态电池的生产所遇到的挑战。

这里以全固态电池的生产为例,极片制造工艺不成熟,湿法工艺的核心是粘接剂与溶剂选取,如果溶剂与电解质化学不兼容,可能降低电解质的离子电导率。干法工艺存在膜片分散性、均匀性挑战。在电芯致密化成型过程中,电芯内部存在孔隙缺陷,致密度低会降低固态电池性能发挥,极片边缘受压导致搭接短路等问题也需要解决。

正是基于上述的挑战,从全球车企和电池大佬的时间表看,丰田计划2027年实现全固态电池装车;韩国SKOn正在开发高分子氧化物复合和硫化物两种固态电池,目标是到2026年生产出原型产品,2028年实现商业化;三星SDI正在开发一种没有负极的固态电池,预计将于2027年量产。

至于国内,4月底在重庆举办的第十六届国际电池技术交流会中,全球新能源电池龙头宁德时代首席科学家吴凯在《车用全固态电池研发及产业化进展》演讲中表示,全固态电池的成熟度指标,若用1-9数字表示,宁德时代目前的成熟度在4的水平,目标到2027年到7-8的水平。

由此看,全球车企和电池大佬基本都将固态电池装车的时间锁定在了2027-2030年之间,也就是说3到6年之后,至于何时大规模装车成为主流,有业内预计需要10-20年的时间。

写在最后 

所以在我们看来,即便固态电池是趋势,但从现在到未来的相当时间内,液态电池依然会是主流,充其量是液态与固态电池的并存,这轮文字营销的策略虽然给二级市场带来了非常火爆的“涨停”,但我们必须承认,距离真正的固态电池落地依然很远。

对于业内来说,除了持续开发固态电池外,对于液态电池的创新和挖潜也不容忽视,同时着眼于汽车其他新能源的开发(例如氢等)也不失为一种选择。(御风)

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