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固态电池:是“救命稻草”还是“资本噱头”?
发布时间:2022年02月22日


从1881年全球第一台搭载铅酸电池的电动汽车诞生,再到2008年特斯拉将锂离子电池装载到Roadster跑车上,再到蔚来ET7搭载的半固态电池,电动汽车已经有超过100年的历史,但是电池技术的瓶颈依然存在。

想要让新能源车取代燃油车,一定是动力电池的革新,特别是最近固态电池发展迅速,充电3分钟,续航500km,听起来神乎其神,但吹了这么多年依然没有实现大面积量产,所以这次咱们就来聊聊再次被热炒的固态电池多久可以落地,它到底是电池行业的“救命稻草”还是资本家用来圈钱的“噱头”。

在正式开始前还是给大家简单科普一下固态电池的结构,它与传统液态锂离子电池有什么不同。

首先,电池主要由正极、负极和电解质组成,电芯就像是一块三明治,上下两层面包分别是正负两极,中间的肉、蔬菜,以及那层芝士,就可以看作是电解质。

液态锂离子电池的应用非常广泛,除了市面上大部分电动汽车外,比如我们用的手机、电脑、电动车中的锂电池也都是用液态电解质。

理解固态电池其实也很简单,正是将液态电解质换成了固态,别看只是状态的不同,实际导致电池的性能会发生很大变化。

固态电池的“两面性”

从大方面讲,固态电池主要能解决两个问题,续航里程和电池安全,在电动汽车电池市场潜力巨大,这也是各大电池厂商、车企纷纷试水固态电池,深受资本青睐的原因所在。

目前锂离子电池的负极部分基本都是石墨,能量密度极限约为280Wh/kg,即便向负极引入硅基合金,也很难突破400Wh/kg的密度上限。

而使用固态电池后并不是说让能量密度提升了,而是让电池更安全了,这样才能更放肆的使用更大能量的正负极,比如负极材料可以直接使用金属锂,从而提升整个电芯的能量密度。

另外在安全性方面也同样有优势,相比液态电解质在充放电过程中,固态电解质更容易抑制形成的锂枝晶现象,大大降低了电池的使用风险。

可能有小伙伴会好奇为什么之前宣传的锂金属固态电池,甚至半固态电池都没有实现量产呢?任何事物都是有双面性的,有优点必定有缺点的存在。固态电池也不是万能的,它同样存在对应的缺点。

首先,第一个缺点就是高阻抗,固态电解质导锂能力差,锂离子导电率低,固体和固体的接触性也差,导致离子内部传输的效率堪忧,俗称就是充电速度慢。

其次是由于固态电池产量少,锂金属附件更贵,导致当前的制造成本较高,加之研发出好的电解质,很多材料可能都是全新的,不过好在中国市场潜力巨大,将来随着技术愈发成熟,成本降下去也不是没有这个可能。

固态电池距离上车还需要多久?

放眼全球范围,其实早在2011年12月,法国博洛雷公司就已经将搭载固态电池的车辆投放上路,生产的以30KW/h固态聚合物电池,加双电层电容器为动力系统的电动车,驶入共享汽车市场,这也是世界上首例以商业化量产的固态电池。

       作为全球汽车大厂,丰田在固态电池领域同样有很多研究成果,根据丰田公布的信息,它们所做硫化物全固态电池仍然在研发阶段,能量密度是目前锂离子电池的2-3倍,计划在2025年投入市场后提升到450Wh/kg。



丰田目前已拥有固态电池相关专利1000多项,虽然在电动车领域丰田没有推出什么重磅车型,但在混合动力、燃料等电动车基础研发领域,丰田总是能抢到先机。

而德国三大汽车集团也都处于并驾齐驱的状态。

大众集团在2018年向固态电池硅谷创业公司QuantumScape注资1亿美元,成为最大股东。2020年追加两亿美元,并在2021年宣布会在2025年使用固态电池。

梅赛德斯-奔驰也于去年和固态电池创业公司Factorial Energy达成战略协议,从2022年开始测试电池原型,未来五年内量产上路。

同时,梅赛德斯-奔驰还与台湾固态电池企业辉能科技(ProLogium)签署了共同开发下一代电池的技术合作协议,投资金额达数百万欧元,能看出大厂更倾向多点开花,一起押注的成功率更高。

宝马集团在2021年向美国科罗拉多州的固态电池创业公司Solid Power投资1.3亿美元,今年开始进行固态电池原型车的测试与集成,2025年前推出原型车,2030年前量产。同时向这家公司投资的还有福特汽车集团。

由于攻克固态电池技术与完成商业化较为困难,大部分企业都将目标放在2025年后,而像国产电池巨头宁德时代更加保守,他们的固态电池最早也要等到2030年才会面向市场。

不过,最近也有一些汽车制造商发布并装车了所谓的固态电池,但大多数还是蹭热度并非完全的固态电池。

其中声量最大的是蔚来ET7,李斌在NIO Day上高调宣布的150kW/h的固态电池组本质就是半固态,蔚来官方称为“氧化物固液混合电池”,通俗来讲就是一侧的电极采用了固态电解质,另一侧仍采用液态电解质的方式。

当然,固液混合虽实现量产,但并没有解决液态锂电池的原有缺点,就是锂枝晶的不稳定性,而固态电池电芯内不含电解液,彻底杜绝了漏液引发的各种安全问题,这也是全固态电池的优势之一。

如果将蔚来的半固态电池拆开来看,这块电池的核心还是提高正极材料容量和包覆工艺,从“超高镍”和纳米级包覆入手,尽管不是真正的固态电池,但360Wh/kg的电池能量密度确实也称得上“行业先锋”,所以这台2022年底交付的ET7还是很让人期待的。

除了蔚来,长城自家的蜂巢能源此前也公布过其研发的固态电池,宣称单体能量密度可达到350-500Wh/kg,预计2025年搭载该电池的车型可以实现量产。

全文总结:

可以回忆一下,当年液态锂电池走入百姓家用了多长时间,同样,固态电池也需要漫长的发展时间,虽然厂家没有明确表达,但蔚来ET5上搭载的就是半固态电池。即便到了2025年的时候,大厂们量产的固态电池还是处于第一代技术,想要真正发挥出最大价值并全面铺开,恐怕还要等待10-15年的时间。