固態(tài)電池裝車，現(xiàn)實(shí)還是夢(mèng)想？

TechWeb文/卞海川

動(dòng)力電池作為當(dāng)下新能源汽車，尤其是純電汽車，一直是影響汽車?yán)m(xù)航及安全性的重要因素，也是眾多汽車廠商競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)之一。此前，智己汽車宣布，其上市的智己L6將率先搭載行業(yè)首個(gè)量產(chǎn)上車的“超快充固態(tài)電池”，引領(lǐng)新能源汽車進(jìn)入“固態(tài)電池時(shí)代”。此舉一出，立刻在業(yè)內(nèi)引起了激烈的爭(zhēng)論。

何為固態(tài)電池？

所謂固態(tài)電池，顧名思義，是和液態(tài)電池相對(duì)應(yīng)的，一種使用固態(tài)電極和固態(tài)電解質(zhì)的電池。目前市面上主要的鋰離子電池內(nèi)置是含有液態(tài)電解質(zhì)的。傳統(tǒng)液態(tài)電池由正極、負(fù)極、電解液、隔膜四大部分組成。固態(tài)電池用固態(tài)電解質(zhì)替換傳統(tǒng)液態(tài)電解液和隔膜。

20 世紀(jì) 70 年代Whittingham 首次提出并開(kāi)始研究鋰離子電池，隨后索尼公司發(fā)明了商業(yè)化的液態(tài)鋰電池。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的發(fā)展，憑借能量密度高、充電速度快、壽命高、無(wú)污染等優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)，液態(tài)鋰電池逐漸成為了行業(yè)主流。

但與此同時(shí)，液態(tài)電池仍然存在著一些問(wèn)題制約其未來(lái)的發(fā)展與應(yīng)用。

首先就是安全性問(wèn)題。鋰離子在正負(fù)極間脫嵌以實(shí)現(xiàn)鋰電池的充放電。但當(dāng)出現(xiàn)一些異常情況使得鋰離子無(wú)法正常脫嵌時(shí)，就可能形成鋰枝晶。鋰枝晶的堆疊，會(huì)有刺穿隔膜的風(fēng)險(xiǎn)，形成正負(fù)極短路，引發(fā)火災(zāi)。

其次是能量密度極限的問(wèn)題。目前液態(tài)鋰電池的能量密度天花板是 300Wh/kg，受限于技術(shù)極限，新能源車?yán)m(xù)航公里數(shù)會(huì)在鋰電池技術(shù)路徑上達(dá)到極致。

固態(tài)電池的出現(xiàn)，可以克服鋰電池的缺點(diǎn)，在安全和能量密度方面實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步突破。

固態(tài)電池與傳統(tǒng)鋰電池相比最大的區(qū)別在于利用固態(tài)電解質(zhì)體系代替了目前的隔膜電解液體系，其優(yōu)點(diǎn)在于安全性高，無(wú)自燃、爆炸風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)能量密度顯著高于傳統(tǒng)鋰電池。

新材料體系的更新，讓固態(tài)電池?fù)碛懈叩哪芰棵芏?，可達(dá)到 700Wh/kg 以上。

而按照上述標(biāo)準(zhǔn)衡量，智己L6裝車的所謂固態(tài)電池，本質(zhì)上屬于半固態(tài)電池，這點(diǎn)后來(lái)智己也予以了確認(rèn)，至于半固態(tài)電池屬不屬于固態(tài)電池，就是仁者見(jiàn)仁智者見(jiàn)智了。

固態(tài)電池真正上車普及還有距離

固態(tài)電池技術(shù)的優(yōu)勢(shì)明顯，也讓各國(guó)推出相關(guān)政策和計(jì)劃，明確固態(tài)電池主要發(fā)展目標(biāo)。

比如，我國(guó)《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖》指出，到 2025/2030 年，我國(guó)動(dòng)力電池單體能量密度需要分別達(dá)到 400Wh/kg 和 500Wh/kg。

日本方面，到 2030 年，實(shí)現(xiàn)電池包能量密度 500Wh/kg，成本實(shí)現(xiàn) 10000 日元/kWh 以下，循環(huán)次數(shù) 1000-1500 次。

德國(guó)方面，到 2030 年，動(dòng)力電池能量密度實(shí)現(xiàn) 400Wh/kg，成本75 歐元/kWh，循環(huán)次數(shù) 2000 次。

從半固態(tài)電池量產(chǎn)裝車的時(shí)間早晚看，智己汽車并非行業(yè)內(nèi)的第一家。早在2023年6月，搭載贛鋒鋰業(yè)第一代固態(tài)電池的賽力斯SERES5，實(shí)現(xiàn)首批交付；2023年12月，搭載衛(wèi)藍(lán)新能源150KWh半固態(tài)電池的蔚來(lái)ET7進(jìn)行了續(xù)航測(cè)試，行駛里程1044公里。

另?yè)?jù)研究機(jī)構(gòu)GGII預(yù)測(cè)，2024年將是固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個(gè)重要節(jié)點(diǎn)，年內(nèi)有望實(shí)現(xiàn)（半）固態(tài)電池的大規(guī)模裝載應(yīng)用，預(yù)計(jì)全年裝機(jī)總量將歷史性地突破5GWh大關(guān)。假設(shè)每臺(tái)車使用150 kWh的半固態(tài)電池包，那么5GWh也僅夠裝車3萬(wàn)臺(tái)。

其實(shí)當(dāng)我們看了研究機(jī)構(gòu)對(duì)于所謂半固態(tài)電車裝車的數(shù)量就可以看出，要實(shí)現(xiàn)真正的全固態(tài)電車裝車，確實(shí)還有相當(dāng)?shù)木嚯x，主要原因在于固態(tài)電解質(zhì)電導(dǎo)率比電解液低10倍以上，快充性能不佳，以及制備工藝復(fù)雜、成本較高。

對(duì)此，寧德時(shí)代董事長(zhǎng)曾毓群近期公開(kāi)表示，目前固態(tài)電池有三條路線，所謂的氧化物路線、硫化物路線、聚合物路線，大家都在研究。但固態(tài)電池的量產(chǎn)非常困難，尤其是在金屬負(fù)極方面。

而在今年4月底重慶舉辦的第十六屆國(guó)際電池技術(shù)交流會(huì)中，全球新能源電池龍頭寧德時(shí)代首席科學(xué)家吳凱更是提出了固態(tài)電池發(fā)展和普及中包括固界面、鋰金屬負(fù)極的應(yīng)用、針對(duì)最有希望的硫化物電解質(zhì)路線和全固態(tài)電池的生產(chǎn)所遇到的挑戰(zhàn)。

這里以全固態(tài)電池的生產(chǎn)為例，極片制造工藝不成熟，濕法工藝的核心是粘接劑與溶劑選取，如果溶劑與電解質(zhì)化學(xué)不兼容，可能降低電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率。干法工藝存在膜片分散性、均勻性挑戰(zhàn)。在電芯致密化成型過(guò)程中，電芯內(nèi)部存在孔隙缺陷，致密度低會(huì)降低固態(tài)電池性能發(fā)揮，極片邊緣受壓導(dǎo)致搭接短路等問(wèn)題也需要解決。

正是基于上述的挑戰(zhàn)，從全球車企和電池大佬的時(shí)間表看，豐田計(jì)劃2027年實(shí)現(xiàn)全固態(tài)電池裝車；韓國(guó)SKOn正在開(kāi)發(fā)高分子氧化物復(fù)合和硫化物兩種固態(tài)電池，目標(biāo)是到2026年生產(chǎn)出原型產(chǎn)品，2028年實(shí)現(xiàn)商業(yè)化；三星SDI正在開(kāi)發(fā)一種沒(méi)有負(fù)極的固態(tài)電池，預(yù)計(jì)將于2027年量產(chǎn)。

至于國(guó)內(nèi)，4月底在重慶舉辦的第十六屆國(guó)際電池技術(shù)交流會(huì)中，全球新能源電池龍頭寧德時(shí)代首席科學(xué)家吳凱在《車用全固態(tài)電池研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展》演講中表示，全固態(tài)電池的成熟度指標(biāo)，若用1-9數(shù)字表示，寧德時(shí)代目前的成熟度在4的水平，目標(biāo)到2027年到7-8的水平。

由此看，全球車企和電池大佬基本都將固態(tài)電池裝車的時(shí)間鎖定在了2027-2030年之間，也就是說(shuō)3到6年之后，至于何時(shí)大規(guī)模裝車成為主流，有業(yè)內(nèi)預(yù)計(jì)需要10-20年的時(shí)間。

寫(xiě)在最后

所以在我們看來(lái)，即便固態(tài)電池是趨勢(shì)，但從現(xiàn)在到未來(lái)的相當(dāng)時(shí)間內(nèi)，液態(tài)電池依然會(huì)是主流，充其量是液態(tài)與固態(tài)電池的并存，這輪文字營(yíng)銷的策略雖然給二級(jí)市場(chǎng)帶來(lái)了非常火爆的“漲?！保覀儽仨毘姓J(rèn)，距離真正的固態(tài)電池落地依然很遠(yuǎn)。

對(duì)于業(yè)內(nèi)來(lái)說(shuō)，除了持續(xù)開(kāi)發(fā)固態(tài)電池外，對(duì)于液態(tài)電池的創(chuàng)新和挖潛也不容忽視，同時(shí)著眼于汽車其他新能源的開(kāi)發(fā)（例如氫等）也不失為一種選擇。（御風(fēng)）

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