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鲜花与口水齐飞,研发固态电池是“赌博”?

2022-04-18    来源:经济观察报
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[ 导读 ]:与液态电池相比,固态电池首当其冲的优点就是重量轻,能量密度高。全固态电池的一个优点是单位重量能量密度高,固态电池的重量是远远轻于液态电池的,这样使得续航距离的损失减少一些。
鲜花与口水齐飞,研发固态电池是“赌博”?

汽车行业对固态电池的态度呈现两极分化的状态。一方面,美国电动汽车初创企业Fisker表示将放弃固态电池研发,给这个新项目泼了一盆冷水。去年底,Fisker创始人亨里克·菲斯克接受采访时表示,“固态电池是一种这样的技术,当你觉得已经完成了90%,几乎达到目标时,然后你意识到剩下的10%比前面的90%困难得多。因此现在,我们完全放弃了固态电池,因为真的无法落地。”

在此之前,Fisker对固态电池进行了数年的研发,并计划在其一款新车上搭载固态电池,但最终跳票,后来则果断放弃了固态电池项目。

但另一方面,以日产、丰田、本田等为代表的汽车企业,则对固态电池发起持续猛攻。4月8日,日产汽车召开了全固态电池技术说明会,明确表示将于2024年在日本横滨建立首家全固态电池试点工厂,而首款搭载固态电池的量产车有望于2028年推向市场。

事实上,除日系车企外,大众汽车、福特汽车、通用汽车等各大汽车制造商,均在进行全固态电池的研发,并陆续公布了量产时间表。

有车企毅然转身,也有车企扎堆猛攻,为什么在固态电池上,汽车企业的态度如此不同?全固态电池量产的难点在哪里,是否能够突破,这些均成为业内关注的焦点。

“固态电池肯定是锂离子电池未来的发展趋势,但是目前全固态电池还有很多科学层面的问题没有解决,比如界面问题、电解质成本问题、正负极材料的匹配问题等等,至少还需要5-10年的技术突破时间,短时间内不具备产业化的潜力。”中科院创业投资管理有限公司研究总监邵元骏告诉经济观察网记者。

汽车行业资深分析师梅松林也表示,“固态电池离装车还有遥远的距离,有些乐观估计2025年,但有些预估在2030年。因此,固态电池对车企来说是一个战略性的长期投入。只有极少数车企把固态电池当作战略性技术、战略性竞争优势来投入,这需要足够的资金、技术研发能力、尤其需要耐心和对不确定的管控。”

值得注意的是,邵元骏指出,在现有液态锂离子电池产业链建立成熟,且性能满足需求的背景下,现有的优势产业方对于固态电池这种不确定性较大的颠覆性技术需求不大,研发固态电池更多的是新入局企业或者谋求转型企业的一种押宝行为。

全固态电池:“带刺的玫瑰”

全固态电池成为各车企的研发目标,主要是因为它有重量轻、续航里程长、充电速度快,以及安全性等方面的一些优势。

与液态电池相比,固态电池首当其冲的优点就是重量轻,能量密度高。“全固态电池的一个优点是单位重量能量密度高,固态电池的重量是远远轻于液态电池的,这样使得续航距离的损失减少一些。”日产在发布会上指出,日产汽车固态电池的能量密度预计将达到1000Wh/L,同样体积的情况下,续航里程将是液态电池的两倍。

同时,固态电池能更大程度发挥快充性能。当前快充设施的平均充电功率在150kW左右,但日产对其固态电池充电设施充电功率的目标值高达350kW。据悉,日产已经完成1000Wh/L级电极的充放电性能实测,在25℃下能在15分钟时间内从15%充电到80%,充电时间可缩短至1/3。

另外,固态电池被认为受温度影响较小,因此在低温条件下表现更好,一定程度上能够解决冬季车辆续航里程下降等问题。同时可以避免液态电池的锂离子在反复充电过程中产生锂枝晶并穿透电池隔膜引发自燃,安全性提升。

但看起来近乎“完美”的全固态电池量产却也面临许多难点,主要体现在制造难、成本高方面。

日产技术负责人在此次会议上表示,目前全固态电池距大规模量产装车,还有不少技术难题。首先是在技术层面,固态电池需要将多层电芯均匀叠放,一旦每层之间受力不均或没有充分考虑电池充放电引发的体积变化,就会导致电荷局部堆积,严重时可能引发短路。

此外,受俄乌冲突持续等外界因素影响,目前用于制造电极的钴等金属材料价格飞涨,使得固态电池本来就居高不下的制造成本雪上加霜。据介绍,日产目前重要的研究方向是开发锰等售价较为低廉的代替材料,希望未来成本达到每千瓦时75美元。

但邵元骏表示,全固态电池并不能完全避开当前短缺的那些材料,成本仍然非常高。“(固态电池)正负极还是用那些(材料),就是把EC DMC和六氟磷酸锂换成更复杂的硫化物或者氧化物,会涉及La、Ge之类的元素。而硫化物现在价格都是按克算的,非常昂贵。”邵元骏指出,全固态电池未来基本是用在那种不差钱的高端车型上。

值得注意的是,固态电池也会存在一定的安全隐患。据日产介绍,由于固态电池的能量密度更高,内部的硫化物一旦混入异物或与空气接触,很容易形成硫化氢等剧毒易燃气体,进而引发爆炸。

“固态电池的能量密度是目前锂离子电池的两倍,因此就像一个更危险的潜在炸弹。如果发生重大事故,固态电池可能会比现在的电池更具灾难性。”日产负责先进电池研发的副总裁Kazuhiro DoiKazuhiro Doi表示。而这需要针对固态电池进行更加全面的安全验证。

半固态电池将上位?

当前业内对全固态电池的量产时间预计也差异很大。资料显示,表示最早实现量产的是大众汽车,其入股美国动力电池企业Quantum Scape,合资开发固态电池,计划2023年量产。值得注意的是,Fisker也是Quantum Scape的股东之一,而Fisker放弃固态电池研发是否意味着该公司固态电池量产时间出现变数尚不明确。

丰田则计划从2025年开始量产固态电池,日产的量产时间是2028年,宝马更为谨慎一些,计划2030年量产搭载。Fisker创始人亨里克·菲斯克去年表示,从任何形式的量产看,固态电池至少还需7年。邵元骏则认为,全固态电池量产至少也是10年之后的事。

目前来看,固态电池的量产要基本要在2025年及以后。市场研究公司Yole Développement (Yole)预计固态电池商业化将在2025年左右开始,小规模量产甚至会提前实现。这是一个相对长的时间,也给固态电池的发展前景增添了许多的变数。

而在国内,有车企表示将推出半固态电池,这被认为是向全固态电池的过渡形式。据悉,蔚来汽车与卫蓝新能源合作,前者的蔚来ET7将搭载后者研发的的混合固态电池,该半固态电池预计在今年底或明年上半年开始量产,单次充电续航1000公里。

“与全固态电池相比,国内的固态电池一般采用固液混合态的路线,在电池中存在一定的液体,这种路线更加现实。固液混合态电池可以理解为液态电池的一种升级而不是颠覆,在成本可控的情况下,能量密度和安全性上有一定的提升。”邵元骏指出,如果固态电池在性能上满足需求,不一定会需要全固态电池。

因为固态电池的研发投入和成本高,可能在市场上面临一定的挑战。“消费者可能会多付出10%的成本选择将电池的安全系数从90%提升到99%,但不一定会花5-10倍的成本选择100%安全的全固态电池。”邵元骏对经济观察网记者说。同时其指出,当前固体电解质材料基本上不具备低温工作的能力,这仍然是固态电池的短板,安全性能也不能100%保证。

对于固态电池的高成本,日产官方在解析会上透露,其将在2028年将固态电池制造成本降至75美元(约合477元人民币)/kWh,与目前的液态锂离子电池成本相当。但邵元骏对此表示,“全固态电池现在是在理论上讲故事,实际性能怎么样,能不能做出来还不一定。”

那么在研发全固态电池的车企中,哪家最有希望实现率先量产?邵元骏表示,“丰田做的快一点,日本在液态电池产业上已经落后中韩了,只能谋求别的机会,和燃料电池类似,固态电池的这种押宝也像赌博。”邵元骏表示。

经济观察网 记者 周菊

 
关键词: 研发 固态电池
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