固态電(diàn)池,為(wèi)什么还不起飞?
如今新(xīn)能(néng)源汽車(chē)已经逐渐成為(wèi)了汽車(chē)市场的主流,消费者除了关注产品的智能(néng)化、续航里程、产品力等方面之外,最关注的还是新(xīn)能(néng)源汽車(chē)的动力電(diàn)池,毕竟动力電(diàn)池就是新(xīn)能(néng)源汽車(chē)的“心脏”,动力電(diàn)池越好,续航里程越長(cháng),安全性能(néng)也会越好,以至于让各大厂家投入大量资金研发電(diàn)池,尤其是固态、半固态電(diàn)池方面的技术。
什么是固态電(diàn)池?
与如今普遍使用(yòng)的锂离子電(diàn)池和锂离子聚合物(wù)電(diàn)池不同,半固态電(diàn)池、固态電(diàn)池则是使用(yòng)固體(tǐ)電(diàn)极或者固體(tǐ)電(diàn)解质的電(diàn)池。那區(qū)分(fēn)这几种電(diàn)池,以及它们的性能(néng)如何呢(ne)?
简单点来讲,现在車(chē)企用(yòng)的锂電(diàn)池,例如三元锂電(diàn)池、磷酸铁锂電(diàn)池,还有(yǒu)干電(diàn)池等等,因為(wèi)電(diàn)池中含有(yǒu)電(diàn)解液,所以从结构上分(fēn)类為(wèi)液态電(diàn)池。
值得一提的是,液态電(diàn)池中的電(diàn)解液会腐蚀電(diàn)池,用(yòng)久之后,電(diàn)极会发生電(diàn)镀反应,正极材料会越来越脆弱,正极電(diàn)镀充放電(diàn)过程还会导致電(diàn)解液污染变得浑浊,从而导致電(diàn)池寿命性能(néng)的衰退。
半固态電(diàn)池就是将现在的锂電(diàn)池中的部分(fēn)電(diàn)解液全部替换成固體(tǐ)材料,随着電(diàn)池中電(diàn)解液减少,性能(néng)方面有(yǒu)了非常明显的提升,安全性也会得到很(hěn)大幅度的提升。从实际上严格划分(fēn)的话,半固态電(diàn)池还是属于液态電(diàn)池。
不过,半固态電(diàn)池的成本非常低,仅為(wèi)现在液态電(diàn)池的三分(fēn)之一,并且还能(néng)让電(diàn)动車(chē)充電(diàn)一次的行驶里程加倍,性能(néng)要比纯液态電(diàn)池好很(hěn)多(duō)。
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当然了,半固态電(diàn)池成本低只是理(lǐ)论上的结果,实际上電(diàn)池的原材料、研发成本等都不便宜,使得目前市场上的半固态電(diàn)池的价格一直居高不下。
固态電(diàn)池的内部没有(yǒu)液态電(diàn)解液,是使用(yòng)固态電(diàn)极和固态電(diàn)解液组成,具有(yǒu)功率密度较低、能(néng)量密度高、體(tǐ)积小(xiǎo)、柔性化、安全性能(néng)更高的优势。由于固體(tǐ)電(diàn)池没有(yǒu)液态電(diàn)解质,就避免了易燃易爆、易挥发、電(diàn)解液导致短路等情况,就算是遇到针刺穿了電(diàn)解质的隔离膜,也不会像液态電(diàn)池一样发生自燃现象。
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具有(yǒu)安全性能(néng)更强、體(tǐ)积小(xiǎo)、成本较低、能(néng)量密度提升等优势,让固态電(diàn)池成為(wèi)了全球范围内電(diàn)池厂商(shāng)和車(chē)企大力研发的目标,同时也让固态電(diàn)池成為(wèi)了市场的新(xīn)风向标。
虽说固态電(diàn)池拥有(yǒu)诸多(duō)优势,市场前景非常好,但是由于固态電(diàn)池技术和工艺等种种问题,让固态電(diàn)池的发展仍处在起步阶段。
山(shān)中有(yǒu)“拦路虎”
目前,有(yǒu)四大难题阻挡了固态電(diàn)池发展的脚步,其一是缺乏高效的電(diàn)解质材料,固态電(diàn)解质是固态電(diàn)池的主要材料之一,虽然在固體(tǐ)锂离子导體(tǐ)的单一指标上有(yǒu)所突破,但是综合性能(néng)未达到大规模储能(néng)需求,这是目前固态電(diàn)池的固體(tǐ)電(diàn)解质性能(néng)短板。
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其二是固體(tǐ)電(diàn)解质和電(diàn)极的界面处理(lǐ),可(kě)能(néng)大家不知道固态電(diàn)池的固體(tǐ)電(diàn)解质中锂离子传输阻抗很(hěn)大,与電(diàn)极接触的刚性界面接触面积小(xiǎo),导致在充放電(diàn)过程中電(diàn)解质體(tǐ)积的变化容易破坏界面的稳定性。另外,还有(yǒu)電(diàn)极内部等因素会影响到固态電(diàn)池的性能(néng)。
其三是使用(yòng)周期不稳定,由于固态電(diàn)池在使用(yòng)过程中让其内部结构和界面随着使用(yòng)的时间而发生退化,影响到了固态電(diàn)池的综合性能(néng),让電(diàn)池的寿命長(cháng)短充满了不确定因素。
其四是固态電(diàn)池的原材料成本问题,其中使用(yòng)的锂硫化物(wù)的价格比较贵,是目前液态電(diàn)池中碳酸锂材料的五到十倍左右,并且固态電(diàn)池比较“金贵”,对生产环境和原材料纯度要求极高,这就让厂家对前期的投资比较“肉疼”。
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值得一提的是,今年電(diàn)池上游原材料一直在涨价,让各个厂家和車(chē)企苦不堪言,在此环境下,只有(yǒu)资金雄厚的厂家才舍得下血本研究,就算能(néng)量产出来,也是豪华車(chē)型才能(néng)搭载如此昂贵的固态電(diàn)池。
所以各个厂家和車(chē)企想要让固态電(diàn)池发挥进去高速阶段,就必须先解决这四个难题,将这些拦路虎解决了,固态電(diàn)池才能(néng)慢慢加速。
言普及还尚早
尽管面对着诸多(duō)“拦路虎”,但是各大厂家和車(chē)企都没有(yǒu)放弃对固态電(diàn)池的研发。因此,各大厂家和車(chē)企在选择上出现了差异,有(yǒu)的企业选择半固态電(diàn)池,有(yǒu)的企业选择固态電(diàn)池,家大业大的企业就两个都要,目前它们分(fēn)别在半固态電(diàn)池和固态電(diàn)池取得了一些成绩。
去年蔚来在NIO day上宣布旗下ET7車(chē)型将在2022年第四季度采用(yòng)150kWh的半固态電(diàn)池包。只是目前距离2022年结束还有(yǒu)十几天而已了,蔚来汽車(chē)那边还没有(yǒu)ET7半固态電(diàn)池版本車(chē)型的确切消息。
不过与蔚来合作的卫蓝新(xīn)能(néng)源宣布“車(chē)规级固态动力電(diàn)芯”正式下線(xiàn),那就意味着蔚来ET7半固态電(diàn)池版本車(chē)型离量产不遠(yuǎn)了。但是蔚来ET7半固态電(diàn)池版本車(chē)型今年是不可(kě)能(néng)实现预约、交付了,估计还要等1-3年才能(néng)实现。
这边蔚来还在规划半固态電(diàn)池的路線(xiàn),而國(guó)轩高科(kē)已经宣布旗下半固态電(diàn)池预计2022年底实现装車(chē),2023年批量交付,新(xīn)電(diàn)池单體(tǐ)能(néng)量密度达360Wh/kg,配套車(chē)型的電(diàn)池包電(diàn)量达160KWh,续航里程超过1000公里。有(yǒu)消息称,高合HiPhi X有(yǒu)可(kě)能(néng)率先搭载國(guó)轩高科(kē)的半固态電(diàn)池新(xīn)产品。
当然了,作為(wèi)電(diàn)池起家的比亚迪汽車(chē),早在2016年就开始投入研发固态電(diàn)池。据多(duō)方面消息称,比亚迪的固态電(diàn)池在使用(yòng)硅基材料作為(wèi)固态電(diàn)池负极时,能(néng)量密度预计能(néng)达到400Wh/kg,是目前刀(dāo)片電(diàn)池的能(néng)量密度的两倍多(duō)(180Wh/kg),这就意味着其固态電(diàn)池的综合性能(néng)更强,能(néng)给予纯電(diàn)动汽車(chē)更長(cháng)的续航里程。坊间有(yǒu)消息称,首款搭载比亚迪固态電(diàn)池的車(chē)型,可(kě)能(néng)是其旗下豪华品牌仰望的新(xīn)車(chē)型。
自主品牌“老大哥(gē)”东风汽車(chē)也表示,如今正在研发的第二代固态電(diàn)池,预计将在2024年上半年可(kě)实现量产搭载,届时整車(chē)续航里程可(kě)达1000公里以上。值得一提的是,东风汽車(chē)是最早入局固态電(diàn)池的自主品牌車(chē)企,此前就推出配备固态電(diàn)池的东风E70,成為(wèi)了國(guó)内首款获得免税许可(kě)的固态乘用(yòng)車(chē)。这么看来,东风汽車(chē)在固态電(diàn)池领域的技术就不言而喻了吧!
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除了自主品牌之外,海外的丰田、本田、日产、通用(yòng)等車(chē)企在此前也陆续宣布了对半固态電(diàn)池、固态電(diàn)池的战略规划,并给出了具體(tǐ)的时间节点。各个車(chē)企和電(diàn)池厂家都在争分(fēn)夺秒(miǎo)地实现量产固态電(diàn)池,提升纯電(diàn)动汽車(chē)的续航里程,降低补能(néng)时间,想要在未来占据更多(duō)的市场份额。
但是大家发现没有(yǒu),就目前而言,无论是半固态電(diàn)池,还是固态電(diàn)池,都是高端車(chē)型配备,就连“价格屠夫”比亚迪都选择仰望旗下新(xīn)产品做首发。
毕竟半固态、固态電(diàn)池的成本摆在那里,目前只能(néng)局限于高端車(chē)型,这说明車(chē)企和電(diàn)池厂家能(néng)量产半固态、固态電(diàn)池不是问题,要降低成本,将電(diàn)池的价格打下来才是硬道理(lǐ),现在说半固态、固态電(diàn)池能(néng)实现大规划量产还尚早。
编辑总结
半固态、固态電(diàn)池是未来的风口吗?答(dá)案是毫无疑问的,那肯定是未来的风口,毕竟该类型電(diàn)池具备安全性能(néng)好、體(tǐ)积小(xiǎo)、成本较低、能(néng)量密度提升等优势,能(néng)够让纯電(diàn)动汽車(chē)续航里程实现1000km,甚至是超过这个数据,这无疑是電(diàn)池技术的革新(xīn)。但是,由于该类電(diàn)池的成本问题,导致目前只限制于配置在高端車(chē)型上,想要实现普及,只有(yǒu)将半固體(tǐ)、固态電(diàn)池的的价格打下来才行。
总的来说,半固态、固态電(diàn)池固然是未来的风口,只要将山(shān)中“拦路虎”解决了,才能(néng)真正起飞。