車企全力沖刺 固態(tài)電池迎“新拐點”？

時間:2023-12-19 08:35來源:蓋世汽車 作者:徐珊珊
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       行業(yè)對于“固態(tài)電池”的想象由來已久。 
 
       早期一些觀點認為，電動汽車要想取代燃油車，需得達到接近后者的續(xù)航里程。而“加一塊電池提升續(xù)航”的方法，不僅會抬高電池系統(tǒng)成本，還會影響車輛內部“得房率”的大小。
 
       相比之下，固態(tài)電池由于擁有更高的能量密度，可以兼顧小體積與長續(xù)航的優(yōu)點。另外，固態(tài)電解質通常不會因高溫或者機械振動而引燃，在安全性上更有保障。因而，其也被認為是下一代電池技術的制勝關鍵。
 
       比如，豐田早于2008年便高調宣布進入固態(tài)電池領域，三星SDI也從2013年開始對外展示其固態(tài)電池的相關規(guī)劃。近年來，全球汽車產業(yè)加快電動化轉型，在里程焦慮的輿論攻勢下，固態(tài)電池更是受到了前所未有的關注。全球各大車企爭相入局。
 
       國內包括上汽、廣汽、長安等車企均已明確固態(tài)電池的量產時間，國際車廠如豐田、日產、大眾等亦在積極推動固態(tài)電池的產業(yè)化。然而，“固態(tài)電池將止步于半固態(tài)”等言論不絕于耳，加上寧德時代等主要電池制造商均沒有披露更多業(yè)務進展，使得早前關于“2024年是固態(tài)電池量產元年”的預測充滿了懸念。
 
       固態(tài)電池的量產元年，會如期而至嗎？
 
固態(tài)電池：量產面臨的X因素
 
       區(qū)別于傳統(tǒng)鋰電池采用的“隔膜+電解液”，顧名思義，固態(tài)電池是用固態(tài)電解質取代液態(tài)電解質，而固態(tài)電解質主要分為聚合物、硫化物和氧化物三種。 
圖片來源：天風證券研究所
 
       其中，硫化物固體電解質具有較高的室溫離子電導率，而熱穩(wěn)定性差；氧化物固體電解質的化學穩(wěn)定性好，循環(huán)壽命長，但電導率相對較低，某些高價陽離子會與金屬鋰發(fā)生反應。
 
       另外一個，是聚合物固體電解質，其在高溫條件下工作性能好，且能兼容現有的液態(tài)電解質生產工藝，也是目前固態(tài)電池發(fā)展最快的技術方向之一。但由于其電導率較低，電化學窗口窄，電解質容易被電解。
 
       目前來看，國內大部分企業(yè)都選擇了金屬氧化物動力電池，也有部分機構專注于硫化物全固態(tài)電池技術路線。但無論哪一種，界面接觸問題都是不可避免的。這也是現階段全固態(tài)電池的主要缺陷問題。
 
       全固態(tài)電池里的“界面”挑戰(zhàn)，具體體現在正極-電解質界面、負極-電解質界面和電解質晶粒之間的穩(wěn)定性問題。界面的穩(wěn)定性是決定電池電化學性能和安全性的關鍵因素。一直以來，這個問題都沒有一個完美的解決方案。 
 
       除此之外，實現固態(tài)電池從實驗室到規(guī)模裝車的轉換，是整個行業(yè)面臨的一大課題。
電極-電解質界面反應；圖片來源：材料牛
 
       走出實驗室并不是固態(tài)電池的重點，要真正實現產業(yè)化，還得克服良率的挑戰(zhàn)。換言之，將液態(tài)電解質換成固態(tài)電解質，解決鋰離子不穩(wěn)定的挑戰(zhàn)，只是產業(yè)化的第一步。
 
       輝能科技創(chuàng)始人兼CEO楊思枏曾在采訪中表示，要讓頭部車廠和資本大咖主動談合作，最重要的一點是，這顆電池不能只是實驗室里的研發(fā)原型，而要能克服量產和良率的挑戰(zhàn)。
 
       實驗室開發(fā)出來能夠快速堆棧電芯的模塊，單片不良率低于一成，但堆棧成車用功率，不良率會隨之等比加乘放大。要知道，“良品率”既關系到電池的性能、穩(wěn)定性和一致性，同時它又是動力電池降本的最有效手段之一。 比如鋰電行業(yè)，良率已經能夠達到99.99%。
 
       汽車畢竟不同于消費類電子，哪怕是九成的良率，都無法保證行車能夠足夠安全。進一步講，固態(tài)電池的能量密度遠超鋰離子電池，如果發(fā)生意外事故，后果可能極具災難性。
 
       所以盡管業(yè)內對固態(tài)電池抱持期待，諸多廠商依然不敢把雞蛋放在同一個籃子里。譬如，寧德時代在固態(tài)電池領域擁有較早的布局，但也坦言面臨產業(yè)化難度大、成本高、低溫性能差等問題。近期，該公司也強調，凝聚態(tài)電池可比固態(tài)電池更快量產。 
圖片來源：寧德時代
 
       在10月舉辦的奇瑞科技日上，寧德時代重申將考慮推出車規(guī)級凝聚態(tài)電池。根據官方數據，該凝聚態(tài)電池單體能量密度最高可達500Wh／kg。早些時候，大眾投資美國固態(tài)電池新創(chuàng)QuantumScape，以及寶馬攜手Solid Power都是為了開發(fā)出達到相似能量密度的固態(tài)電池。
 
       至于凝聚態(tài)電池是否能成為固態(tài)電池的替代品，尚沒有定論。歸根究底，固態(tài)電池產業(yè)化面臨的問題若不解決，最終也只能成為高端車的標配，中低端車的選配。
 
半固態(tài)電池 跑贏上半場？
 
       盡管如此，業(yè)內有觀點認為，全固態(tài)電池正處于起步階段，隨著半固態(tài)電池產業(yè)化與裝車不斷提速，固態(tài)電池或許也將迎來“新的拐點”。 
 
       今年6月份，衛(wèi)藍新能源的半固態(tài)電池正式交付給蔚來。12月17日，蔚來創(chuàng)始人李斌親自駕駛ET7實測了150度超長續(xù)航電池包，最終完成1,044公里的里程成績。
 
       毫無疑問，長達1000公里的續(xù)航里程足以解決電車的續(xù)航焦慮，但李斌曾透露，蔚來150度電池包的成本非常高，相當于一輛搭載75度電池包的ET5的價格，也就是30萬元左右。
 
       電池和整車價格相當，也意味著大多數消費者只能通過租賃電池的方式解決續(xù)航焦慮。在成本面前，半固態(tài)電池的優(yōu)勢似乎顯得微乎其微。但若車企承擔了大部分的電池成本，半固電池或許能夠加速上車。
 
       無論是半固態(tài)電池，還是全固態(tài)電池，“降本”都是一場攻堅戰(zhàn)。就像車載顯示大屏從LCD到mini-LED，甚至是OLED的升級。要全面普及，成本始終是前提。
來源：日產汽車
 
       以日產為例，其2022年正式公布了全固態(tài)電池的試點生產設施。在“日產2030愿景”中，日產計劃到2024財年在日本橫濱建造固態(tài)電池試點工廠。2028年，日產計劃實現固態(tài)電池大規(guī)模量產，并將推出首款搭載獨創(chuàng)全固態(tài)電池的電動車型。
 
       根據其釋放的內容，日產固態(tài)電池將減少稀有金屬的使用量。到2028財年，全固態(tài)電池的成本將降至每千瓦時75美元（根據當時匯率約合人民幣477元），未來有望進一步降低至每千瓦時65美元（約合人民幣414元）。
 
       對固態(tài)電池來說，還有一個有效的降本策略是通過回收原材料達到降低成本的目的。包括正極材料、固態(tài)電解質、硅負極材料、導電碳材等都可以回收再利用。業(yè)內主要廠商有回收正極材料，也有可以同時回收三種材料甚至更多的電池廠商。
 
       2023年 8月17日，《歐盟電池和廢電池法規(guī)》落地生效，規(guī)范了電池從設計、生產、使用和回收的整個生命周期。新法規(guī)定，自2025年起，將逐步推行回收效率、材料回收及循環(huán)目標。從業(yè)廠商不僅需要提供數字電池護照，還需要根據要求逐年提升電池回升比例。
 
       可以這樣說，電池回收將成為相關企業(yè)進入該市場的硬性要求。當然，要實現電動車和燃油車的成本平權，固態(tài)電池還得從技術角度出發(fā)，在提高能量密度的同時，簡化模塊設計，不斷優(yōu)化成本。
 
       雖然無法確定固態(tài)電池何時能夠大范圍普及，但可以明確一點，苦固態(tài)電池久矣的現狀或許很快會有所改善。
 
       10月，Solid Power向寶馬交付了全固態(tài)動力電池A樣，上汽、廣汽、寶馬等車企也相繼宣布固態(tài)電池裝車時點。就連一再跳票的豐田，也表示對固態(tài)電池量產有信心。
 
       豐田社長佐藤恒治表示，將啟動試點項目，應對量產挑戰(zhàn)。不過，他也稱，固態(tài)電池只是眾多產業(yè)變革之一。僅僅因為擁有固態(tài)電池技術，并不會改變游戲規(guī)則。因為最終，決定電動車時代競爭的核心因素依然是產品。
 
       過去，汽車更多是借鑒手機，到如今二者互相借鑒學習。今年年初，小米手機公布了固態(tài)電池的研發(fā)進展，顯示該技術能量密度可達1000Wh/L、低溫下放電性能提升20%。近期韓媒也報道，三星正在開發(fā)基于硫化物電解質的固態(tài)電池，未來不排除會用在手機上。而汽車領域，亦是持續(xù)不斷釋出有關固態(tài)電池的新消息。
 
       毫無疑問，固態(tài)電池的產業(yè)化不僅僅是汽車行業(yè)需要經歷的變革。而這一次的技術革新，是否會由汽車產業(yè)引領，將是一個值得關注的問題。
 
(責任編輯：子蕊)
文章標簽： 固態(tài)電池 車企
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