继800伏、超快充、城市导航辅助驾驶争先“上车”以后,汽车行业需要新的故事来提振士气,作为没有明显短板、充电速度快、安全性高、续航里程长、被视为电池“终极技术”的固态电池被推到了台前。
近日,蔚来宣布150千瓦时半固态电池包量产下线;上汽集团旗下智己汽车宣布全球首次量产上车“超快充固态电池”;广汽集团宣布完成大容量全固态电池电芯研发,将在2026年率先在旗下新能源品牌昊铂上量产搭载。
固态电池的消息一波接着一波,量产上车、超长续航、相关概念股一度出现涨停潮。但固态电池真的来了吗?
事实上,固态电池和液态电池均是锂电池的分支,差别主要在于电解质的使用,分别采用固态和液态电解质材料,半固态电池是液态电池和全固态电池的折中方案。
与目前行业普遍搭载的液态锂电池相比,固态电池在能量密度、安全性和工作温度等方面更具优势,一定程度上可以提高电动车的续航里程、减少当前液态锂电池存在的热失控和电池燃烧等潜在风险。
“为什么要发展全固态电池?第一,通过用固态电解质替代有机电解液,可显著提高锂电池的安全性。第二,基于固态电解质的高稳定性,有利于兼容更高电压的正极材料以及更高比容量的含锂负极材料,可进一步提升锂电池的能量密度。”中国电子科技集团第十八研究所研究员肖成伟认为。
固态电池的技术路线主要分为三种:氧化物路线、聚合物路线与硫化物路线。其中聚合物是最早实现固态电池装车测试的技术路线,柔韧性和界面接触性良好,与现有锂电池工艺接近,但其劣势在于室温下离子电导率(锂离子在正负极之间游动的速度)低,需要加热到60摄氏度高温才能正常工作,但超过200摄氏度又会发生燃烧,很难符合动力电池的安全性要求;氧化物的离子电导率要高于聚合物,但仍不如液态电解质,且还原稳定性略低,正负极固固界面接触差;硫化物电解质离子电导率高,延展性较好,但化学稳定性差,机械性能差,规模化量产难度较高。
目前日韩企业如丰田、三星SDI则押注硫化物,欧洲企业侧重聚合物路线,国内电池企业如清陶能源、北京卫蓝、赣锋锂电、重庆太蓝等普遍选择氧化物路线。
纷至沓来的量产上车和落地应用让2023年火爆一时的固态电池概念再次掀起风暴。
去年6月,卫蓝新能源宣布将360瓦时/公斤锂电池电芯正式交付蔚来汽车;去年底,蔚来创始人李斌直播实测了150千瓦时电池包行驶距离达1044公里;今年4月,太蓝新能源宣布在“车规级全固态锂电池”研发方面取得重大进展,制备出实测能量密度达到720瓦时/公斤的超高能量密度体型化全固态锂金属电池;4月9日,广汽集团官宣实现了全固态电池能量密度达到400瓦时/公斤以上,较当前量产的液态锂离子电池体积能量密度提升52%以上,实现超1000公里续航。
根据研究机构GGII预测,2024年将是固态电池产业发展的一个重要节点,年内有望实现(半)固态电池的大规模装载应用,预计全年装机总量将历史性突破5吉瓦时大关。
“固态电池的安全性好,能量密度高,是电动交通下一代动力电池发展的重要方向。但大多数固态电解质中的离子扩散速率与液态电解质存在数量级差异、固固界面难以始终保持良好接触、与锂金属和高比能电极材料的匹配性等问题需要解决。”有业内人士表示,此外也需要大力度推进固态电池产业化发展,除了应用层面,在源头的技术研究更重要,可以从源头上设计更好的电解质,做出性能更好的电池。
新能源汽车产业“内卷”严重
值得一提的是,近期关于固态电池上车究竟是创新还是噱头在业内引起热议。
智己L6上市前将“搭载行业首个量产上车的超快充固态电池”作为重要宣传点,腾势汽车总经理赵长江在社交媒体发文称“这个时候宣传半固态车用电池的就是在玩文字游戏”,随后这一发言被删除。
业内人士认为,智己L6搭载的固态电池采用固态电解质替代了部分液态电解质,提高能量密度进而提高续航里程,从严格意义上讲是半固态电池,全固态电池不该再使用电解液。
这也得到了清陶能源总经理李峥的印证(智己L6搭载的固态电池由上汽集团投资的清陶能源供应),他于近日表示,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年会开发第二代固态电池;最终实现的第三代固态电池才是全固态电池。
“目前中国新能源汽车产业‘内卷’严重,各车企宣布固态类电池上车、智能驾驶上车等,甚至进行高管实测,一方面是电池等零部件的先进技术有所进展,另一方面则是为了吸引投资人或消费者而给出的自选动作。”4月15日,车夫咨询合伙人曹广平表示。
曹广平认为,以固态类电池来说,各家的技术路线、供应商以及样品水平并不相同。但总体而言,问题存在于固态类电池的界面阻抗、量产工艺、样品寿命、能量密度指标以及价格等方面,发展程度有所不同,有的还需要逐渐完善。
商业化难题待解
除了基础技术、制造工艺、锂枝晶抑制、固固界面问题等技术难点之外,固态电池落地的另一个核心挑战是成本高企带来的量产困难,短期内难以实现规模化应用。
中国科学院院士孙世刚在2024年百人会论坛上表示,全固态电池面临的挑战主要是来自如何进一步提升固态电解质的离子电导率、与锂金属和高比能电极材料的匹配性,以及构筑相对稳定的固固界面。已经发展的各种提升固态电解质性能的策略取得重要进展,但还需要加大力度推进固态电池产业化发展。
“目前,固态电池一般搭载在价格相对较高的车型上,固态电池的价格比传统三元锂、磷酸铁锂都要贵,生产成本很高。另外,固态电池的量产技术并没有完全攻关,生产线的技术没有完全解决,废品率还很高。”北方工业大学汽车产业创新研究中心研究员张翔表示。
另有锂电产业链人士表示,由于固态电池需要控制精密的温度和压力参数等,所以生产环节工艺复杂,需要很多精密设备,成本自然更高。考虑到全固态电池研发和加工门槛较高,固液混合电池作为中间形态电池方案工艺门槛更容易突破,短期内有望成为国内率先规模生产的主要路线。
综合《21世纪经济报道》《证券时报》
宋豆豆 梅双/文