固态电池:日本新能源产业的希望?

发布时间:2023-10-24  

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10分钟充满400km续航,当宁德时代推出神行超充电池;续航超千公里,当宁德时代推出麒麟电池。当各种高性能动力电池被相继推出后,有一种说法是液态锂电池已经快到性能极限,再开发下去也不会有性能上的本质提升。


站在用户的角度,人们急需一种能够完全替代“3分钟补能神秘液体”的终极电池出现,且需要该电池具备高性能、高安全性、强稳定性的特性。所谓高性能,即超充、高能量密度等;高安全性,即不自然、不爆炸、不漏液等;强稳定性,即准确的SOC估算,低温不掉电等电池状态。如果把这一切优点结合在一起,固态电池也随之应运而生。


当然,固态电池还分半固态电池和全固态电池,目前中国各车企和电池供应商更多的在研发半固态电池,而丰田则决定玩把大的,将所有希望寄希望于全固态电池上。


01


最初的新能源大佬,开始豪赌


近日,丰田宣布与日本最大的石油化工企业之一——出光兴产合作,为量产固态电池做准备,预计2027年至2028年实现商用化。为何丰田想要一步到位,直接跳过液态锂电池和半固态电池,进阶到固态电池的商用,以当下全固态电池的技术难点和行业发展来看,这无疑是一次豪赌。

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丰田是最早在全球范围内将新能源车打出知名度的车企之一,1997年第一代普锐斯的出现,令丰田一跃成为新能源车届大佬,尽管目前油混车型并未作为新能源车出现在中国市场,但仍无法抹杀丰田在推动汽车转型道路上做出的贡献。


日本是一个能源稀缺国家,节能减排便是其汽车工业发展的先决条件,这也促使日本国内的各车企首先要将造车思路固化在燃油经济性上。按理说,这样的国情应该更适用于电动车发展,但现实是,日本目前电价合人民币约1.5元每度,是中国电价的3倍。结合日本依然以火力发电为主,这样的能源消耗和污染的成本,要高于发展经济型油车,这就是日本车企热衷于油混车型的原因。

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因此,日本以丰田为首的车企并不希望像中国车企那样,一步步的投资发展,以丰田乃至整个日本汽车工业来说,这样的发展路径或将消耗其承受不起的资源财力。


从固态电池的发展来看,日本正处于全员发展阶段。今年3月,日本电池大厂Maxell宣布将量产用于产业机械等用途的大容量全固态电池;日产宣布2028年推出搭载全固态电池的车型;今年4月,本田也宣布计划在2024年启用全固态电池的示范生产线。结合丰田给出2027年至2028年推出全固态电池产品的信息,日本正举全国之力试图跳过液态锂电池和半固态电池的自主研发,直接一步到位。


02


电动车的“梦中情池”?


固态电池的概念已经不新鲜了,早几年前,固态电池就被提出是解决电动车痛点的终极奥义。


何为固态电池,即固态电解质锂离子电池,具有不可燃、耐高温、无腐蚀、不挥发的特性。再看固态电池的优点:消除了电解液腐蚀和泄露的安全隐患,热稳定性更高;不必封装液体,支持串行叠加排列和双极结构,提高生产效率;固体电解质的固态特性,可叠加多个电极;电化学稳定窗口宽,能达到5V以上,可匹配高电压电极材料;固体电解质一般是单离子导体,使用寿命更长;质量轻、黏弹性好、机械加工性能好。

 

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这不就是电动车的“梦中情池”吗?生产效率高,更小的体积实现更大的密度,可用更高的电压实现更快的充电效率,且永不自然,从根源解决了安全隐患,若固态电池得以大规模商用,电动车取代燃油车便更近了一步。


当然,全固态电池本身也并不是无懈可击,目前仍有几大痛点需要解决。首先,电极在充放电时膨胀和收缩,与固体电解质的界面将分离,性能随之下降;其次,固体电解质中,携带电力的离子不易移动;最后,固体电解质中,硫黄类材料的离子比较容易移动,生产电池和发生故障时可能会产生有害的硫化氢。


对此,日本团队已解决第一个问题,方式是在固体电解质上沉积一层阴极膜,减小电极和固体电解质之间的电阻。


固态电池成本也是目前阻碍其商用化的另一大因素,这也是目前日本各车企迟迟无法使其量产化的重要原因之一。


而且,解决配套设施和基建也是全面电动化发展的重要环节。

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以目前的800V超充举例,已经有部分电池可通过高压超充满足10分钟充满400公里续航的能力,在不久的将来,6C甚至更快的8C快充也将到来。但目前遇到的瓶颈是,高压充电桩的建设在多数地区都无法实现,原因是目前多数城市电网配备的变压器无法承受这类的高压快充,因此基建问题无法解决。


有很多车商希望通过储能来解决高压充电问题,但储能需要更多的电池,也就意味着储能站的基建成本更高,很多车企无法承受。


笔者对此咨询了奇瑞全资子公司得壹能源工作人员,该工作人员表示,目前储能大多还是给工厂提供服务。当笔者问到换电站是否具备除换电外的商用功能时,其表示目前换电站基本只用于换电,没有其他的衍生功能。或许这位工作人员的回答比较片面,但不可否认的是,以现有的基建设施来看,想要大规模普及高压快充几乎是不可能的任务,更别提高压快充进

入民宅了。


总结来看,固态电池就技术而言的确是未来动力电池的最优解之一,但各车企目前仅解决了技术问题和安全性,便利性和成本仍是商业化道路中的最大难题。


03


我们自己的固态电池呢?


固态电池一旦量产装机,封神只是时间问题。目前已有多家汽车、电池企业宣称固态电池已取得突破性进展。

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今年夏天,上汽宣布将于2024年量产固态电池;时间更早的2022年,有媒体宣称比亚迪固态电池已装车测试,并将搭载在2023年上市的仰望车型上。与比亚迪同时传出2023年将量产固态电池的是宁德时代,蔚来在2022年底的NIO DAY上表示将于2023年推出搭载固态电池的量产车型。


现实看来,比亚迪仰望并未搭载固态电池,宁德时代正在研发的电池叫凝聚态电池,而蔚来的150度电池包并非固态,而是半固态电池。至于上汽明年是否会量产固态电池,目前来看即使发布,也不会是电动车的终极解决方案——全固态电池。


虽然有专家表示,全固态电池并不存在技术难点,难点只在成本控制,但笔者看来,若日本车企表示已解决了固态电池的技术问题,仅存在量产问题,而我们仍看不到有企业发布关于全固态电池的上车信息,这种差距或将在未来对全球动力电池格局产生巨大影响。


结语


到目前为止,固态电池全球专利有近一半来自于日本,也表明日本想要通过固态电池形成对中国行车电动车产业的超越。


事实上,中国目前动力电池发展仍是世界最快,若液态锂电池并没有所谓的性能上限,或是半固态电池能够完全达到全固态电池的性能标准,全固态电池剩下的优势,可能只有安全性和SOC的稳定性了。只是,这两点优势或将在未来的动力电池竞争中起到决定性作用,以此来看,发展全固态电池看似落后于行业发展,但豪赌未来也是不错的选择。


文章来源于:电子工程世界    原文链接
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