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    为什么固态电池上车,比“上炕都费劲”

    2024-02-08 13:51
    超电实验室
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    未来可期还是遥遥无期

    编者按

    智能汽车产业滚滚向前,在这摧枯拉朽的关键变革期,不断涌现技术的交锋。《TechLab》科技实验室,将聚焦智能汽车产业重磅的科技创新,我们会深层次解析背后创新的原理,试图拨开云雾,看到智能汽车下一个十年。

    作者|楚门

    编辑|秦章勇

    每到返乡高峰,电车最大的问题——续航焦虑就被无限放大,尤其是在冻雨暴雪的情况下。

    电动车趴窝,车主无奈下车推,跑高速连空调都不敢开...关于新能源车的抱怨,总会周期性的冒出来。

    一个现实问题是,目前的动力电池,在低温状态下仍难以避免衰减问题,动辄补能几十分钟的情况,也劝退不少消费者。

    所有人都在期待,下一代电池技术能够颠覆新能源车的发展困境,固态电池也被寄予厚望,从能量密度,到安全性,固态电池数倍强于液态电池。

    丰田、大众等车企巨头,都在加速布局固态电池,初创企业和高校研发人员,也试图攻破下一代技术难题。

    现实总是残酷的,日本车企日产和丰田先后推迟固态电池量产时间,不久前路透社报道称,大众与美国初创公司QuantumScape合作开发固态电池的计划一直受阻,无法在约定的2025年量产上车,因此又找法国一家公司合作。

    在此之前,关于固态电池的好消息虽然不断,但大多存在于实验室,商业化量产仍有一段距离,随着各家车企量产时间一再推迟,固态电池有开始成为仅次于自动驾驶的第二个期货的苗头。

    车企先后折戟,初创公司都在摸索前进,我们什么时候才能看到固态电池大规模上车?

    01固态电池量产集体遇阻

    早在2018年,大众就开始布局固态电池,斥资3亿美元成为QuantumScape最大股东。当时双方签署的协议是,QuantumScape在2025年为大众的电动车提供固态电池,这可以让电动高尔夫的续航里程增加一倍以上,达到750公里。(现在看来是鸽了)

    QuantumScape在2022年就公布了与大众合作的固态电池样本,这块电池的使用寿命长达50万公里,且续航性能几乎不会有任何退化。此外,大众的测试显示,室温下可以在15分钟内充电到80%。

    QuantumScape与除了大众之外,和至少其它五家车企建立了合作,其无阳极电池设计,可以让续航从560公里增加800公里,比现在的普通电池的续航增加了14%-43%。

    但QuantumScape的CEO Jagdeep Singh表示,尽管公司之前交付的小批量固态电池通过了装车验收,但不代表它已经成功了,因为量产的品控如何保证是一个难题,毕竟这不是批量生产一张桌子,电池若出现问题将是个大麻烦。

    言外之意,作为实验室的产物,自家固态电池的技术还不够完善,不能保证顺利量产装车。

    据路透社报道,大众找到的新帮手是一家法国的公司Blue Solutions,这家公司目前为戴姆勒电动巴士生产固态电池。

    Blue Solutions的LMP全固态电池,不含有机溶剂、钴和镍,因此不会发生热失控。从公布的产品测试结果来看,以“耗尽电量再充满”为一个标准循环,其固态电池寿命可达3000次。

    不过Blue Solutions一直是在为奔驰的电动巴士供应固态电池,目前还无法安装在乘用车上。此外Blue Solutions的充电速度过慢,几乎需要3个多小时。研究团队希望将充电时间控制在30分钟内,最好接近10分钟,预计有望在2026年实现交付。

    大众和QuantumScape搞不定,Blue Solutions的固态电池也要等。只不过,量产固态电池受到阻碍的不只是他们三个。

    每隔几年就放出固态电池取得新进展的丰田,在去年12月称,因“技术开发受到挑战”,量产时间将从原本的2027年推迟到2030年后。而在此前,丰田刚宣布固态电池取得大突破,充电10分钟,续航1200公里,电池的重量、体积和成本都将减半。

    首家宣布全固态电池量产时间的车企——日产汽车,则计划在2030年前推出搭载固态电池的电动车。即便已经研发出了固态电池,也要在2025年才开始小批量试产,最快也要到2028年上车。

    据悉,日产的固态电池完全去除了电池中的液体元素,将大大提高存储和电力传输的效率。不仅比现下的锂电池节省50%的成本,能量密度也将提高一倍,充电速度提高三倍。

    02为何这么难?

    与现在车企普遍使用的锂电子电池包相比,固态电池具有续航更长、充电时间更短的优点,因为没有液态电解质所以不会发生热失控现象也更加安全,因此固态电池技术也被认为是电动汽车电池发展的下一个转折点。

    传统锂电池由正极、负极、电解液、隔膜四大部分组成,固态电池顾名思义就是使用了“全固态”技术,去除了电池内的液态部分,电极和电解质全部由固态物质组成。

    而在固态电池的生产流程中,电解质成膜工艺是关键一步,主要有干法工艺与湿法工艺两大类。

    不同的工艺会影响固体电解质膜的厚度和离子电导率,固体电解质膜过厚会降低全固态电池的质量能量密度和体积能量密度,同时也会提高电池的内阻。相反,电池的性能则会变差,还可能引起短路。

    此外,还有固-固(固态电极与固态电解质)界面接触问题也难以解决。

    固态电池中正极和负极活性物质都被夹在固态电解质中间,固态电解质与电极之间的界面阻抗远高于液态电解质,这就导致电池整体的充放电效率下降,从而影响电池的能量密度和循环寿命。而且固-固界面还容易受到温度、湿度等环境因素的影响,导致稳定性下降。

    而由于技术路线的复杂性,以及生产工艺的不成熟,难以做到像现有锂电池那般的大生产,这也会有生产成本问题。

    固态电池和液态电池存在本质差别,量产还需要重新铺设一条全新的生产线,造价成本非常高。

    因此除了技术的限制,阻碍固态量产的另一个老大难就是成本,综合来看,全固态电池的成本是液态电池的四倍。

    不久前,直播测试半固态电池的蔚来曾透露,仅是一块150kWh的半固态电池价格就已接近30万元。

    我们退一步来讲,固态电池的技术难题解决了,不差钱的上车顺利量产了,现有的设备能否支持?

    以丰田的固态电池为例,充电10分钟可补能80%,续航里程可以达到1200公里,按照动力电池80kWh的能量密度来计算,10分钟即1/6小时,那么充电功率就要到480kW/h。

    而目前市面上,覆盖面积最大的还是只有60kw的公共充电桩,就连特斯拉的V3 超级充电桩的充电功率峰值最大也才250kW。

    虽然现在各家新势力都在宣传自家超充站的峰值充电功率可以达到500kW,但超充站的数量远不及普通充电桩的数量,且实际上输出功率也会受到限制,并不会达到峰值。

    所以就算实现了固态电池顺利量产上车,对于现有旧设备的升级和城市电网的冲击也不容忽视。

    03不要让固态电池成期货

    这随之而来了一个新问题,现阶段我们真的需要固态电池吗?

    梅赛德斯-奔驰首席技术官马库斯·舍费尔(Markus Sch鋐er)认为,固态电池对于电动汽车来说“可能并非是必要选择。”

    在马库斯·舍费尔看来,锂电池的能量密度提升速度远超预期,甚至可能与固态电池在成本和能量密度方面不相上下。

    此外,他还提出了一个新观点,舍费尔认为买家仍然存在续航焦虑,并总是倾向于考虑最坏的情况,而不是日常使用情况,“他们总想着一年中需要长途旅行的那一次,而不是日常通勤的实际需求”。并否定了通过超快速充电技术来缓解续航焦虑的方案。

    从目前市面上的动力电池来看,确实已经可以满足眼下的用车需求,想要长续航,有宁德时代已经上市量产的麒麟电池,能量密度可达255Wh/kg,轻松实现1000公里续航。

    如果想要快充,800V超高压已经快成为新势力们的标配了,甚至900V、1200V也都在路上。

    与此同时,投资者的热情也没有前几年那么积极,根据金融数据和软件分析公司PitchBook的数据,2023年固态电池公司的全球风险投资交易额下降了72%,降至1.46亿美元,是近5年来的最低值。

    投资公司Ibex Investors合伙人杰夫·彼得斯(Jeff Peters)称,“投资者对固态电池的兴趣已经减弱,他们正在质疑固态电池的风险是否值得。”

    一句话总结,固态电池技术即便不断有好消息传来,但商业化进度表却一再推迟,像是一个近在眼下远在天边的期货,承诺无法兑现,做不到大规模落地量产。

    回看宣布固态电池进展的几家企业,基本都把上车时间选在了两个时间节点——2028 和2030年。

    中国科学院院士、清华大学教授欧阳明高也认为,全固态电池到2030年将有望实现产业化。

    时间表逐渐清晰,这也意味着固态电池的大规模量产可能即将到来。但固态电池属于技术密集型产业,即便马上投产短期内也难盈利。成本达不到商业化要求,就不能批量化,这就陷入了一个循环怪圈。

    希望固态电池不会变成下一个无人驾驶,永远在路上,永远都在“五年后”实现。

    原文标题 : 为什么固态电池上车,比“上炕都费劲”

    声明:本文由入驻维科号的作者撰写,观点仅代表作者本人,不代表OFweek立场。如有侵权或其他问题,请联系举报。

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