近日以来,“固态电池”频频出现在多家汽车厂家的新闻稿中。为什么大家都对固态电池情有独钟?难道仅仅是因为嘴里叼着固态电池可以稳上头条吗?
4月12日的2024广汽科技日上,广汽拿出了两项重磅技术——无图纯视觉智驾系统和实现关键技术突破的高安全大容量全固态动力电池,并宣布全固态电池将于2026年率先在昊铂车型上搭载。
在“半固态电池”被创造出来之后,难道“固态电池”都无法满足厂家的表达欲吗?“全固态电池”又是什么新的发明创造?问题不在广汽,因为“固态电池”几乎已经成为了贬义,为了证明自己的“固态”性,似乎加个“全”字也是迫不得已。
一切都还要从爱吹牛皮的新势力说起。
固态变形记
23年12月,蔚来创始人、董事长、CEO李斌进行了一场超过14小时的直播,直播内容便是测试被他称为“全球第一款量产的固态电池”的“150kWh固态电池包”实际达成续航里程。
虽然嘴巴过足了瘾,但在“固态电池”发布后不久,打脸的回旋镖就急转掉头,砸向了蔚来和李斌。因为蔚来李斌口中的“固态电池”实际上只是采用硅碳负极、超高镍正极以及固液混合电解质材料,并非真正的“固态”,而是一种“固液混合体”,而且固态比例成谜。
至此,固态不一定真的是固态便成为了常态。
4月8日,上汽智己L6(图片)带着“行业首个准900V”超快充固态电池体系”重磅亮相,重中之重的便是“第一代光年固态电池”。
然而,上汽同样玩了文字游戏,这款电池包也是半固态电池,使用硅碳负极、超高镍正极和固液混合电解质,只不过,这款电池的电解液含量控制在5%~15%。固态值相比蔚来式的固态电池提升了很多。
其实,半固态电池相较于液态锂电池已经有了相当明显的变化,电池容量、安全性都有提升,但距离全固态电池仍然有相当的距离,这也是半固态电池都遮遮掩掩地说自己是“固态电池”的原因。
因为优秀,不断被蹭
以广汽为例,广汽昊铂“100%全固态电池”的电解质全部为固态,使用高面容量固态正极、第三代海绵硅负极、30Ah全固态电芯,电芯相较于目前最先进的液态锂电池,质量能量密度提升50%,体积能量密度提升52%。
该电池不像液态电池那样受环境影响明显,工作温域覆盖零下40℃至100℃,安全性也堪称惊人,200°C热箱不爆炸,针刺、裁切、零下78°C干冰、90°C热水浸泡等极端条件下仍然保持性能稳定。
固态电解质本身的化学性质就更稳定,不像液态电解质那样“易燃易爆炸”,同时质量更轻、体积更小,是电动化进程上既定的下一步。
众所周知,新能源车型,尤其是纯电车型的成本近半都在电池上,作为占比最大头的零部件,电池也是对车最大的限制,电池续航有限、补能缓慢的限制使得电车在油车面前总有软肋,但如果想要靠堆积电池数量来提升续航,重量的明显提升又将拖累整车性能。
而全固态电池虽然在目前无法将成本降得比液态电池低,但将直接突破在其他方面的限制。
除却安全性更高外,固态电池也能轻松达到300Wh/kg以上的能量密度,当前技术能达到的液态锂电池能量密度上限约为350Wh/kg,固态的起点就已经是液态的顶点。更重要的是,固态电池在形态上将不再被限制为方形、圆柱形,而是可以采用薄膜状设计,这不仅将减轻整车质量、提高体积利用率,更是将引起新一轮的底盘大改,从PACK层面开始的设计逻辑将彻底颠覆,电机的体积远小于发动机,如果电池的体积也小于油箱,那么电车的“得房率”将达到多么惊人的程度?
固态电池何时才能真固态
距离广汽的“全球首款量产全固态电池”下线上车仍有两年的时间,距离智己“第三代全固态光年电池”发布也有至少三年时间,那些尚未公布的更是遥遥无期。
如何实现固态电池量产对整个行业来说都是十分艰巨的问题,无论是制造出能量密度高达720Wh/kg全固态锂电池的重庆太蓝新能源、为BBA等众多豪华品牌车企供货的万向集团、还是拥有全球近半数固态电池相关专利的日本,都做不到在短期内将固态电池工业化量产。
量产的难度既在技术,又在成本。
固态电池本身的技术要求就更高。液态电解质能够完整地浸润、包裹电极,锂离子在电极与电解质之间的传递、游走并不困难;固态电解质虽然使锂离子拥有更高的通过率从而实现整体更高的电导率,但固态电解质和电极的接触不一定紧密、完全,固到固的内阻也远远高过固到液,进而导致固态电池很难在不影响寿命的情况下做到重复充放电,更别提快充了。
就算能够在实验室里研发、制造出固态电池,也并不代表就能实现规范化、模块化、自动化的工业生产,哪怕一切技术具备,成本又成了最现实的问题。
一是固态电池本身的造价高昂,在技术都没有普及的时候,自然也没有完善的上下游产业链,车企目前哪怕手握技术,想要量产固态电池也绕不开单位成本远超液态电池的问题。
二是生产设施,全固态电池的大部分工序都要求使用干法工艺,这和目前的液态/半固态电池使用的湿法工艺设备冲突,从液态到固态不光是技术的更迭,也是设备的替换,设备的购置、更换成本同样高昂。
三是基础设施,前文讲过固态电池更难实现快充,很多800V平台打造的新车之所以销量爬升艰难,相当重要的原因就是补能设施建设不完善,部分城市电网配备的变压器根本无法承受高压快充,更别提走进民宅家用。那么能否像蔚来那样开设换电站呢?一座换电站意味着需要配备十几甚至几十块电池,如果一块电池的成本像蔚来150度电池包那样是30万元,每座换电站的建设成本就达到了极度高昂的300万元以上,再有钱也不够这么烧的,多家车企合作的话又会面临电池型号不同、技术不互通的问题。
大势所趋,指日可待
诚然,在完整产业链形成、单位成本下降后,这些问题都将迎刃而解,但那时候也已失去先机,所以国内外的整车厂和上游相关企业都在积极通过或自研或合作的方式积极研发固态电池,无论是国内车企如广汽、上汽、蔚来、长安、比亚迪,国内能源公司/研究院如赣锋、卫蓝、辉能、太蓝,还是国外车企如大众、通用、丰田、现代,国外能源公司/研究院如SES、Factorial Energy、Solid Power、Quantum Scape。
不同地区的厂商在研究路线选择上有所差别,日韩紧抓硫化物、欧洲侧重聚合物、国内则大多选择氧化物。
行业预测,固态电池产业化的时间将即中在2027~2030年,主流车企纷纷押宝固态电池,甚至于曾经的全球车企新能源领头羊丰田选择跳过液态、半固态直接研发全固态电池,也是因为固态电池不像石墨烯电池那样,虽然拥有相当优越的特性,其研发难度却“难于上青天”,固态电池的技术相对液态电池难,相对石墨烯又没那么难,努努力确实可以实现,大批“选手”下场固然加强了竞争的激烈,却同样能缩短研发耗时,促使固态电池更快落地,进而给行业带来一场颠覆和重建。
总结
汽车行业,归根究底最看重的还是技术,作为一款耐用消费品,预算有限的消费者很难将营销手段、代言人等因素的重要性放在质量、口碑、价格之前。
作为所有工业中的跨层第一,汽车能够拉动上下游无数企业的发展,新技术的诞生同样能够带来新一批企业的出现和成长,从微观来看能够提高车企的竞争力,抢占技术高地,从宏观来看则是促进产业升级进化,在过渡期还能提供更多的就业岗位。
第一轮淘汰赛,死去了大批在技术、资本、产品、管理等多方面欠缺的新势力,而固态电池将开启第二轮晋级赛,车企是否拥有研发、量产固态电池的技术和能力将决定下一个十年内的“生死”。