“如假包换”的固态电池

来源:爱集微 #固态电池#
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撇开智己与小米的“互怼”不谈,智己在L6新车发布会上宣称行业首个准900V超快充固态电池着实让业界的口水仗升级。

按照智己的说法,固态电池容量已经突破了130kWh,续航里程突破1000公里。清陶能源作为电池的供应商,还表示该电池通过创新技术使得电芯整体内阻大幅下降,从而具备了快充的能力。但也有行业人士直言,这是概念偷换,其实是“如假包换”的半固态电池。

无论如何,固态电池看似已成为今年的热词。尤其是年初,日本电池企业麦克赛尔宣称开发出了圆柱形全固态电池,大众宣布美国QuantumScape公司的固态电池通过电池子公司PowerCo的耐久性测试,实现了1000多次充电循环,容量仍超过95%。而当下成熟的三元锂电池通常也只能做到充放电循环800-1200次之后,衰减了20%。

固态电池好似站上了新风口。

固态电池改变游戏规则

如同智能手机业为加快换机频率、“新技术概念”层出不穷,当下动力电池也已经随着锂价下跌、产能过剩与价格战等多重因素,回归到比拼制造业最根本的逻辑——成本与规模。电动化技术的突破已出现明显的节奏放缓,电池技术的微调已经不能成为车企的主要卖点,行业需要新的创新点提振。

被称为下一代电池技术的固态电池则义不容辞地接过“接力棒”。

目前汽车常见的锂电池是液态电池,由正极、负极、电解质和隔膜四大材料组成,而固态电池和液态电池的核心区别还是在于电解质。固态电池使用固态电极和固态电解质,后者可直接替换液态锂电池的电解液和隔膜,但两者的工作原理类似。从影响来看,固态电池对于材料体系的变革影响将依次为固态电解质>新型负极>新型正极。

由此带来的一系列好处在于:一是可在正负极上采用更耐高压的材料,从而进一步提升电池的能量密度。二是固态电解质体积更小,电池能做得更轻更薄。三是相比液态电解质的易燃,固态电池彻底解决了易燃的问题,又耐高温又耐腐蚀,也被视为电池安全的最高水平。

显然,固态电池解决了电动汽车最大的两个痛点:续航和安全。据悉其续航里程可轻松超过千公里,并且如能攻克技术难关,在充电倍率、循环寿命等方面都可形成全面碾压之势。

与之相呼应的是,固态电池近年来受到全球各大电池巨头、初创企业和资本的广泛关注,也集结了众多悍将,各家公司都在着力技术突破,并稳步推进产业化进程。

据不完全统计,包括宁德时代、清陶能源、辉能科技、卫蓝新能源、蜂巢能源等二三十多家电池厂商,蔚来、上汽、广汽、长安汽车以及国外的丰田、日产、宝马、戴姆勒等均在押注固态电池。

固态电池难以一步到位

但作为新生事物,固态电池也天生带着“硬伤”。

总结来看,目前固态电池存在的挑战不只涉及材料、技术,成本也需要时间消化。

据笔者翻阅相关资料统计:一是界面挑战,主要体现在正极/电解质界面、负极/电解质界面和电解质晶粒之间的稳定性问题,将严重影响电池的电化学性能和安全性,提高界面润湿性、增大界面稳定性以及抑制锂枝晶已成为固态电池研究的重点。二是固态电解质,有着无机氧化物、无机硫化物以及聚合物三种路线,三种各有特色。目前以聚合物+氧化物的复合技术路线居多,需要着重解决固态电解质的离子电导率低以及稳定性差等问题。

此外,技术成熟和产业化是一方面,但目前阻碍固态电池前进的重要拦路虎还有成本。由于从液态到固态还不能一步到位,一个介于全固态和液态之间的过渡产品半固态电池也“浮出水面”。

有媒体报道,固态电池的成本比液态电池高了数倍,如150kWh半固态电池的成本已经超过了22万元,全固态的成本可想而知会更高,而且不同的技术路线成本不同,有的甚至能超过30万元。显然,固态电池的规模效应形成还需要在成本上持续优化。

看起来,固态电池难以短时间内攻克上述挑战。于是乎,作为“折中方案”的半固态电池成为过渡方案。

从半固态电池过渡

尽管对半固态没有明确的标准,但半固态的本质是也采用了固态电解质,但因为致密性还不够影响锂离子的传输,所以会加入液体电解质来解决这一问题。

需要明确的是,智己L6搭载的电池也仅是清陶能源开发全固态电池的第一步。清陶能源也表示,清陶能源的固态电池产业化分为三步:第一代半固态电池在智己汽车上装车量产;2025年将开发第二代产品;最终到第三代才是全固态电池。

或许,所谓的准900V超快充固态电池最值得玩味的原来是“准”?

虽然此次“准固态电池量产上车”有“虚晃一枪”之感,但半固态电池同样属于走向全固态过程中的重要迭代创新,具有进步意义。由于这类电池在技术上相对成熟,而且可较好地与现有电池生产线兼容,降低了产业化难度,也推动了其快速量产。

据悉目前半固态电池技术已在一些新能源汽车上实现小规模量产装车,如蔚来、赛力斯、上汽等实现了360Wh/kg以上装车发布。据高工锂电预计,2024年国内搭载半固态电池上市的新车型将超过5款,出货量有望迈向5GWh级别,2024年将有更多企业启动量产。

尽管半固态电池仍需克服成本、稳定性和标准化等方面的挑战,但毫无疑问的是未来两年规模化量产将加速推进,为后续的固态电池之战构筑新壁垒。

超快充基础设施还待优化

除了固态电池之外,另一个需要重视的术语无疑是“900V超快充”,这对充电设施普及和充电效率也提出了更高的要求。

为了缓解新能源汽车的充电焦虑,整车厂商不断在高电压快充层面大做文章。小鹏推出了800V高压快充;比亚迪(腾势)则采用两个充电枪以实现“双倍”的充电效率;特斯拉拿出了250KW的V3超充方案;华为则以600KW液冷超充技术应战。

而实现超快充一方面需要更完备的充电桩基础设施,不仅需要增量的配套建设,还得对现有存量设备进行更新,将低效且存在安全隐患的充电基础设施进行改造升级。

有数据显示:截至2023年底,我国充电基础设施累计达859.6万台,同比增加65%。同期全国新能源汽车保有量达2041万辆,整体车桩比约2.37:1。如果不排除存量充电桩的升级换代,或基本可满足新能源汽车快速发展需求。

另一方面,随着充电电压大幅走高,散热问题不容忽视,因为一旦电流过大,热量就容易出现堆积,充电器材就会出现发热发烫的问题,对动力电池是一大考验。有专家指出,在直流快充中必须解决两大问题:一是充电枪头和线缆的尺寸和重量问题。二是铜线线缆将采用液冷散热技术。

固态电池被业界寄予了厚望,或将改写游戏规则。甚至有不少欧美老牌厂商欲借全固态电池实现换道超车,但业界普遍预计全固态电池的大规模商业化应用节点或在2026年之后,围绕全固态电池的战局犹胜负难料。

责编: 张轶群
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