固态电池:噱头?骗局?还是未来的颠覆性技术?

2024-06-05 00:10:06 作者:黄克宇

  【太平洋汽车 技术频道】前几天,中国计划投入大量资金用于固态电池的研发消息一出,固态电池顿时又成了关注的焦点。这让我不由自主地想起上周刚刚参加的上汽技术大会,“固态电池”这个词像只勤劳的小蜜蜂,一直在我耳边嗡嗡作响。

       其实从智己L6发布时宣布搭载“光年固态电池”开始,固态电池这个话题就一直没凉过。很多人争议说那根本不算固态电池。因此,我注意到了一个挺有意思的现象,在这次技术大会上,上汽将“半固态电池”和“全固态电池”的概念有意重点区分了,而“光年固态电池”显然属于“半固态电池”。

       但事实上,人们对固态电池的争议并不只是这一点,很多人认为固态电池对技术的要求非常高,以现在的技术水平根本做不出来,即便未来能够实现固态电池的量产,那也是很多年之后的事了。

       简而言之,似乎在2024年谈“固态电池”这个词还太早,这让智己L6的“光年固态电池”有了很多哗众取宠的意味。因此,当人们在谈论固态电池这个话题时,我感受到了更多的质疑,而不是期待。

 
固态电池是“技术难,成本高”的陷阱吗?

       目前很多人对固态电池的观点是:技术难,成本高。这两个词似乎成为了一把钳子,死死地掐着固态电池发展的脖子。

       实际情况是怎样的呢?

       先说“技术难”。客观而言,固态电池在技术方面确实面临着很多困难,主要有两个。第一个是生产工艺和生产设备与传统液态电池是不同的,第二个是全固态电池对制造本身的要求非常严苛,不容忍有制造缺陷。

       都是电池,为什么生产液态电池的现有生产线和生产工艺,不能用来生产固态电池呢?

       液态电池中电解质的液体含量大概在20%,大量的液体存在,意味着电解质是一个松散的状态,这类似于多孔的海绵,液体可以充分浸润在海绵的孔隙中。而全固态电池的电解质中液体含量是0,电解质完全呈现为固体状态,这就像是一块坚硬的石头。海绵与石头的巨大差异,意味着实际生产中无法用现有的液态电池生产线去生产固态电池。

       固态电池对制造本身的要求非常高,这是因为想要保证固态电池中锂离子在致密的固态电解质中进行良好的传导是很困难的,想要做到这一点,对工艺和制造精细程度要求非常高。

       液态电池中电解液具有均一性,也就是说它可以充分且均匀浸润正负极以及电解质,而固态电解质不具备这样的特点,不利于锂离子的传导,这直接导致电池的导电率降低,影响固态电池性能。此外电极是固态的,但是其中有很多孔隙,如果是液态电池,电解液可以与电极充分浸润,大面积接触,但是如果电解质为全固态的话,它与电极之间是点对点的刚性接触,容易造成接触不良。

       这也能解释为什么智己L6的“光年固态电池”能够生产出来了。这套电池中液体含量虽然有所降低,但依然有10%的液体含量,电解液可以与电极进行浸润,因此对电池制造工艺要求还没有那么严苛,即便是制造中存在一些缺陷,也不影响电池性能。

       但如果要做到全固态电池量产,目前的生产水平和生产线还是不够的。

       那么固态电池成本一定会比液态电池高吗?

       实际情况可能相反,锂电池的成本降低,固态化会是一个非常好的途径。

       原因并不难理解。液态电池虽然容易制造,但是它的危险性高。电解液易燃,而电解液与固态的正负极进行化学反应,稳定性要求会非常高,因此它对于电池正负极材料会非常挑剔。目前锂电池的正极材料主要是磷酸铁锂和三锂两种,而这两种正极材料的成本,占到了电池成本的40%左右。

       如果电解质呈固态,它可以选择的正极材料就很多了,不仅可以选择成本更低的正极材料,同时也可以将正负极材料的能量密度进一步提升,而不用担心能量密度过高会造成电解液的易燃。

       这也是为什么说固态电池能够拥有更高的能量密度和更高的安全性的主要原因。而这两个特点都是车载动力电池所需要的特性,在相同体积下,固态电池能够让车辆跑得更远,而且电池更安全。纯电动车想要在续航里程上达到1000km以上,还是需要依靠固态电池。

       当然,新的技术一开始都是高成本的,然而随着固态电池在未来实现量产,随着产业规模和市场规模的增加,固态电池的成本也会随之降低。而中国的客观条件能够给产业规模和市场规模的提升创造非常有力的环境。

       相比于现有的液态电池,成熟量产的固态电池估计能带来40%的成本降低。

 
固态电池会是全球新能源领域的“香饽饽”

       5月底,多家权威媒体报道了一则消息,称中国或将投入约60亿元用于全固态电池的研发。虽然具体金额还没有确定,但是这则消息传递出的信息是毋庸置疑的——固态电池会是未来发展的核心技术之一。

       这等于是从国家层面上给出了对于固态电池的发展态度。

       共有六家企业或将获得这笔政府基础研发支持,分别是宁德时代、比亚迪一汽集团、上汽集团、吉利汽车以及卫蓝新能源。

       中国此时给出强大的资金去支持固态电池的研发,我觉得是有原因的。因为从全球固态电池的发展来看,大家走到了一个关键时期,一个后程发力准备冲刺的阶段。由于固态电池在全球都还没有实现真正量产,所以从这个角度来说,大家仍旧处于一个水平线上,而谁能够率先实现固态电池的量产装车,谁就能在固态电池领域乃至整个新能源汽车领域获得巨大优势。

       这将会是一个以千亿级计算的庞大市场。

       因此,虽然看起来固态电池还是属于面向未来的技术,但实际上冲锋号已经吹响了。

       其实固态电池的研发已经经历了十多年。上汽集团从2015年开始进入这一领域,比亚迪在2016年之前也已经开始了固态电池的研发,而丰田在2014年也已经开始了相关研发。目前,全球范围内对于固态电池的发展都保持着一种积极的态度,并且采取了不太一样的发展策略。

       日韩方面主要是通过现有车企为主导,例如丰田、日产等传统车企,与现有的电池制造进行合作,丰田与松下的合作就是大家熟悉的。此外,就在前几天,丰田宣布与日本石化巨头出光兴产达成合作,双方主要会在固态电池电解质的量产开发方面进行深度合作。美国则是有着大量的初创公司,例如Solid Power,这家公司也是上汽集团在开始进入固态电池领域时早期投资过的公司。欧洲市场则主要采用投资方式,大众宝马奥迪等车型都在进行固态电池的投资。

       而中国相对来说方法更多样化一些,既有宁德时代这样的电池生产商,又有像卫蓝新能源和江苏清陶这样的初创公司,而更多样化的合作形式也在逐渐出现,例如上汽集团与江苏清陶成立了合资公司,目的是专门研发和实现固态电池的量产,并且计划在未来除了为上汽集团的车型提供固态电池外,也会扮演着固态电池供应商的角色。

       从目前各家企业公布的计划来看,不难感受到他们之间的激烈竞争趋势。目前上汽集团和广汽集团公布了计划在2026年实现固态电池的量产,广汽集团计划在2026年在昊铂品牌上搭载固态电池,而上汽集团计划在2027年一季度在智己品牌上搭载。宁德时代的计划是在2027年实现小规模量产。丰田、日产和本田也都给出了推出搭载全固态电池车辆的大致时间,分别为2027年、2028年和2020年代后半期。

       日本会是中国在固态电池领域的强力竞争者。目前在固态电池技术领域,日本占据了68%左右的专利,但是显而易见的是,从市场的角度而言,谁能够率先实现量产装车,谁就能赢得先机。换句话说,中国与日本在这一领域处于并跑的阶段,而2027年会是一个重要的时间节点。

       但是客观来讲,在2030年之前,固态电池很可能还是会处于一个小规模生产和装车的阶段,真正实现大规模量产,可能需要等到2030年之后。

       EVTank在《中国固态电池行业发展白皮书(2024年)》中指出,基于对固态电池技术路线和降本路径的研判,EVTank预计到2030年全球固态电池的出货量将达到614.1GWh,在整体锂电池中的渗透率预计在10%左右,其市场规模将超过2500亿元,主要为半固态电池。国内多数专家也持类似观点,认为固态电池想要在技术和工艺生产上实现全面突破,实现成熟商业化和大规模量产装车,要等到2030年之后。

文章总结:

       毫无疑问,固态电池的发展面临的仍旧是一个长期的过程,需要我们用长期主义的视角去看待它。然而,平静湖面下暗流涌动,并且相信在近两年,越来越激烈的竞争将要浮出水面。

       我觉得有两个时间点是非常重要的,一个是2030年,我们能看出固态电池产业的未来,另一个是2027年,很可能决定了谁会占据这个领域的主动权。

       在颠覆性的技术面前,一切似乎都是未知和值得期盼的。但也有已知的,那就是“留给所有竞争者的时间已经不多了”……

(图/文/摄:太平洋汽车 黄克宇)

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