固态电池研发之难 连宁王都连声叫苦

2024年06月04日 19:54 次阅读 稿源:虎嗅网 条评论

固态电池正逐渐站上风口。据中国日报报道,中国或将投入约 60 亿元用于全固态电池研发,包括宁德时代、比亚迪、一汽、上汽、卫蓝新能源和吉利共六家企业或获得政府基础研发支持。国家队下场支持进一步助推了固态电池的热度。

近年来,随着海内外多家企业接连给出固态电池的量产时间点,业内对固态电池走向落地应用的期望值有所提升,二级市场也纷纷作出反应,与固态电池相关的概念股今年接连涨停。

为何行业与资本市场对此纷纷看好这项技术?作为动力电池的新形态,其是否会替代目前主流的三元锂电池和磷酸铁锂电池?


动力电池的“终极路线”

所谓固态电池,简单理解即一种使用固体电极和固体电解质的电池。

现有的动力锂电池材料体系包含碳/硅负极、多孔隔膜以及液体电解质,通过锂离子的移动而产生电流。而全固态电池是一个完全致密的状态,采用固态电解质和固态隔膜,碳/硅负极改为金属锂负极,充电时,锂金属会沉积在负极上,在放电的过程中溶解。

基于这种材料体系的转变,固态电池有着液态电池无法企及的优势。例如,固态电池更为稳定,不易泄漏、不易燃烧,大大降低了电池起火爆炸的风险,安全性更高。

另外,由于能量密度更高,可达到 400Wh/kg 以上(作为对比,磷酸铁锂电池的能量密度一般在 100Wh/kg~180Wh/kg,三元锂电池的能量密度通常在 150Wh/kg~250Wh/kg),其在性能表现上也优于液态电池,充电速度更快(最高可超过 10C)、续航里程更长。

同时,全固态电池的电解质在 -30°C 和 100°C 的范围内都不会凝固,不会气化,这意味着冬天在寒冷地区不用担心续航问题,也不需要很复杂的热管理。

这也就不难理解为何固态电池备受业界推崇,成为海内外车企争相布局的领域。

从全球厂商的研发路径来看,固态电池主要有聚合物、氧化物和硫化物三种研发路线。不过,目前尚未有任何一种技术路径为绝对性方向,而是都处在探索阶段。

“无论是聚合物、氧化物还是硫化物,目前很难有一种电池的所有性能都比别的电池有优势,而是各有优缺点。”广汽研发人员告诉虎嗅汽车。

在广汽看来,未来固态电池的终极形态会是多元的复合体系,于是广汽全固态电池基于两条路线并行推进开发——一个是以硫化物为主的复合体系,另一个是聚合物为主的复合体系。

宁德时代同样认为没有一种固态电解质是十全十美的,其更为看好硫化物技术路线,认为其能够更快走向量产。同样在硫化物全固态电池领域布局的还有丰田,但双方在硫化物空气稳定性和制造工艺上采用了不同的策略。

全球各家厂商都希望攻克全固态电池,但目前尚未有真正实现量产攻坚的玩家。

需要指出的是,虽然近年来行业内有部分车企宣称用上了固态电池,但实际上是半固态电池,而非并非真正的固态电池形态。

“根据行业内规则,一般是按液态电解质占电芯的比重来分:液态(25wt%)、半固态(5—10wt%)、准固态(0—5wt%)和全固态(0wt%)。”广汽研发人员告诉虎嗅汽车,“不管是液态电池还是半固态电池,只要电池内部存在电解液,一旦破损泄漏都会有短路起火的风险,与当前常规液态锂离子电池并无本质差异。”

固态电池,可望不可及

固态电池百般好,但无奈这是块“饼”。

较早一批从事固态电池研发的厂商已经在这条赛道上走了十多年,丰田从 2012 年开始布局研发,宁德时代也差不多在这一时期启动研究,但都没能将固态电池推到量产阶段。


从国内外车企透露的量产时间点来看,固态电池的产业化时间大概在 2027-2030 年。需要厘清的是,“上车不等于大规模量产”,推出产品形态到大规模量产落地之间还存在多方面的技术攻坚。

“五年后肯定会有固态电池的车出来,再过三五年会大面积铺开。”吉利研究院专家告诉虎嗅汽车,但考虑到目前各家车企对固态电池的重视程度以及技术快速推进,量产时间可能提前。

固态电池研发之难,连宁王都连声叫苦。曾毓群曾在公开场合表示,“宁德时代已经在这方面投资了 10 年,固态电池只有在使用新型化学材料、负极电极使用纯锂金属的情况下才会有很大优势,要将这种电池推向市场还有很多困难。”

首先是电解质材料选择上,以相对主流的硫化物固态电解质需要的硫化锂为例,后者化学性质不稳定,与空气、水反应都会生成有毒化合物,生产环境控制要求严苛,量产困难,由于与目前的电池材料体系差别巨大,固态电池缺乏成熟的材料供应商。

在正负极材料上,由于硅/碳负极体积易膨胀大不适用于固态电池,固态电池的正负极材料通常会选择一些能提高能量密度的金属,而锂金属负极现在还不成熟。

在界面工程与稳定性上,固态电池中的电解质与正负极之间的界面问题也是一大挑战。由于采用固体电极和固体电解质,其有效接触能力较弱,会造成影响电池性能的界面阻抗。另外,由于固体电解质导电率差、采用锂金属易发生枝晶生长存在安全风险等问题,这些亟待攻关的技术难点。

再者,对于量产和普及来说,全固态电池还面临着成本的问题,包括材料成本和制造成本。据中邮证券测算,目前固态电池较液态电池成本高出 30% 以上。

材料层面,固态电解质目前仍难以做到轻薄化,用到的部分稀有金属原材料价格较高,叠加为高能量密度使用的高活性正负极材料尚未成熟,固态电解质和正负极成本都不低。在生产层面,固态电池的生产工艺相对复杂,成本也较高。

可以预见,全固态电池短期内难以实现大规模的商业化。

从理论层面来看,固态电池比液态电池有着多方面的优势,但这项被称为“动力电池领域的珠穆朗玛峰”的技术还仅是将来时形态,即使在三五年内能够有技术突破,但要形成替代,还需突破成本关口。

从产业态度来看,未来 10 年无疑是全固态电池研发的关键机遇期。但对于一项新兴技术,更重要的是聚焦于技术层面的攻坚,而不是虚炒营销概念,将其作为宣传和推起资本热度的手段。

对文章打分

固态电池研发之难 连宁王都连声叫苦

1 (50%)
已有 条意见

    最新资讯

    加载中...

    编辑精选

    加载中...

    热门评论

      Top 10

      招聘

      created by ceallan