车企全力冲刺 固态电池迎“新拐点”？
时间:2023-12-19 08:35来源:盖世汽车 作者:徐珊珊
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行业对于“固态电池”的想象由来已久。
早期一些观点认为，电动汽车要想取代燃油车，需得达到接近后者的续航里程。而“加一块电池提升续航”的方法，不仅会抬高电池系统成本，还会影响车辆内部“得房率”的大小。
相比之下，固态电池由于拥有更高的能量密度，可以兼顾小体积与长续航的优点。另外，固态电解质通常不会因高温或者机械振动而引燃，在安全性上更有保障。因而，其也被认为是下一代电池技术的制胜关键。
比如，丰田早于2008年便高调宣布进入固态电池领域，三星SDI也从2013年开始对外展示其固态电池的相关规划。近年来，全球汽车产业加快电动化转型，在里程焦虑的舆论攻势下，固态电池更是受到了前所未有的关注。全球各大车企争相入局。
国内包括上汽、广汽、长安等车企均已明确固态电池的量产时间，国际车厂如丰田、日产、大众等亦在积极推动固态电池的产业化。然而，“固态电池将止步于半固态”等言论不绝于耳，加上宁德时代等主要电池制造商均没有披露更多业务进展，使得早前关于“2024年是固态电池量产元年”的预测充满了悬念。
固态电池的量产元年，会如期而至吗？
固态电池：量产面临的X因素
区别于传统锂电池采用的“隔膜+电解液”，顾名思义，固态电池是用固态电解质取代液态电解质，而固态电解质主要分为聚合物、硫化物和氧化物三种。
图片来源：天风证券研究所
其中，硫化物固体电解质具有较高的室温离子电导率，而热稳定性差；氧化物固体电解质的化学稳定性好，循环寿命长，但电导率相对较低，某些高价阳离子会与金属锂发生反应。
另外一个，是聚合物固体电解质，其在高温条件下工作性能好，且能兼容现有的液态电解质生产工艺，也是目前固态电池发展最快的技术方向之一。但由于其电导率较低，电化学窗口窄，电解质容易被电解。
目前来看，国内大部分企业都选择了金属氧化物动力电池，也有部分机构专注于硫化物全固态电池技术路线。但无论哪一种，界面接触问题都是不可避免的。这也是现阶段全固态电池的主要缺陷问题。
全固态电池里的“界面”挑战，具体体现在正极-电解质界面、负极-电解质界面和电解质晶粒之间的稳定性问题。界面的稳定性是决定电池电化学性能和安全性的关键因素。一直以来，这个问题都没有一个完美的解决方案。
除此之外，实现固态电池从实验室到规模装车的转换，是整个行业面临的一大课题。
电极-电解质界面反应；图片来源：材料牛
走出实验室并不是固态电池的重点，要真正实现产业化，还得克服良率的挑战。换言之，将液态电解质换成固态电解质，解决锂离子不稳定的挑战，只是产业化的第一步。
辉能科技创始人兼CEO杨思枏曾在采访中表示，要让头部车厂和资本大咖主动谈合作，最重要的一点是，这颗电池不能只是实验室里的研发原型，而要能克服量产和良率的挑战。
实验室开发出来能够快速堆栈电芯的模块，单片不良率低于一成，但堆栈成车用功率，不良率会随之等比加乘放大。要知道，“良品率”既关系到电池的性能、稳定性和一致性，同时它又是动力电池降本的最有效手段之一。 比如锂电行业，良率已经能够达到99.99%。
汽车毕竟不同于消费类电子，哪怕是九成的良率，都无法保证行车能够足够安全。进一步讲，固态电池的能量密度远超锂离子电池，如果发生意外事故，后果可能极具灾难性。
所以尽管业内对固态电池抱持期待，诸多厂商依然不敢把鸡蛋放在同一个篮子里。譬如，宁德时代在固态电池领域拥有较早的布局，但也坦言面临产业化难度大、成本高、低温性能差等问题。近期，该公司也强调，凝聚态电池可比固态电池更快量产。
图片来源：宁德时代
在10月举办的奇瑞科技日上，宁德时代重申将考虑推出车规级凝聚态电池。根据官方数据，该凝聚态电池单体能量密度最高可达500Wh／kg。早些时候，大众投资美国固态电池新创QuantumScape，以及宝马携手Solid Power都是为了开发出达到相似能量密度的固态电池。
至于凝聚态电池是否能成为固态电池的替代品，尚没有定论。归根究底，固态电池产业化面临的问题若不解决，最终也只能成为高端车的标配，中低端车的选配。
半固态电池 跑赢上半场？
尽管如此，业内有观点认为，全固态电池正处于起步阶段，随着半固态电池产业化与装车不断提速，固态电池或许也将迎来“新的拐点”。
今年6月份，卫蓝新能源的半固态电池正式交付给蔚来。12月17日，蔚来创始人李斌亲自驾驶ET7实测了150度超长续航电池包，最终完成1,044公里的里程成绩。
毫无疑问，长达1000公里的续航里程足以解决电车的续航焦虑，但李斌曾透露，蔚来150度电池包的成本非常高，相当于一辆搭载75度电池包的ET5的价格，也就是30万元左右。
电池和整车价格相当，也意味着大多数消费者只能通过租赁电池的方式解决续航焦虑。在成本面前，半固态电池的优势似乎显得微乎其微。但若车企承担了大部分的电池成本，半固电池或许能够加速上车。
无论是半固态电池，还是全固态电池，“降本”都是一场攻坚战。就像车载显示大屏从LCD到mini-LED，甚至是OLED的升级。要全面普及，成本始终是前提。
来源：日产汽车
以日产为例，其2022年正式公布了全固态电池的试点生产设施。在“日产2030愿景”中，日产计划到2024财年在日本横滨建造固态电池试点工厂。2028年，日产计划实现固态电池大规模量产，并将推出首款搭载独创全固态电池的电动车型。
根据其释放的内容，日产固态电池将减少稀有金属的使用量。到2028财年，全固态电池的成本将降至每千瓦时75美元（根据当时汇率约合人民币477元），未来有望进一步降低至每千瓦时65美元（约合人民币414元）。
对固态电池来说，还有一个有效的降本策略是通过回收原材料达到降低成本的目的。包括正极材料、固态电解质、硅负极材料、导电碳材等都可以回收再利用。业内主要厂商有回收正极材料，也有可以同时回收三种材料甚至更多的电池厂商。
2023年 8月17日，《欧盟电池和废电池法规》落地生效，规范了电池从设计、生产、使用和回收的整个生命周期。新法规定，自2025年起，将逐步推行回收效率、材料回收及循环目标。从业厂商不仅需要提供数字电池护照，还需要根据要求逐年提升电池回升比例。
可以这样说，电池回收将成为相关企业进入该市场的硬性要求。当然，要实现电动车和燃油车的成本平权，固态电池还得从技术角度出发，在提高能量密度的同时，简化模块设计，不断优化成本。
虽然无法确定固态电池何时能够大范围普及，但可以明确一点，苦固态电池久矣的现状或许很快会有所改善。
10月，Solid Power向宝马交付了全固态动力电池A样，上汽、广汽、宝马等车企也相继宣布固态电池装车时点。就连一再跳票的丰田，也表示对固态电池量产有信心。
丰田社长佐藤恒治表示，将启动试点项目，应对量产挑战。不过，他也称，固态电池只是众多产业变革之一。仅仅因为拥有固态电池技术，并不会改变游戏规则。因为最终，决定电动车时代竞争的核心因素依然是产品。
过去，汽车更多是借鉴手机，到如今二者互相借鉴学习。今年年初，小米手机公布了固态电池的研发进展，显示该技术能量密度可达1000Wh/L、低温下放电性能提升20%。近期韩媒也报道，三星正在开发基于硫化物电解质的固态电池，未来不排除会用在手机上。而汽车领域，亦是持续不断释出有关固态电池的新消息。
毫无疑问，固态电池的产业化不仅仅是汽车行业需要经历的变革。而这一次的技术革新，是否会由汽车产业引领，将是一个值得关注的问题。
(责任编辑：子蕊)
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