固態(tài)電池:噱頭?騙局?還是未來的顛覆性技術(shù)?
【太平洋汽車 技術(shù)頻道】前幾天,中國計(jì)劃投入大量資金用于固態(tài)電池的研發(fā)消息一出,固態(tài)電池頓時又成了關(guān)注的焦點(diǎn)。這讓我不由自主地想起上周剛剛參加的上汽技術(shù)大會,“固態(tài)電池”這個詞像只勤勞的小蜜蜂,一直在我耳邊嗡嗡作響。
其實(shí)從智己L6發(fā)布時宣布搭載“光年固態(tài)電池”開始,固態(tài)電池這個話題就一直沒涼過。很多人爭議說那根本不算固態(tài)電池。因此,我注意到了一個挺有意思的現(xiàn)象,在這次技術(shù)大會上,上汽將“半固態(tài)電池”和“全固態(tài)電池”的概念有意重點(diǎn)區(qū)分了,而“光年固態(tài)電池”顯然屬于“半固態(tài)電池”。
但事實(shí)上,人們對固態(tài)電池的爭議并不只是這一點(diǎn),很多人認(rèn)為固態(tài)電池對技術(shù)的要求非常高,以現(xiàn)在的技術(shù)水平根本做不出來,即便未來能夠?qū)崿F(xiàn)固態(tài)電池的量產(chǎn),那也是很多年之后的事了。
簡而言之,似乎在2024年談“固態(tài)電池”這個詞還太早,這讓智己L6的“光年固態(tài)電池”有了很多嘩眾取寵的意味。因此,當(dāng)人們在談?wù)摴虘B(tài)電池這個話題時,我感受到了更多的質(zhì)疑,而不是期待。
目前很多人對固態(tài)電池的觀點(diǎn)是:技術(shù)難,成本高。這兩個詞似乎成為了一把鉗子,死死地掐著固態(tài)電池發(fā)展的脖子。
實(shí)際情況是怎樣的呢?
先說“技術(shù)難”??陀^而言,固態(tài)電池在技術(shù)方面確實(shí)面臨著很多困難,主要有兩個。第一個是生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)設(shè)備與傳統(tǒng)液態(tài)電池是不同的,第二個是全固態(tài)電池對制造本身的要求非常嚴(yán)苛,不容忍有制造缺陷。
都是電池,為什么生產(chǎn)液態(tài)電池的現(xiàn)有生產(chǎn)線和生產(chǎn)工藝,不能用來生產(chǎn)固態(tài)電池呢?
液態(tài)電池中電解質(zhì)的液體含量大概在20%,大量的液體存在,意味著電解質(zhì)是一個松散的狀態(tài),這類似于多孔的海綿,液體可以充分浸潤在海綿的孔隙中。而全固態(tài)電池的電解質(zhì)中液體含量是0,電解質(zhì)完全呈現(xiàn)為固體狀態(tài),這就像是一塊堅(jiān)硬的石頭。海綿與石頭的巨大差異,意味著實(shí)際生產(chǎn)中無法用現(xiàn)有的液態(tài)電池生產(chǎn)線去生產(chǎn)固態(tài)電池。
固態(tài)電池對制造本身的要求非常高,這是因?yàn)橄胍WC固態(tài)電池中鋰離子在致密的固態(tài)電解質(zhì)中進(jìn)行良好的傳導(dǎo)是很困難的,想要做到這一點(diǎn),對工藝和制造精細(xì)程度要求非常高。
液態(tài)電池中電解液具有均一性,也就是說它可以充分且均勻浸潤正負(fù)極以及電解質(zhì),而固態(tài)電解質(zhì)不具備這樣的特點(diǎn),不利于鋰離子的傳導(dǎo),這直接導(dǎo)致電池的導(dǎo)電率降低,影響固態(tài)電池性能。此外電極是固態(tài)的,但是其中有很多孔隙,如果是液態(tài)電池,電解液可以與電極充分浸潤,大面積接觸,但是如果電解質(zhì)為全固態(tài)的話,它與電極之間是點(diǎn)對點(diǎn)的剛性接觸,容易造成接觸不良。
這也能解釋為什么智己L6的“光年固態(tài)電池”能夠生產(chǎn)出來了。這套電池中液體含量雖然有所降低,但依然有10%的液體含量,電解液可以與電極進(jìn)行浸潤,因此對電池制造工藝要求還沒有那么嚴(yán)苛,即便是制造中存在一些缺陷,也不影響電池性能。
但如果要做到全固態(tài)電池量產(chǎn),目前的生產(chǎn)水平和生產(chǎn)線還是不夠的。
那么固態(tài)電池成本一定會比液態(tài)電池高嗎?
實(shí)際情況可能相反,鋰電池的成本降低,固態(tài)化會是一個非常好的途徑。
原因并不難理解。液態(tài)電池雖然容易制造,但是它的危險性高。電解液易燃,而電解液與固態(tài)的正負(fù)極進(jìn)行化學(xué)反應(yīng),穩(wěn)定性要求會非常高,因此它對于電池正負(fù)極材料會非常挑剔。目前鋰電池的正極材料主要是磷酸鐵鋰和三元鋰兩種,而這兩種正極材料的成本,占到了電池成本的40%左右。
如果電解質(zhì)呈固態(tài),它可以選擇的正極材料就很多了,不僅可以選擇成本更低的正極材料,同時也可以將正負(fù)極材料的能量密度進(jìn)一步提升,而不用擔(dān)心能量密度過高會造成電解液的易燃。
這也是為什么說固態(tài)電池能夠擁有更高的能量密度和更高的安全性的主要原因。而這兩個特點(diǎn)都是車載動力電池所需要的特性,在相同體積下,固態(tài)電池能夠讓車輛跑得更遠(yuǎn),而且電池更安全。純電動車想要在續(xù)航里程上達(dá)到1000km以上,還是需要依靠固態(tài)電池。
當(dāng)然,新的技術(shù)一開始都是高成本的,然而隨著固態(tài)電池在未來實(shí)現(xiàn)量產(chǎn),隨著產(chǎn)業(yè)規(guī)模和市場規(guī)模的增加,固態(tài)電池的成本也會隨之降低。而中國的客觀條件能夠給產(chǎn)業(yè)規(guī)模和市場規(guī)模的提升創(chuàng)造非常有力的環(huán)境。
相比于現(xiàn)有的液態(tài)電池,成熟量產(chǎn)的固態(tài)電池估計(jì)能帶來40%的成本降低。
5月底,多家權(quán)威媒體報道了一則消息,稱中國或?qū)⑼度爰s60億元用于全固態(tài)電池的研發(fā)。雖然具體金額還沒有確定,但是這則消息傳遞出的信息是毋庸置疑的——固態(tài)電池會是未來發(fā)展的核心技術(shù)之一。
這等于是從國家層面上給出了對于固態(tài)電池的發(fā)展態(tài)度。
共有六家企業(yè)或?qū)@得這筆政府基礎(chǔ)研發(fā)支持,分別是寧德時代、比亞迪、一汽集團(tuán)、上汽集團(tuán)、吉利汽車以及衛(wèi)藍(lán)新能源。
中國此時給出強(qiáng)大的資金去支持固態(tài)電池的研發(fā),我覺得是有原因的。因?yàn)閺娜蚬虘B(tài)電池的發(fā)展來看,大家走到了一個關(guān)鍵時期,一個后程發(fā)力準(zhǔn)備沖刺的階段。由于固態(tài)電池在全球都還沒有實(shí)現(xiàn)真正量產(chǎn),所以從這個角度來說,大家仍舊處于一個水平線上,而誰能夠率先實(shí)現(xiàn)固態(tài)電池的量產(chǎn)裝車,誰就能在固態(tài)電池領(lǐng)域乃至整個新能源汽車領(lǐng)域獲得巨大優(yōu)勢。
這將會是一個以千億級計(jì)算的龐大市場。
因此,雖然看起來固態(tài)電池還是屬于面向未來的技術(shù),但實(shí)際上沖鋒號已經(jīng)吹響了。
其實(shí)固態(tài)電池的研發(fā)已經(jīng)經(jīng)歷了十多年。上汽集團(tuán)從2015年開始進(jìn)入這一領(lǐng)域,比亞迪在2016年之前也已經(jīng)開始了固態(tài)電池的研發(fā),而豐田在2014年也已經(jīng)開始了相關(guān)研發(fā)。目前,全球范圍內(nèi)對于固態(tài)電池的發(fā)展都保持著一種積極的態(tài)度,并且采取了不太一樣的發(fā)展策略。
日韓方面主要是通過現(xiàn)有車企為主導(dǎo),例如豐田、日產(chǎn)等傳統(tǒng)車企,與現(xiàn)有的電池制造商進(jìn)行合作,豐田與松下的合作就是大家熟悉的。此外,就在前幾天,豐田宣布與日本石化巨頭出光興產(chǎn)達(dá)成合作,雙方主要會在固態(tài)電池電解質(zhì)的量產(chǎn)開發(fā)方面進(jìn)行深度合作。美國則是有著大量的初創(chuàng)公司,例如Solid Power,這家公司也是上汽集團(tuán)在開始進(jìn)入固態(tài)電池領(lǐng)域時早期投資過的公司。歐洲市場則主要采用投資方式,大眾、寶馬、奧迪等車型都在進(jìn)行固態(tài)電池的投資。
而中國相對來說方法更多樣化一些,既有寧德時代這樣的電池生產(chǎn)商,又有像衛(wèi)藍(lán)新能源和江蘇清陶這樣的初創(chuàng)公司,而更多樣化的合作形式也在逐漸出現(xiàn),例如上汽集團(tuán)與江蘇清陶成立了合資公司,目的是專門研發(fā)和實(shí)現(xiàn)固態(tài)電池的量產(chǎn),并且計(jì)劃在未來除了為上汽集團(tuán)的車型提供固態(tài)電池外,也會扮演著固態(tài)電池供應(yīng)商的角色。
從目前各家企業(yè)公布的計(jì)劃來看,不難感受到他們之間的激烈競爭趨勢。目前上汽集團(tuán)和廣汽集團(tuán)公布了計(jì)劃在2026年實(shí)現(xiàn)固態(tài)電池的量產(chǎn),廣汽集團(tuán)計(jì)劃在2026年在昊鉑品牌上搭載固態(tài)電池,而上汽集團(tuán)計(jì)劃在2027年一季度在智己品牌上搭載。寧德時代的計(jì)劃是在2027年實(shí)現(xiàn)小規(guī)模量產(chǎn)。豐田、日產(chǎn)和本田也都給出了推出搭載全固態(tài)電池車輛的大致時間,分別為2027年、2028年和2020年代后半期。
日本會是中國在固態(tài)電池領(lǐng)域的強(qiáng)力競爭者。目前在固態(tài)電池技術(shù)領(lǐng)域,日本占據(jù)了68%左右的專利,但是顯而易見的是,從市場的角度而言,誰能夠率先實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)裝車,誰就能贏得先機(jī)。換句話說,中國與日本在這一領(lǐng)域處于并跑的階段,而2027年會是一個重要的時間節(jié)點(diǎn)。
但是客觀來講,在2030年之前,固態(tài)電池很可能還是會處于一個小規(guī)模生產(chǎn)和裝車的階段,真正實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn),可能需要等到2030年之后。
EVTank在《中國固態(tài)電池行業(yè)發(fā)展白皮書(2024年)》中指出,基于對固態(tài)電池技術(shù)路線和降本路徑的研判,EVTank預(yù)計(jì)到2030年全球固態(tài)電池的出貨量將達(dá)到614.1GWh,在整體鋰電池中的滲透率預(yù)計(jì)在10%左右,其市場規(guī)模將超過2500億元,主要為半固態(tài)電池。國內(nèi)多數(shù)專家也持類似觀點(diǎn),認(rèn)為固態(tài)電池想要在技術(shù)和工藝生產(chǎn)上實(shí)現(xiàn)全面突破,實(shí)現(xiàn)成熟商業(yè)化和大規(guī)模量產(chǎn)裝車,要等到2030年之后。
文章總結(jié):
毫無疑問,固態(tài)電池的發(fā)展面臨的仍舊是一個長期的過程,需要我們用長期主義的視角去看待它。然而,平靜湖面下暗流涌動,并且相信在近兩年,越來越激烈的競爭將要浮出水面。
我覺得有兩個時間點(diǎn)是非常重要的,一個是2030年,我們能看出固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)的未來,另一個是2027年,很可能決定了誰會占據(jù)這個領(lǐng)域的主動權(quán)。
在顛覆性的技術(shù)面前,一切似乎都是未知和值得期盼的。但也有已知的,那就是“留給所有競爭者的時間已經(jīng)不多了”……
(圖/文/攝:太平洋汽車 黃克宇)
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