未來(lái)可期還是遙遙無(wú)期
編者按
智能汽車(chē)產(chǎn)業(yè)滾滾向前，在這摧枯拉朽的關(guān)鍵變革期，不斷涌現(xiàn)技術(shù)的交鋒?！禩echLab》科技實(shí)驗(yàn)室，將聚焦智能汽車(chē)產(chǎn)業(yè)重磅的科技創(chuàng)新，我們會(huì)深層次解析背后創(chuàng)新的原理，試圖撥開(kāi)云霧，看到智能汽車(chē)下一個(gè)十年。
作者｜楚門(mén)
編輯｜秦章勇
每到返鄉(xiāng)高峰，電車(chē)最大的問(wèn)題 —— 續(xù)航焦慮就被無(wú)限放大，尤其是在凍雨暴雪的情況下。
電動(dòng)車(chē)趴窩，車(chē)主無(wú)奈下車(chē)推，跑高速連空調(diào)都不敢開(kāi)... 關(guān)于新能源車(chē)的抱怨，總會(huì)周期性的冒出來(lái)。
一個(gè)現(xiàn)實(shí)問(wèn)題是，目前的動(dòng)力電池，在低溫狀態(tài)下仍難以避免衰減問(wèn)題，動(dòng)輒補(bǔ)能幾十分鐘的情況，也勸退不少消費(fèi)者。
所有人都在期待，下一代電池技術(shù)能夠顛覆新能源車(chē)的發(fā)展困境，固態(tài)電池也被寄予厚望，從能量密度，到安全性，固態(tài)電池?cái)?shù)倍強(qiáng)于液態(tài)電池。
豐田、大眾等車(chē)企巨頭，都在加速布局固態(tài)電池，初創(chuàng)企業(yè)和高校研發(fā)人員，也試圖攻破下一代技術(shù)難題。
現(xiàn)實(shí)總是殘酷的，日本車(chē)企日產(chǎn)和豐田先后推遲固態(tài)電池量產(chǎn)時(shí)間，不久前路透社報(bào)道稱(chēng)，大眾與美國(guó)初創(chuàng)公司 QuantumScape 合作開(kāi)發(fā)固態(tài)電池的計(jì)劃一直受阻，無(wú)法在約定的 2025 年量產(chǎn)上車(chē)，因此又找法國(guó)一家公司合作。
在此之前，關(guān)于固態(tài)電池的好消息雖然不斷，但大多存在于實(shí)驗(yàn)室，商業(yè)化量產(chǎn)仍有一段距離，隨著各家車(chē)企量產(chǎn)時(shí)間一再推遲，固態(tài)電池有開(kāi)始成為僅次于自動(dòng)駕駛的第二個(gè)期貨的苗頭。
車(chē)企先后折戟，初創(chuàng)公司都在摸索前進(jìn)，我們什么時(shí)候才能看到固態(tài)電池大規(guī)模上車(chē)？
01 、固態(tài)電池量產(chǎn)集體遇阻
早在 2018 年，大眾就開(kāi)始布局固態(tài)電池，斥資 3 億美元成為 QuantumScape 最大股東。當(dāng)時(shí)雙方簽署的協(xié)議是，QuantumScape 在 2025 年為大眾的電動(dòng)車(chē)提供固態(tài)電池，這可以讓電動(dòng)高爾夫的續(xù)航里程增加一倍以上，達(dá)到 750 公里。（現(xiàn)在看來(lái)是鴿了）
QuantumScape 在 2022 年就公布了與大眾合作的固態(tài)電池樣本，這塊電池的使用壽命長(zhǎng)達(dá) 50 萬(wàn)公里，且續(xù)航性能幾乎不會(huì)有任何退化。此外，大眾的測(cè)試顯示，室溫下可以在 15 分鐘內(nèi)充電到 80%。
QuantumScape 與除了大眾之外，和至少其它五家車(chē)企建立了合作，其無(wú)陽(yáng)極電池設(shè)計(jì)，可以讓續(xù)航從 560 公里增加 800 公里，比現(xiàn)在的普通電池的續(xù)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(tài)電池通過(guò)了裝車(chē)驗(yàn)收，但不代表它已經(jīng)成功了，因?yàn)榱慨a(chǎn)的品控如何保證是一個(gè)難題，畢竟這不是批量生產(chǎn)一張桌子，電池若出現(xiàn)問(wèn)題將是個(gè)大麻煩。
言外之意，作為實(shí)驗(yàn)室的產(chǎn)物，自家固態(tài)電池的技術(shù)還不夠完善，不能保證順利量產(chǎn)裝車(chē)。
據(jù)路透社報(bào)道，大眾找到的新幫手是一家法國(guó)的公司 Blue Solutions，這家公司目前為戴姆勒電動(dòng)巴士生產(chǎn)固態(tài)電池。
Blue Solutions 的 LMP 全固態(tài)電池，不含有機(jī)溶劑、鈷和鎳，因此不會(huì)發(fā)生熱失控。從公布的產(chǎn)品測(cè)試結(jié)果來(lái)看，以“耗盡電量再充滿(mǎn)”為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)，其固態(tài)電池壽命可達(dá) 3000 次。
不過(guò) Blue Solutions 一直是在為奔馳的電動(dòng)巴士供應(yīng)固態(tài)電池，目前還無(wú)法安裝在乘用車(chē)上。此外 Blue Solutions 的充電速度過(guò)慢，幾乎需要 3 個(gè)多小時(shí)。研究團(tuán)隊(duì)希望將充電時(shí)間控制在 30 分鐘內(nèi)，最好接近 10 分鐘，預(yù)計(jì)有望在 2026 年實(shí)現(xiàn)交付。
大眾和 QuantumScape 搞不定，Blue Solutions 的固態(tài)電池也要等。只不過(guò)，量產(chǎn)固態(tài)電池受到阻礙的不只是他們?nèi)齻€(gè)。
每隔幾年就放出固態(tài)電池取得新進(jìn)展的豐田，在去年 12 月稱(chēng)，因“技術(shù)開(kāi)發(fā)受到挑戰(zhàn)”，量產(chǎn)時(shí)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(tài)電池取得大突破，充電 10 分鐘，續(xù)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(tài)電池量產(chǎn)時(shí)間的車(chē)企 —— 日產(chǎn)汽車(chē)，則計(jì)劃在 2030 年前推出搭載固態(tài)電池的電動(dòng)車(chē)。即便已經(jīng)研發(fā)出了固態(tài)電池，也要在 2025 年才開(kāi)始小批量試產(chǎn)，最快也要到 2028 年上車(chē)。
據(jù)悉，日產(chǎn)的固態(tài)電池完全去除了電池中的液體元素，將大大提高存儲(chǔ)和電力傳輸?shù)男?。不僅比現(xiàn)下的鋰電池節(jié)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(xiàn)在車(chē)企普遍使用的鋰電子電池包相比，固態(tài)電池具有續(xù)航更長(zhǎng)、充電時(shí)間更短的優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)闆](méi)有液態(tài)電解質(zhì)所以不會(huì)發(fā)生熱失控現(xiàn)象也更加安全，因此固態(tài)電池技術(shù)也被認(rèn)為是電動(dòng)汽車(chē)電池發(fā)展的下一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)。
傳統(tǒng)鋰電池由正極、負(fù)極、電解液、隔膜四大部分組成，固態(tài)電池顧名思義就是使用了“全固態(tài)”技術(shù)，去除了電池內(nèi)的液態(tài)部分，電極和電解質(zhì)全部由固態(tài)物質(zhì)組成。
而在固態(tài)電池的生產(chǎn)流程中，電解質(zhì)成膜工藝是關(guān)鍵一步，主要有干法工藝與濕法工藝兩大類(lèi)。
不同的工藝會(huì)影響固體電解質(zhì)膜的厚度和離子電導(dǎo)率，固體電解質(zhì)膜過(guò)厚會(huì)降低全固態(tài)電池的質(zhì)量能量密度和體積能量密度，同時(shí)也會(huì)提高電池的內(nèi)阻。相反，電池的性能則會(huì)變差，還可能引起短路。
此外，還有固-固（固態(tài)電極與固態(tài)電解質(zhì)）界面接觸問(wèn)題也難以解決。
固態(tài)電池中正極和負(fù)極活性物質(zhì)都被夾在固態(tài)電解質(zhì)中間，固態(tài)電解質(zhì)與電極之間的界面阻抗遠(yuǎn)高于液態(tài)電解質(zhì)，這就導(dǎo)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(huán)壽命。而且固-固界面還容易受到溫度、濕度等環(huán)境因素的影響，導(dǎo)致穩(wěn)定性下降。
而由于技術(shù)路線(xiàn)的復(fù)雜性，以及生產(chǎn)工藝的不成熟，難以做到像現(xiàn)有鋰電池那般的大生產(chǎn)，這也會(huì)有生產(chǎn)成本問(wèn)題。
固態(tài)電池和液態(tài)電池存在本質(zhì)差別，量產(chǎn)還需要重新鋪設(shè)一條全新的生產(chǎn)線(xiàn)，造價(jià)成本非常高。
因此除了技術(shù)的限制，阻礙固態(tài)量產(chǎn)的另一個(gè)老大難就是成本，綜合來(lái)看，全固態(tài)電池的成本是液態(tài)電池的四倍。
不久前，直播測(cè)試半固態(tài)電池的蔚來(lái)曾透露，僅是一塊 150kWh 的半固態(tài)電池價(jià)格就已接近 30 萬(wàn)元。
我們退一步來(lái)講，固態(tài)電池的技術(shù)難題解決了，不差錢(qián)的上車(chē)順利量產(chǎn)了，現(xiàn)有的設(shè)備能否支持？
以豐田的固態(tài)電池為例，充電 10 分鐘可補(bǔ)能 80%，續(xù)航里程可以達(dá)到 1200 公里，按照動(dòng)力電池 80kWh 的能量密度來(lái)計(jì)算，10 分鐘即 1/6 小時(shí)，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(jí)充電樁的充電功率峰值最大也才 250kW。
雖然現(xiàn)在各家新勢(shì)力都在宣傳自家超充站的峰值充電功率可以達(dá)到 500kW，但超充站的數(shù)量遠(yuǎn)不及普通充電樁的數(shù)量，且實(shí)際上輸出功率也會(huì)受到限制，并不會(huì)達(dá)到峰值。
所以就算實(shí)現(xiàn)了固態(tài)電池順利量產(chǎn)上車(chē)，對(duì)于現(xiàn)有舊設(shè)備的升級(jí)和城市電網(wǎng)的沖擊也不容忽視。
03、不要讓固態(tài)電池成期貨
這隨之而來(lái)了一個(gè)新問(wèn)題，現(xiàn)階段我們真的需要固態(tài)電池嗎？
梅賽德斯-奔馳首席技術(shù)官馬庫(kù)斯?舍費(fèi)爾（Markus Sch?fer）認(rèn)為，固態(tài)電池對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)來(lái)說(shuō)“可能并非是必要選擇?！?/p>
在馬庫(kù)斯?舍費(fèi)爾看來(lái)，鋰電池的能量密度提升速度遠(yuǎn)超預(yù)期，甚至可能與固態(tài)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(gè)新觀點(diǎn)，舍費(fèi)爾認(rèn)為買(mǎi)家仍然存在續(xù)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(zhǎng)途旅行的那一次，而不是日常通勤的實(shí)際需求”。并否定了通過(guò)超快速充電技術(shù)來(lái)緩解續(xù)航焦慮的方案。
從目前市面上的動(dòng)力電池來(lái)看，確實(shí)已經(jīng)可以滿(mǎn)足眼下的用車(chē)需求，想要長(zhǎng)續(xù)航，有寧德時(shí)代已經(jīng)上市量產(chǎn)的麒麟電池，能量密度可達(dá) 255Wh/kg，輕松實(shí)現(xiàn) 1000 公里續(xù)航。
如果想要快充，800V 超高壓已經(jīng)快成為新勢(shì)力們的標(biāo)配了，甚至 900V、1200V 也都在路上。
與此同時(shí)，投資者的熱情也沒(méi)有前幾年那么積極，根據(jù)金融數(shù)據(jù)和軟件分析公司 PitchBook 的數(shù)據(jù)，2023 年固態(tài)電池公司的全球風(fēng)險(xiǎn)投資交易額下降了 72%，降至 1.46 億美元，是近 5 年來(lái)的最低值。
投資公司 Ibex Investors 合伙人杰夫?彼得斯（Jeff Peters）稱(chēng)，“投資者對(duì)固態(tài)電池的興趣已經(jīng)減弱，他們正在質(zhì)疑固態(tài)電池的風(fēng)險(xiǎn)是否值得。”
一句話(huà)總結(jié)，固態(tài)電池技術(shù)即便不斷有好消息傳來(lái)，但商業(yè)化進(jìn)度表卻一再推遲，像是一個(gè)近在眼下遠(yuǎn)在天邊的期貨，承諾無(wú)法兌現(xiàn)，做不到大規(guī)模落地量產(chǎn)。
回看宣布固態(tài)電池進(jìn)展的幾家企業(yè)，基本都把上車(chē)時(shí)間選在了兩個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn) ——2028 和 2030 年。
中國(guó)科學(xué)院院士、清華大學(xué)教授歐陽(yáng)明高也認(rèn)為，全固態(tài)電池到 2030 年將有望實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。
時(shí)間表逐漸清晰，這也意味著固態(tài)電池的大規(guī)模量產(chǎn)可能即將到來(lái)。但固態(tài)電池屬于技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)，即便馬上投產(chǎn)短期內(nèi)也難盈利。成本達(dá)不到商業(yè)化要求，就不能批量化，這就陷入了一個(gè)循環(huán)怪圈。
希望固態(tài)電池不會(huì)變成下一個(gè)無(wú)人駕駛，永遠(yuǎn)在路上，永遠(yuǎn)都在“五年后”實(shí)現(xiàn)。
本文來(lái)自微信公眾號(hào)：超電實(shí)驗(yàn)室 （ID：SuperEV-Lab），作者：楚門(mén)
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