不斷“跳票”的固態電池，誰能率先拿下？
時間:2023-06-15 08:42來源:汽車預言家 作者:趙嘉琪
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長期以來，基于能量密度、安全性能等優勢，固態電池被視作下一代電動汽車發展的“終極解決方案”。對此，中科院院士歐陽明高教授曾公開表示：“在現有的各種探索中，最有可能成為下一代動力電池的就是固態鋰電池。”
不過，理想豐滿，現實骨感。就目前來看，固態電池在實驗室與量產之間仍然存在著一條看不見摸不著的“天塹”。即便是擁有1300多項相關專利、一向被視為固態電池“優等生”的豐田也不得不一再“跳票”。
2012年，豐田在世界范圍內首次發布了硫化物固態電池，引發行業震動；2017年，豐田宣布將在2020年初開始生產固態電池，并于2025年實現量產；然而時間來到2021年，豐田迅速更改口風，在“2030年電池戰略會”上表示，其在全固態電池方面“進展并不樂觀”。
近日，豐田在一次技術說明會上發表了戰略規劃，稱將最早于2027年向市場投放配備全固態電池的純電動汽車。此前，日產也提出到2028年度將配備自主開發的全固態電池的EV推向市場；寶馬則計劃在2025年之前公開搭載全固態電池的實證車輛，2030年之前量產。而這些看起來仍相對保守的數字也再度引發了行業內有關固態電池“量產難”的討論。
1
固態電池量產的三道坎
在回答這個問題之前，我們首先要弄清楚的是：固態電池好在哪里？
根據電解質的形態差異，可以將鋰離子電池分為液態電池和固態電池。其中，液態電池是當前新能源汽車市場最主要的“玩家”。然而，隨著科技的快速發展和消費者對于電池容量、續航里程要求的不斷提高，液態電池已經多少開始“力不從心”了。
對此，寧德時代首席科學家吳凱曾表示，過去十年，液態鋰電池的能量密度已經提升了2-3倍，目前已經接近理論上限。在不更新材料的前提下，液態鋰電池很難再取得新的突破。
而不同于液態電池由液體組成的電解質，固態電池的電解質為固態，不僅能量密度更高，其電化學性能也更加穩定。反映到具體表現上，不僅充電時間短，還能夠將續航里程提升至新的維度。因此，固態電池成為“全村的希望”也就不奇怪了。
不過希望歸希望，對于固態電池的商用化，行業內仍然保持著較為保守的預期。在不少業內人士看來，全固態電池至少需要5-10年才能夠完全具備商業化條件。至于背后的原因，一個基礎的共識是：成本太高。這也是固態電池量產所面臨的第一道坎。
據日本專業機構估算，全固態電池（硫化物類）的制造成本為每千瓦時6萬～35萬日元，相當于比現有鋰離子電池（1萬4000日元）高4～25倍。韓國新能源研究機構SNE報告也曾指出，即便到了量產階段，全固態電池的成本至少也是鋰離子電池的2倍。
換句話說，即便能夠實現量產，固態電池也難以具備與液態電池掰手腕的能力。尤其是對于越來越追求極致性價比的主機廠而言，最后看重的還是成本。
同時，在技術方面，固態電池仍然存在著許多難點，例如，由于固態電解質的離子電導率遠低于液態電解質，電池內阻增大、電池循環性變差、倍率性能變差等問題都難以短時間內得到解決。
此外，從企業端來看，發展固態電池同樣是一個大工程，不僅意味著成本管理的重新考量，更重要的是整個供應鏈條、生產線的重新來過。在全固態技術尚未成熟、形成確定性的發展前景之前，企業們很難下定決心。
基于這些困境，已經有不少企業率先嘗到了失敗的滋味。2021年，曾經信誓旦旦表示固態鋰電池會在2023年量產的美國電動汽車公司Fisker，宣布徹底放棄固態電池計劃，原因是無法落地；而另一家成功將固態電池規模化運作的法國公司博洛雷，其固態電池能量密度僅有100Wh/kg，遠遠低于市場預期。2019年，這一項目正式宣布破產。
2
三種技術路線之爭
從另一面相來看，當前固態電池的技術路線不統一且彼此之間協同性弱，或許也是阻礙固態電池發展的又一難題。
一般來說，研究固態電池的主流路線主要有三條：聚合物、氧化物和硫化物。三條路線各有優劣，如硫化物的電導率與液態電池不相上下，但相對來說穩定性較差；氧化物路線熱穩定性較好，但抗還原性、物理性較弱；而聚合物的抗還原性和物理接觸型較好，相對應的，電導率就會弱一些。
其中，硫化物路線是公認研發難度最高，也是性能表現最為優異的一條。一旦形成突破，將會對動力電池的進步產生較大的影響。這一次豐田的技術說明當中，就是針對硫化物電解質的耐久性課題進行解答，解決了固態電池無法長期充放電的短板。
從全球范圍內來看，豐田、LG、三星、寧德時代等頭部固態電池玩家均在硫化物固態電解質路線上深耕。而國內和歐美等國家廠商則以氧化物、聚合物路線為主，其中氧化物率先通過半固態電池上車。
總的來說，固態電池本質上還是技術路線之爭，三者之間很難說誰是最終的“贏家”，也還沒有出現一個確定的答案。與此同時，從當前市場情況來看，三條技術路線的合力也沒有得到展現。
在亞太材料科學院院士、中國科學院上海硅酸鹽研究所研究員溫兆銀看來，如何在多條路線并行的同時，制定標準進行引導，促進三條技術路線的復合應用，均衡彼此之間的優劣勢，或許是一個可行的方案，也能夠讓行業走得更快速、更健康。
3
從半固態走向全固態
面對固態電池愈加迫在眉睫的商業化難題，相比于國外的企業，國內的廠商們更顯示出一種來自古老東方的神秘智慧——“折中”，走出了一條從準固態、半固態到全固態的漸進式發展路線。
其中，衛藍新能源、SES、浙江鋒鋰等電池廠商都可以看作是從全固態轉向半固態的典型代表。以衛藍新能源為例，今年3月，衛藍新能源首席科學家、創始人李泓曾透露，衛藍新能源開發了一款混合固液電解質動力電池，將在蔚來ET7車型上量產應用。據了解，其單次充電1000km，電池包電量達到150kWh，單體能量密度達到360Wh/kg。
此前寧德時代在上海車展中正式亮相的凝聚態電池，事實上也可以看作是一種半固態電池，其單體能量密度達到500Wh/kg，遠超現有主流液態電池的能量密度。只是，相比于液態電池，凝聚態電池的成本依然偏高。
此外，還有一些廠商選擇了“兩條腿走路”，既布局半固態電池，又不放棄對于全固態電池的研發。
以寧德時代為例，雖然其主要陣地仍在液態電池，在半固態電池上的聲量也相對較大，但其在固態電池上仍保持著較強的競爭力。2021年5月，寧德時代就曾表示，已經可以完成固態電池的樣品；今年1月，天眼查顯示寧德時代新增了兩項有關固態電池的專利，分別為“一種固態電解質的制備方法”和“一種硫化物固態電解質片及其制備方法”，表明了其在固態電池領域的絕對地位。
當然，也有一部分企業選擇硬剛，all in固態電池。如比亞迪有著一支專門研發電池的團隊，在固態電池、鈉電池等技術路線開展研究。只是，相比于前兩者，這條路顯然更加難走。
必須承認，在從半固態電池向固態電池過渡的過程中，技術與商業的交織和沖突不可避免，成本與性能的需求難以兩全，在這個過程中，誰能夠率先跑通，無論是對于企業自身而言，還是整個行業而言，都是一個可喜的信號。
文章標簽：
固態電池
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