半固态电池可以量产 但大规模商业化存疑

国产汽车 用车知识 2021-07-05 768 0
半固态电池可以量产 但大规模商业化存疑

作为电动汽车的“心脏”,动力电池的性能直接影响着车辆的行驶状况。可以毫不夸张地说,电动汽车是“成也动力电池、败也动力电池”。也正因此,无论是动力电池企业,还是新能源整车企业,都铆足了劲试图突破动力电池技术瓶颈。

目前来看,三元锂电池和磷酸铁锂电池仍是当下新能源汽车动力电池的两大主流技术路线,然而受制于前者的安全稳定性问题和后者的能量密度问题,近年来固态电池逐渐被行业寄予厚望,并被认为是最具革新性的技术路线,可以实现能量密度、耐用性、安全性的大幅提升。

20多家企业竞逐固态电池

在行业发展大势下,据不完全统计,全球范围内致力于固态电池技术研发与应用的车企与动力电池企业有20多家,其中不少企业都宣布要量产固态电池,并制定了相应的发展路线计划。

国际上,大众、丰田、本田、宝马、松下等车企及电池企业均在固态电池领域有所布局。其中,宝马2017年就开始牵手Soild Power开发固态电池;丰田作为较早着手研发固态电池的车企之一,侧重硫化物固态电解质技术路线,有望在2022年推出搭载固态电池的车型;2020年年初,丰田宣布与松下成立合资企业生产固态电池;同年,戴姆勒宣布与加拿大魁北克水电公司合作开发固态电池技术,一旦达到量产状态,将在戴姆勒旗下的电动汽车上使用。今年3月15日,大众汽车在其首届电池日上表示,未来动力电池的目标是固态电池。

拥有更高的性能的固态电池;图片来源:大众汽车

国内方面,清陶能源、宁德时代、赣锋锂业、辉能、北京卫蓝、卡耐新能源等动力电池企业走在固态电池研发前列。据了解,清陶能源目前已开发出全固态电池,单体能量密度可达到430Wh/kg,量产阶段可达到300Wh/g以上;宁德时代在聚合物固态锂金属电池和硫化物基固态电池方向都有研究;赣锋锂业年产亿瓦时级第一代固态锂电池研发中试生产线已建成试产;卫蓝新能源2019年在江苏举行了固态电池项目奠基,计划建成年产0.1GWh固态电池生产线;辉能科技称2023年将开始全固态电池试产,2024年全固态电池量产。

此外,北汽集团、比亚迪等传统车企,以及蔚来、天际、爱驰等新造车企业均在固态电池领域有所布局。特别是今年1月9日,蔚来汽车在NioDay上发布首款150kWh固态电池,搭载该电池的蔚来eT7轿车续航里程将超过1000公里的消息,再度点燃了业界对固态电池的关注度。

半固态是方向,大规模商业化仍存疑

在众多企业的争相布局下,固态电池的商业化进程自然成为行业关注的焦点。在日前召开的蓝皮书论坛上,有关“固态电池何时能够实现商业化应用”的话题就引发了一场激烈的讨论。

安驰科技总经理、创始人徐小明表示,2030年之前,纯固态电池很难看到,即便看到真正的固态,至少前三年到五年,其主要应用在消费类电子端,要做到安全性可控且用得起。

据了解,从电池结构本身来讲,使用固体电解质的固态电池具有不可燃、不腐蚀、不挥发、不漏液等优势,可极大确保电池的安全性。同时,用金属锂做负极的固态电池可匹配高电压正极材料,进一步提升能量密度。但也正是由于这一固体形态,固态电池也存在着先天的缺陷。譬如,固态电解质的锂离子迁移效率会直接影响固态电解质的离子电导率,电极与电解质之间的界面阻抗会上升等问题。

考虑到固态电池量产面临的现实困难,以及新能源汽车对高安全、高能量密度动力电池的迫切需求,作为折中方案,行业将混合固液电解质锂电池作为固态电池发展的过渡方案。“半固态电池是具备可行性的,可以解决安全性问题,然后再去提升能量密度。”徐小明说到。

北汽集团副总经理廖振波表示,固混电池当5%-10%是液态的时候,它应该是比较安全的,同时能量密度也满足汽车企业的要求。同时他强调称,在能量密度不降低的情况下,要增强安全性,别去走其他的路线,扎扎实实把固混电池做上去。“我强烈呼吁这些电池企业,不要犹豫了,赶快产业化,给整车企业提供安全可靠的固混电池。”

廖振波之所以发出这样强烈呼吁,归根到底还是动力电池的安全。他说到,目前车企亟需解决的问题已从原来追求的能量密度、成本要素,转变为现在追求的排序为安全、成本、性能的三要素。他还特别提到,成本不仅仅是电池采购成本,还要考虑售后和召回的情况。

新能源汽车自燃现场图

“每年到夏季,新能源汽车就会出现着火事故,汽车召回的比例越来越大。按照中国的召回制度,万分之四的设计安全的质量事故就要召回,这样给整车企业的损失是非常大的,所以现在我们把成本的问题分开,一个是采购成本,再一个是后面的售后服务,包括刚才说的召回服务,所以在安全保障不了的情况下,成本是非常高的,所以整车企业最重要的是讲究安全。”

孚能科技董事长王瑀亦表示,半固态肯定是未来的发展方向,“谁也不愿意在生产电池过程当中有隐患,用了半固态电池,你的工厂再不会出现起火的问题”,终极目标还是要从材料本身去彻底解决这个问题。

不过,在蜂巢能源科技有限公司董事长兼CEO杨红新看来,半固态电池技术虽然解决了可以量产的问题,但是不代表可以大规模商业化。“大规模商业化需要有可工程化的能力支撑它,而且有用户愿意为它买单,现在我们找不到半固态电池的核心卖点在哪里。”杨红新指出,半固态的成本会增加、产线要调整,不过第一代产品对产线的影响不是很大,所以技术问题可以解决并实现量产,但是大规模商业化,还是有相当的不确定性。

钠离子成动力电池技术新突破

整体来看,在诸多限制性因素的影响下,作为折中方案的半固态电池可兼顾液态锂电池和全固态电池的性能优势,最大程度兼容现有工艺、设备及材料,具备量产落地的可能。不过在大规模商业化应用上,其仍存在一定的不确定性。那么,在半固态电池真正实现商业化应用之前,动力电池技术路线还会有哪些新的突破?

“我觉得钠离子电池是非常好的突破,钠离子电池未来很重要的一点是钠的资源比较丰富、成本比较低,另外钠离子电池价格比较便宜,缺点是能量密度比较低。”孚能科技董事长王瑀说到。

今年5月21日,宁德时代董事应对长曾毓群在股东大会上就透露,将于今年7月份左右发布钠离子电池。此举被业内认为是宁德时代锂资源稀缺以及由此带来锂电原材料价格高昂的重要措施。

蜂巢能源科技有限公司董事长兼CEO杨红新表示,“中国锂资源非常匮乏,从战略上应该有一种从原材料方面解决的途径,钠离子电池是特别好的。但是在乘用车上,大规模应用钠离子电池的,至少这几年看,可能挑战还是非常大的,可能会替代部分铅酸和铁锂。”

不过,钠离子电池尚处于产业化初期,安驰科技总经理、创始人徐小明指出,钠离子电池至少在5年之后,配套才会逐渐成熟,因为它重构现有电池整个化学体系。

孚能生产工厂;图片来源:孚能科技

此外,对于目前争论较为激励的三元锂电池和磷酸铁锂电池,孚能科技董事长王瑀坚定表示,三元电池还会成为乘用车主流。“我们希望用三元一半的体积、一半的重量,20分钟充满,释放30度电、50度电,满足需求,这是未来整个方向,人类社会发展还是要技术进步带动人类社会的发展。”他还说到,NCM811的安全是完全可控的,只是现在还没有达到这个水平,从原材料到电池制造到整车控制到预警,现在还做不到,但是未来一定可以做得到。

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