鮮花與口水并存，研發固態電池是“賭博”？
時間:2022-04-20 11:30來源:經觀汽車 作者:周菊
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汽車行業對固態電池的態度呈現兩極分化的狀態。
一方面，美國電動汽車初創企業Fisker表示將放棄固態電池研發，給這個新項目潑了一盆冷水。去年底，Fisker創始人亨里克·菲斯克接受采訪時表示，“固態電池是一種這樣的技術，當你覺得已經完成了90%，幾乎達到目標時，然后你意識到剩下的10%比前面的90%困難得多。因此現在，我們完全放棄了固態電池，因為真的無法落地。”
在此之前，Fisker對固態電池進行了數年的研發，并計劃在其一款新車上搭載固態電池，但最終跳票，后來則果斷放棄了固態電池項目。
但另一方面，以日產、豐田、本田等為代表的汽車企業，則對固態電池發起持續猛攻。4月8日，日產汽車召開了全固態電池技術說明會，明確表示將于2024年在日本橫濱建立首家全固態電池試點工廠，而首款搭載固態電池的量產車有望于2028年推向市場。
事實上，除日系車企外，大眾汽車、福特汽車、通用汽車等各大汽車制造商，均在進行全固態電池的研發，并陸續公布了量產時間表。
有車企毅然轉身，也有車企扎堆猛攻，為什么在固態電池上，汽車企業的態度如此不同？全固態電池量產的難點在哪里，是否能夠突破，這些均成為業內關注的焦點。
“固態電池肯定是鋰離子電池未來的發展趨勢，但是目前全固態電池還有很多科學層面的問題沒有解決，比如界面問題、電解質成本問題、正負極材料的匹配問題等等，至少還需要5-10年的技術突破時間，短時間內不具備產業化的潛力。”中科院創業投資管理有限公司研究總監邵元駿告訴經濟觀察網記者。
汽車行業資深分析師梅松林也表示，“固態電池離裝車還有遙遠的距離，有些樂觀估計2025年，但有些預估在2030年。因此，固態電池對車企來說是一個戰略性的長期投入。只有極少數車企把固態電池當作戰略性技術、戰略性競爭優勢來投入，這需要足夠的資金、技術研發能力、尤其需要耐心和對不確定的管控。”
值得注意的是，邵元駿指出，在現有液態鋰離子電池產業鏈建立成熟，且性能滿足需求的背景下，現有的優勢產業方對于固態電池這種不確定性較大的顛覆性技術需求不大，研發固態電池更多的是新入局企業或者謀求轉型企業的一種押寶行為。
全固態電池：“帶刺的玫瑰”
全固態電池成為各車企的研發目標，主要是因為它有重量輕、續航里程長、充電速度快，以及安全性等方面的一些優勢。
與液態電池相比，固態電池首當其沖的優點就是重量輕，能量密度高。“全固態電池的一個優點是單位重量能量密度高，固態電池的重量是遠遠輕于液態電池的，這樣使得續航距離的損失減少一些。”日產在發布會上指出，日產汽車固態電池的能量密度預計將達到1000Wh/L，同樣體積的情況下，續航里程將是液態電池的兩倍。
同時，固態電池能更大程度發揮快充性能。當前快充設施的平均充電功率在150kW左右，但日產對其固態電池充電設施充電功率的目標值高達350kW。據悉，日產已經完成1000Wh/L級電極的充放電性能實測，在25℃下能在15分鐘時間內從15%充電到80%，充電時間可縮短至1/3。
另外，固態電池被認為受溫度影響較小，因此在低溫條件下表現更好，一定程度上能夠解決冬季車輛續航里程下降等問題。同時可以避免液態電池的鋰離子在反復充電過程中產生鋰枝晶并穿透電池隔膜引發自燃，安全性提升。
但看起來近乎“完美”的全固態電池量產卻也面臨許多難點，主要體現在制造難、成本高方面。
日產技術負責人在此次會議上表示，目前全固態電池距大規模量產裝車，還有不少技術難題。首先是在技術層面，固態電池需要將多層電芯均勻疊放，一旦每層之間受力不均或沒有充分考慮電池充放電引發的體積變化，就會導致電荷局部堆積，嚴重時可能引發短路。
此外，受俄烏沖突持續等外界因素影響，目前用于制造電極的鈷等金屬材料價格飛漲，使得固態電池本來就居高不下的制造成本雪上加霜。據介紹，日產目前重要的研究方向是開發錳等售價較為低廉的代替材料，希望未來成本達到每千瓦時75美元。
但邵元駿表示，全固態電池并不能完全避開當前短缺的那些材料，成本仍然非常高。“（固態電池）正負極還是用那些（材料），就是把EC DMC和六氟磷酸鋰換成更復雜的硫化物或者氧化物，會涉及La、Ge之類的元素。而硫化物現在價格都是按克算的，非常昂貴。”邵元駿指出，全固態電池未來基本是用在那種不差錢的高端車型上。
值得注意的是，固態電池也會存在一定的安全隱患。據日產介紹，由于固態電池的能量密度更高，內部的硫化物一旦混入異物或與空氣接觸，很容易形成硫化氫等劇毒易燃氣體，進而引發爆炸。
“固態電池的能量密度是目前鋰離子電池的兩倍，因此就像一個更危險的潛在炸彈。如果發生重大事故，固態電池可能會比現在的電池更具災難性。”日產負責先進電池研發的副總裁Kazuhiro DoiKazuhiro Doi表示。而這需要針對固態電池進行更加全面的安全驗證。
半固態電池將上位？
當前業內對全固態電池的量產時間預計也差異很大。資料顯示，表示最早實現量產的是大眾汽車，其入股美國動力電池企業Quantum Scape，合資開發固態電池，計劃2023年量產。值得注意的是，Fisker也是Quantum Scape的股東之一，而Fisker放棄固態電池研發是否意味著該公司固態電池量產時間出現變數尚不明確。
豐田則計劃從2025年開始量產固態電池，日產的量產時間是2028年，寶馬更為謹慎一些，計劃2030年量產搭載。Fisker創始人亨里克·菲斯克去年表示，從任何形式的量產看，固態電池至少還需7年。邵元駿則認為，全固態電池量產至少也是10年之后的事。
目前來看，固態電池的量產要基本要在2025年及以后。市場研究公司Yole Développement (Yole)預計固態電池商業化將在2025年左右開始，小規模量產甚至會提前實現。這是一個相對長的時間，也給固態電池的發展前景增添了許多的變數。
而在國內，有車企表示將推出半固態電池，這被認為是向全固態電池的過渡形式。據悉，蔚來汽車與衛藍新能源合作，前者的蔚來ET7將搭載后者研發的的混合固態電池，該半固態電池預計在今年底或明年上半年開始量產，單次充電續航1000公里。
“與全固態電池相比，國內的固態電池一般采用固液混合態的路線，在電池中存在一定的液體，這種路線更加現實。固液混合態電池可以理解為液態電池的一種升級而不是顛覆，在成本可控的情況下，能量密度和安全性上有一定的提升。”邵元駿指出，如果固態電池在性能上滿足需求，不一定會需要全固態電池。
因為固態電池的研發投入和成本高，可能在市場上面臨一定的挑戰。“消費者可能會多付出10%的成本選擇將電池的安全系數從90%提升到99%，但不一定會花5-10倍的成本選擇100%安全的全固態電池。”邵元駿對經濟觀察網記者說。同時其指出，當前固體電解質材料基本上不具備低溫工作的能力，這仍然是固態電池的短板，安全性能也不能100%保證。
對于固態電池的高成本，日產官方在解析會上透露，其將在2028年將固態電池制造成本降至75美元（約合477元人民幣）/kWh，與目前的液態鋰離子電池成本相當。但邵元駿對此表示，“全固態電池現在是在理論上講故事，實際產品性能怎么樣，能不能做出來還不一定。”
那么在研發全固態電池的車企中，哪家最有希望實現率先量產？邵元駿表示，“豐田做的快一點，日本在液態電池產業上已經落后中韓了，只能謀求別的機會，和燃料電池類似，固態電池的這種押寶也像賭博。”邵元駿表示。
文章標簽：
固態電池
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