為什么固態電池上車比“上炕都費勁”
每到返鄉高峰,電車最大的問題——續航焦慮就被無限放大,尤其是在凍雨暴雪的情況下。
電動車趴窩,車主無奈下車推,跑高速連空調都不敢開...關于新能源車的抱怨,總會周期性的冒出來。
一個現實問題是,目前的動力電池,在低溫狀態下仍難以避免衰減問題,動輒補能幾十分鐘的情況,也勸退不少消費者。
所有人都在期待,下一代電池技術能夠顛覆新能源車的發展困境,固態電池也被寄予厚望,從能量密度,到安全性,固態電池數倍強于液態電池。
豐田、大眾等車企巨頭,都在加速布局固態電池,初創企業和高校研發人員,也試圖攻破下一代技術難題。
現實總是殘酷的,日本車企日產和豐田先后推遲固態電池量產時間,不久前路透社報道稱,大眾與美國初創公司QuantumScape合作開發固態電池的計劃一直受阻,無法在約定的2025年量產上車,因此又找法國一家公司合作。
在此之前,關于固態電池的好消息雖然不斷,但大多存在于實驗室,商業化量產仍有一段距離,隨著各家車企量產時間一再推遲,固態電池有開始成為僅次于自動駕駛的第二個期貨的苗頭。
車企先后折戟,初創公司都在摸索前進,我們什么時候才能看到固態電池大規模上車?
01、固態電池量產集體遇阻
早在2018年,大眾就開始布局固態電池,斥資3億美元成為QuantumScape最大股東。當時雙方簽署的協議是,QuantumScape在2025年為大眾的電動車提供固態電池,這可以讓電動高爾夫的續航里程增加一倍以上,達到750公里。(現在看來是鴿了)
QuantumScape在2022年就公布了與大眾合作的固態電池樣本,這塊電池的使用壽命長達50萬公里,且續航性能幾乎不會有任何退化。此外,大眾的測試顯示,室溫下可以在15分鐘內充電到80%。
QuantumScape與除了大眾之外,和至少其它五家車企建立了合作,其無陽極電池設計,可以讓續航從560公里增加800公里,比現在的普通電池的續航增加了14%-43%。
但QuantumScape的CEO Jagdeep Singh表示,盡管公司之前交付的小批量固態電池通過了裝車驗收,但不代表它已經成功了,因為量產的品控如何保證是一個難題,畢竟這不是批量生產一張桌子,電池若出現問題將是個大麻煩。
言外之意,作為實驗室的產物,自家固態電池的技術還不夠完善,不能保證順利量產裝車。
據路透社報道,大眾找到的新幫手是一家法國的公司Blue Solutions,這家公司目前為戴姆勒電動巴士生產固態電池。
Blue Solutions的LMP全固態電池,不含有機溶劑、鈷和鎳,因此不會發生熱失控。從公布的產品測試結果來看,以“耗盡電量再充滿”為一個標準循環,其固態電池壽命可達3000次。
不過Blue Solutions一直是在為奔馳的電動巴士供應固態電池,目前還無法安裝在乘用車上。此外Blue Solutions的充電速度過慢,幾乎需要3個多小時。研究團隊希望將充電時間控制在30分鐘內,最好接近10分鐘,預計有望在2026年實現交付。
大眾和QuantumScape搞不定,Blue Solutions的固態電池也要等。只不過,量產固態電池受到阻礙的不只是他們三個。
每隔幾年就放出固態電池取得新進展的豐田,在去年12月稱,因“技術開發受到挑戰”,量產時間將從原本的2027年推遲到2030年后。
而在此前,豐田剛宣布固態電池取得大突破,充電10分鐘,續航1200公里,電池的重量、體積和成本都將減半。
首家宣布全固態電池量產時間的車企——日產汽車,則計劃在2030年前推出搭載固態電池的電動車。即便已經研發出了固態電池,也要在2025年才開始小批量試產,最快也要到2028年上車。
據悉,日產的固態電池完全去除了電池中的液體元素,將大大提高存儲和電力傳輸的效率。不僅比現下的鋰電池節省50%的成本,能量密度也將提高一倍,充電速度提高三倍。
02、為何這么難?
與現在車企普遍使用的鋰電子電池包相比,固態電池具有續航更長、充電時間更短的優點,因為沒有液態電解質所以不會發生熱失控現象也更加安全,因此固態電池技術也被認為是電動汽車電池發展的下一個轉折點。
傳統鋰電池由正極、負極、電解液、隔膜四大部分組成,固態電池顧名思義就是使用了“全固態”技術,去除了電池內的液態部分,電極和電解質全部由固態物質組成。
而在固態電池的生產流程中,電解質成膜工藝是關鍵一步,主要有干法工藝與濕法工藝兩大類。
不同的工藝會影響固體電解質膜的厚度和離子電導率,固體電解質膜過厚會降低全固態電池的質量能量密度和體積能量密度,同時也會提高電池的內阻。相反,電池的性能則會變差,還可能引起短路。
此外,還有固-固(固態電極與固態電解質)界面接觸問題也難以解決。
固態電池中正極和負極活性物質都被夾在固態電解質中間,固態電解質與電極之間的界面阻抗遠高于液態電解質,這就導致電池整體的充放電效率下降,從而影響電池的能量密度和循環壽命。
而且固-固界面還容易受到溫度、濕度等環境因素的影響,導致穩定性下降。
而由于技術路線的復雜性,以及生產工藝的不成熟,難以做到像現有鋰電池那般的大生產,這也會有生產成本問題。
固態電池和液態電池存在本質差別,量產還需要重新鋪設一條全新的生產線,造價成本非常高。
因此除了技術的限制,阻礙固態量產的另一個老大難就是成本,綜合來看,全固態電池的成本是液態電池的四倍。
不久前,直播測試半固態電池的蔚來曾透露,僅是一塊150kWh的半固態電池價格就已接近30萬元。
我們退一步來講,固態電池的技術難題解決了,不差錢的上車順利量產了,現有的設備能否支持?
以豐田的固態電池為例,充電10分鐘可補能80%,續航里程可以達到1200公里,按照動力電池80kWh的能量密度來計算,10分鐘即1/6小時,那么充電功率就要到480kW/h。
而目前市面上,覆蓋面積最大的還是只有60kw的公共充電樁,就連特斯拉的V3 超級充電樁的充電功率峰值最大也才250kW。
雖然現在各家新勢力都在宣傳自家超充站的峰值充電功率可以達到500kW,但超充站的數量遠不及普通充電樁的數量,且實際上輸出功率也會受到限制,并不會達到峰值。
所以就算實現了固態電池順利量產上車,對于現有舊設備的升級和城市電網的沖擊也不容忽視。
03、不要讓固態電池成期貨
這隨之而來了一個新問題,現階段我們真的需要固態電池嗎?
梅賽德斯-奔馳首席技術官馬庫斯·舍費爾(Markus Sch?fer)認為,固態電池對于電動汽車來說“可能并非是必要選擇。”
在馬庫斯·舍費爾看來,鋰電池的能量密度提升速度遠超預期,甚至可能與固態電池在成本和能量密度方面不相上下。
此外,他還提出了一個新觀點,舍費爾認為買家仍然存在續航焦慮,并總是傾向于考慮最壞的情況,而不是日常使用情況,“他們總想著一年中需要長途旅行的那一次,而不是日常通勤的實際需求”。并否定了通過超快速充電技術來緩解續航焦慮的方案。
從目前市面上的動力電池來看,確實已經可以滿足眼下的用車需求,想要長續航,有寧德時代已經上市量產的麒麟電池,能量密度可達255Wh/kg,輕松實現1000公里續航。
如果想要快充,800V超高壓已經快成為新勢力們的標配了,甚至900V、1200V也都在路上。
與此同時,投資者的熱情也沒有前幾年那么積極,根據金融數據和軟件分析公司PitchBook的數據,2023年固態電池公司的全球風險投資交易額下降了72%,降至1.46億美元,是近5年來的最低值。
投資公司Ibex Investors合伙人杰夫·彼得斯(Jeff Peters)稱,“投資者對固態電池的興趣已經減弱,他們正在質疑固態電池的風險是否值得。”
一句話總結,固態電池技術即便不斷有好消息傳來,但商業化進度表卻一再推遲,像是一個近在眼下遠在天邊的期貨,承諾無法兌現,做不到大規模落地量產。
回看宣布固態電池進展的幾家企業,基本都把上車時間選在了兩個時間節點——2028 和2030年。
中國科學院院士、清華大學教授歐陽明高也認為,全固態電池到2030年將有望實現產業化。
時間表逐漸清晰,這也意味著固態電池的大規模量產可能即將到來。但固態電池屬于技術密集型產業,即便馬上投產短期內也難盈利。成本達不到商業化要求,就不能批量化,這就陷入了一個循環怪圈。
希望固態電池不會變成下一個無人駕駛,永遠在路上,永遠都在“五年后”實現。
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