聯系我們
——
咨詢與建議
——
友(yǒu)情鏈接
——
區(qū)塊鏈是500年來(lái)金融領域最偉大(dà)的發明(míng)
——華爾街(jiē)日報 2015.1.24-25
行(xíng)業資訊
——
News centre
電(diàn)動車(chē),沒有(yǒu)新革命
我們會(huì)成為(wèi)下一個(gè)甯德時(shí)代”。
一位固态電(diàn)池企業研發負責人(rén)在與虎嗅交流時(shí),對公司研發出固态電(diàn)池後的場(chǎng)景作(zuò)出暢想。
行(xíng)業設想中的固态電(diàn)池,可(kě)以破除液态電(diàn)池車(chē)的裏程焦慮、充電(diàn)焦慮、安全性等多(duō)方面的桎梏。
“充放電(diàn)上(shàng)萬次不衰竭,電(diàn)池的壽命可(kě)以比人(rén)的壽命還(hái)長,充滿電(diàn)隻要幾秒(miǎo)鍾,而且能量密度能到700Wh/kg”。固态電(diàn)池,因遠超液态锂電(diàn)池的性能表現,被汽車(chē)、儲能等行(xíng)業視(shì)為(wèi)下一次産業革命的核心。
大(dà)衆汽車(chē)電(diàn)芯中心負責人(rén)弗蘭克·布洛梅将固态電(diàn)池描述為(wèi)锂離子等效電(diàn)池的“終結者”,是可(kě)控核聚變實現之前,人(rén)類能源設備發展的終點。
從美國橡樹(shù)嶺國家(jiā)實驗室、中科院到豐田汽車(chē)、甯德時(shí)代、松下以及Solid Power等創業公司,整個(gè)新能源産業最聰明(míng)的一群人(rén),都在攻克這件事。
锂電(diàn)池“祖師(shī)爺”,諾獎得(de)主古德納夫
“第一個(gè)造出來(lái)的人(rén),就是新能源産業的普羅米休斯”,前述人(rén)士說。他認為(wèi)自己在做(zuò)一件偉大(dà)且市場(chǎng)潛力巨大(dà)的事情。這件事情的影(yǐng)響力相當于,煉出長生(shēng)不老藥,然後用感冒藥的價格賣給所有(yǒu)人(rén)。“這很(hěn)酷,沒有(yǒu)人(rén)會(huì)拒絕為(wèi)這玩意兒買單”。
行(xíng)業龍頭争分奪秒(miǎo),期望在下一次産業革命中拔得(de)頭籌。一些(xiē)公司重新給出了固态電(diàn)池裝車(chē)的時(shí)間(jiān)線,豐田認為(wèi)是2030年,甯德時(shí)代給出的時(shí)間(jiān)線在2025年左右,LG化學和(hé)QuantumScape的時(shí)間(jiān)線在2024年。此外,寶馬、福特等車(chē)企均表示将在2025年前後推出搭載固态電(diàn)池的原型車(chē)。
餅很(hěn)大(dà),看起來(lái)很(hěn)香,但(dàn)不是所有(yǒu)人(rén)都吃(chī)得(de)下。一位投資人(rén)給這個(gè)夢想破了一盆冷水(shuǐ),“我們不會(huì)投資隻做(zuò)全固态電(diàn)池的公司,那(nà)是在賭博”。
“蔚來(lái)發布150度電(diàn)池之後,我們的投資人(rén)隔三岔五就問我們進度,我們想告訴投資人(rén)他們是在吹牛,但(dàn)是也說不出口,我們隻有(yǒu)十幾條測試線,電(diàn)池充放電(diàn)一次好幾個(gè)小(xiǎo)時(shí),測試一千次就得(de)一兩個(gè)月,哪有(yǒu)這麽快”,另一位固态電(diàn)池公司內(nèi)部人(rén)士對虎嗅表示,類似的測試電(diàn)池充放電(diàn)壽命的産線,甯德時(shí)代有(yǒu)上(shàng)千條。
“在我們看來(lái),他們的技(jì)術(shù)路線是有(yǒu)問題的,而且他們在實驗室階段就燒了好幾次,他們內(nèi)部現在也很(hěn)焦慮”,這位人(rén)士透露了他了解到的為(wèi)蔚來(lái)汽車(chē)提供150度電(diàn)池的某企業的研發現狀。
固态電(diàn)池是L5級自動駕駛以外,汽車(chē)産業最大(dà)的一張餅。自動駕駛描述了一個(gè)将人(rén)類從出行(xíng)的繁雜中解放出來(lái)的故事,固态電(diàn)池的故事則改變了人(rén)類儲存能量的方式。二者都屬于“一勞永逸”的技(jì)術(shù),但(dàn)在實現難度上(shàng),比登月還(hái)高(gāo),至少(shǎo)人(rén)類已經成功登月,而固态電(diàn)池還(hái)停留在實驗室階段。
處于固态電(diàn)池研發最前沿的那(nà)批科學家(jiā),互相熟知,甚至有(yǒu)些(xiē)是師(shī)兄弟,他們時(shí)常彼此傳遞進展。其中的一位對虎嗅表達了悲觀的态度:“造不出來(lái),或者說能造出來(lái)一個(gè)性能不太行(xíng)的,汽車(chē)用不了”。
“固态電(diàn)池裝車(chē)是我們的畢生(shēng)夢想”。
為(wèi)什麽造不出來(lái)?
整個(gè)固态電(diàn)池的發展史,由多(duō)數(shù)的失敗、妥協和(hé)少(shǎo)部分的堅持寫就。
2017年,美國電(diàn)動車(chē)公司Fisker發布了一項剛完成申請(qǐng)的固态锂電(diàn)池專利:充電(diàn)1分鍾,續航800公裏。這個(gè)技(jì)術(shù)指标在現在依然是駭人(rén)聽(tīng)聞的。
創始人(rén)Henrik Fisker在接受采訪時(shí)信誓旦旦地表示,固态锂電(diàn)池會(huì)在2023年量産,價格隻有(yǒu)锂電(diàn)池的三分之一。2018年,Henrik Fisker表示,公司攻克了固态電(diàn)池難題,最終設計(jì)将在數(shù)月內(nèi)公布。
但(dàn)到了2021年,Henrik Fisker表示,已徹底放棄固态電(diàn)池計(jì)劃。
“這是一種這樣的技(jì)術(shù),當你(nǐ)覺得(de)已經完成了90%,幾乎達到目标時(shí),然後你(nǐ)意識到剩下的10%比前面的90%困難得(de)多(duō)。因此現在,我們完全放棄了固态電(diàn)池,因為(wèi)真的無法落地。”Henrik Fisker說,“我個(gè)人(rén)認為(wèi),不管是哪種形式的量産,固态電(diàn)池都至少(shǎo)還(hái)需要7年。”
Fisker的“頭鐵(tiě)”,導緻了最終的失敗。在固态電(diàn)池賽道(dào),更多(duō)的創業者,選擇妥協。
做(zuò)混合锂金屬電(diàn)池的公司SES創始人(rén)胡啓朝向虎嗅描述了另一個(gè)探索下一代電(diàn)池技(jì)術(shù)路線的故事。
胡啓朝的導師(shī)在1996年至2012年都在做(zuò)固态電(diàn)池的研究工作(zuò)。胡啓朝自己的博士論文,也是全固态電(diàn)池研究。在2012年創業以後,他發現全固态的金屬電(diàn)池仍存在諸多(duō)基礎問題,比如正負極界面抗阻、锂離子導電(diàn)率問題等。
這些(xiē)問題讓固态電(diàn)池的充放電(diàn)性能及壽命大(dà)打折扣。
“做(zuò)科研的人(rén)說話(huà)不會(huì)太絕對,但(dàn)全固态電(diàn)池很(hěn)難做(zuò)出來(lái),我們遇到的問題是基礎性的化學問題,這類問題不是可(kě)以靠時(shí)間(jiān)去解決的”,他說。
彼時(shí),類似SES這樣的創業公司都選擇切換技(jì)術(shù)路線。原因很(hěn)簡單,投資方可(kě)以允許創業公司去挑戰工藝難題,但(dàn)基礎科學層面的問題,投資方無法接受。基于資方建議及自身發展考慮,胡啓朝最終選擇放棄固态電(diàn)池路線,去做(zuò)混合锂金屬電(diàn)池。
“可(kě)能需要十個(gè)愛(ài)因斯坦這樣的人(rén)物,而不是找十個(gè)成熟的科學家(jiā),才能解決這些(xiē)基礎化學層面的問題,現在元素周期表上(shàng)的東西都試了一遍,解決基礎問題等于在元素周期表上(shàng)增加其他的元素”,前述人(rén)士對虎嗅表示,現有(yǒu)的化學體(tǐ)系無法突破固态電(diàn)池的瓶頸。
在這樣的前提下,除了部分擁有(yǒu)少(shǎo)數(shù)關鍵專利的創業公司,其他多(duō)數(shù)創業公司都将固态電(diàn)池的研發作(zuò)為(wèi)第二方案。而最根本的基礎化學問題研究,主要在科研機構和(hé)巨頭公司中進行(xíng)。
囿于基礎化學瓶頸,固态電(diàn)池研發機構在最基礎的技(jì)術(shù)路線上(shàng)都沒有(yǒu)達成共識。
當前,固态電(diàn)池的技(jì)術(shù)路線分為(wèi)聚合物、硫化物及氧化物路線。其中,歐美企業側重于氧化物和(hé)聚合物技(jì)術(shù)路線;中國企業側重于氧化物技(jì)術(shù)路線;日韓偏重硫化物技(jì)術(shù)路線。
這三個(gè)技(jì)術(shù)路線都存在相應的技(jì)術(shù)難題。聚合物電(diàn)解質需要加熱到60℃才可(kě)以獲得(de)足夠的導電(diàn)率;氧化物電(diàn)解質中锂離子的電(diàn)導率比液态要低(dī)很(hěn)多(duō);硫化物電(diàn)解質中的锂離子導電(diàn)率跟液态相近但(dàn)是易氧化産生(shēng)有(yǒu)毒氣體(tǐ)。
除了電(diàn)解質難造外,固态電(diàn)池的問題還(hái)包括循環性能差、固固界面的反應機理(lǐ)及機制(zhì)問題,以及锂負極的可(kě)充性等等。
當前,在業內(nèi)看來(lái)最有(yǒu)可(kě)能率先量産固态電(diàn)池的企業是豐田汽車(chē),豐田擁有(yǒu)全世界最多(duō)的固态電(diàn)池專利,僅豐田一家(jiā)的專利數(shù)量及質量就遠超中國之和(hé)。
早在2017年12月,豐田就曾表示将在2020年初開(kāi)始生(shēng)産固态電(diàn)池,但(dàn)是在2019年,豐田研發部負責人(rén)寺重茂樹(shù)表示,豐田隻會(huì)在東京奧運會(huì)技(jì)術(shù)展中推出一款使用固态電(diàn)池供電(diàn)的電(diàn)動汽車(chē),且在2030年之前不會(huì)銷售使用固态電(diàn)池的車(chē)輛(liàng)。
豐田此前展出的固态電(diàn)池樣品
他說:“我們将生(shēng)産配備固态電(diàn)池的汽車(chē),并在2020年展示該産品,但(dàn)批量生(shēng)産固态電(diàn)池的時(shí)間(jiān)将稍晚一些(xiē)。”
但(dàn)到了2022年,豐田的全固态電(diàn)池車(chē)也遲遲沒有(yǒu)亮相。“豐田采用的技(jì)術(shù)路線是性能天花(huā)闆最高(gāo)的,但(dàn)豐田也沒有(yǒu)解決硫化物容易産生(shēng)有(yǒu)害氣體(tǐ)的問題”,前述人(rén)士對虎嗅表示。
除了豐田外,目前對外宣布固态電(diàn)池研發進展的公司,也普遍遭受質疑。“比如QuantumScape聲稱自己通(tōng)過陶瓷材料解決了锂枝晶問題,但(dàn)從我們拿(ná)到的樣品中,這個(gè)解法又出現了新的問題,陶瓷的導電(diàn)性是很(hěn)差的”。
而國內(nèi)的贛鋒锂業、輝能科技(jì)等公司,在此前也遇到固态電(diàn)池的研發難題。其中,贛鋒锂業在2020年業績說明(míng)會(huì)上(shàng)曾宣布其研發的第二代固态電(diàn)池能量密度超350Wh/kg,循環壽命接近400次。
但(dàn)事實上(shàng),400次的循環壽命連國标的一半都沒達到,更不用提量産裝車(chē)。而清陶能源、輝能科技(jì)等固态電(diàn)池企業的産品,在循環壽命或充放電(diàn)性能上(shàng)都存在較大(dà)的難題無法突破。
“這些(xiē)問題看似差之毫厘,實際上(shàng)失之千裏,現在市面上(shàng)的公司都是報喜不報憂,比如那(nà)些(xiē)不敢公開(kāi)自己體(tǐ)積數(shù)據的電(diàn)池,體(tǐ)積上(shàng)常常都是有(yǒu)問題的,看起來(lái)重量能量密度很(hěn)好看,但(dàn)是能量和(hé)功率除以提及,性能就很(hěn)難看了,拿(ná)充放電(diàn)性能說事的,又回答(dá)不了能量密度的問題”,前述人(rén)士表示。
“電(diàn)池量産裝車(chē)是需要給出A、B、C三種樣品的,這些(xiē)樣品需要一至兩年的時(shí)間(jiān)去驗證可(kě)靠性才會(huì)裝車(chē),如果一個(gè)企業說自己2025年之前可(kě)以裝車(chē),那(nà)麽目前肯定已經完成了實驗室階段的研發工作(zuò),但(dàn)據我了解,現在多(duō)數(shù)電(diàn)池企業在實驗室中造出來(lái)的固态電(diàn)池,性能還(hái)沒達到樣品的标準”。
“現在與之前最大(dà)的不同是,固态電(diàn)池技(jì)術(shù)已經取得(de)了進步,人(rén)們已經發現了阻礙其商業化的問題,這足以讓我們感到樂觀”,一位更加樂觀的人(rén)士認為(wèi),至少(shǎo)業內(nèi)已經知曉固态電(diàn)池面臨的困難,剩下的隻要解決問題就行(xíng)。
不過,這位人(rén)士并未告知虎嗅,解決問題需要多(duō)久。
造出來(lái)就用得(de)起嗎?
制(zhì)造出全固态電(diàn)池這個(gè)“長生(shēng)不老藥”隻是第一步,汽車(chē)行(xíng)業需要“長生(shēng)不老藥”變成白菜價。
“我本科的時(shí)候,我的老師(shī)就告訴我,汽車(chē)制(zhì)造的研發是最難的,航天、半導體(tǐ)這樣的領域看似技(jì)術(shù)壁壘高(gāo),但(dàn)是他們可(kě)以不計(jì)成本去研發,汽車(chē)不行(xíng),成本和(hé)使用壽命至關重要”,一位固态電(diàn)池研發工程師(shī)對虎嗅表示。
據該人(rén)士透露,目前部分頭部公司的固态電(diàn)池産品已可(kě)以在手機、無人(rén)機等領域應用,但(dàn)在汽車(chē)領域應用仍面臨諸多(duō)技(jì)術(shù)難題和(hé)工程問題。
首先是電(diàn)池壽命。手機等3C産品對電(diàn)池充放電(diàn)壽命的要求約為(wèi)600次,無人(rén)機則是200次,不考慮造價的情況下,現有(yǒu)的固态電(diàn)池樣品可(kě)在性能上(shàng)滿足使用要求。但(dàn)在汽車(chē)領域,國标對動力電(diàn)池的壽命要求是1000次以上(shàng)。且僅達到國标的固态電(diàn)池,是無法與充放電(diàn)壽命超過3000次的锂電(diàn)池競争的。
這其中還(hái)面臨如何将電(diàn)池尺寸做(zuò)大(dà)、集成的問題。“我們現在隻能做(zuò)出單片的樣品,但(dàn)是最終做(zuò)成電(diàn)池組和(hé)電(diàn)池包會(huì)面臨新的技(jì)術(shù)難點,就像搭積木一樣,你(nǐ)有(yǒu)一塊積木了,還(hái)需要繼續考慮怎麽把積木搭成房(fáng)子”。
另一點就是制(zhì)造的難題。通(tōng)常情況下,現有(yǒu)的锂電(diàn)池存在尺寸、材料的不同,但(dàn)不同的電(diàn)池産品生(shēng)産線的共用率可(kě)以達到60%。全固态電(diàn)池是一個(gè)新的體(tǐ)系,如何去設計(jì)一條自動化的固态電(diàn)池生(shēng)産線,是橫亘在所有(yǒu)人(rén)面前的難題。
以固态電(diàn)池等下一代所采用的锂金屬材料為(wèi)例,該材料對空(kōng)氣中的水(shuǐ)分和(hé)氧化性分組極為(wèi)敏感,反應産生(shēng)的絕緣物體(tǐ)會(huì)直接影(yǐng)響成品的電(diàn)化學性能。更嚴重的是,如果锂金屬材料不慎與水(shuǐ)接觸,會(huì)發生(shēng)劇(jù)烈的産熱反應引發爆燃。
QuantumScape 的固态電(diàn)池樣品,薄如紙
這使得(de)锂金屬對運輸、儲存和(hé)加工過程的操作(zuò)工藝、設備及環境要求非常嚴格。“意思就是,固态電(diàn)池所需的材料需要在真空(kōng)中制(zhì)備,甚至在部分化學氣體(tǐ)中才能制(zhì)備,且對溫度等條件的要求極高(gāo)”。
而另一樣可(kě)以提升固态電(diàn)池穩定性的元素鉑,則一直被業內(nèi)認為(wèi)是不适合大(dà)規模量産與應用的元素,因為(wèi)成本過高(gāo)。此外,富锂正極等材料,雖然已成為(wèi)業內(nèi)對技(jì)術(shù)路線的共識。但(dàn)目前基本停留在,知道(dào)要用這個(gè),不知道(dào)如何規模化的階段。
甯德時(shí)代創始人(rén)曾毓群也曾在接受采訪時(shí)表示,全固态電(diàn)池所需的固态電(diàn)解質中離子擴散速度僅為(wèi)電(diàn)解液的十分之一,若要提升能量密度隻能将固态顆粒納米化,這也是固态電(diàn)池帶來(lái)的工藝難題。
這位人(rén)士透露,搭建一條這樣嚴苛的固态電(diàn)池産線,是一個(gè)系統性工程,除了需要多(duō)制(zhì)造環節進行(xíng)優化設計(jì),還(hái)需要設計(jì)新的制(zhì)造設備。
對于豐田、寶馬等制(zhì)造業巨頭而言,固态電(diàn)池新生(shēng)産線的研發或許可(kě)以如期實現 ,但(dàn)對于缺乏從頭開(kāi)始制(zhì)造關鍵零部件能力的初創企業而言,制(zhì)造的關卡就是死穴。
這些(xiē)因素,共同推高(gāo)了固态電(diàn)池的成本。
上(shàng)世紀九十年代,美國橡樹(shù)嶺國家(jiā)實驗室造出全固态薄膜電(diàn)池的電(diàn)解質時(shí),就有(yǒu)人(rén)測算(suàn)過相關材料量産後的造價。“按目前一輛(liàng)電(diàn)動車(chē)的70度電(diàn)算(suàn),足夠裝備一輛(liàng)車(chē)的早期全固态薄膜電(diàn)池造價超過4億美元”,前述人(rén)士說。
即便制(zhì)造工藝改進後,全固态薄膜電(diàn)池的造價依舊(jiù)超過三元锂電(diàn)池數(shù)十倍。
“我們現在在實驗室環境中做(zuò)的一小(xiǎo)片樣品,就要好幾萬,最終的成品我們估算(suàn)規模起來(lái)之後成本也在150-200萬元”,前述固态電(diàn)池研發人(rén)員對虎嗅表示。
而目前裝備在主流消費市場(chǎng)電(diàn)動車(chē)中的電(diàn)池,最高(gāo)成本也很(hěn)少(shǎo)會(huì)超過 15 萬。
目前,汽車(chē)行(xíng)業普遍認為(wèi),在固态電(diàn)池量産後,汽車(chē)用的動力電(diàn)池将會(huì)出現分化。高(gāo)售價的豪華車(chē)型采用造價極高(gāo)的固态電(diàn)池,中低(dī)端車(chē)型采用三元锂電(diàn)池和(hé)磷酸鐵(tiě)锂電(diàn)池。
但(dàn)這樣的設想也仍需固态電(diàn)池實現降本,盡管這是一個(gè)剛性問題,隻能通(tōng)過燒錢(qián)解決。
“我們多(duō)久能達到大(dà)規模生(shēng)産,隻是投資多(duō)少(shǎo)的問題。”一位美股分析師(shī)曾表示,“以芯片制(zhì)造為(wèi)例,大(dà)多(duō)數(shù)限制(zhì),包括那(nà)些(xiē)曾經被說成是技(jì)術(shù)上(shàng)不可(kě)能的限制(zhì),都已經通(tōng)過增加資金來(lái)克服。最近電(diàn)動汽車(chē)市場(chǎng)的增長意味着,現在可(kě)以分配更多(duō)的資金将固态電(diàn)池推向市場(chǎng)。”
但(dàn)再造一個(gè)颠覆性行(xíng)業,所需的資金并不等同于研發一個(gè)新産品。2021年,豐田就表示,将固态電(diàn)池領域持續投入135億美元資金,寶馬、福特等車(chē)企都選擇押注擁有(yǒu)少(shǎo)量專利的創業公司。而在國內(nèi),在液态電(diàn)池領域處于領先地位的甯德時(shí)代、比亞迪等企業也在持續投入。
這個(gè)過程存在運氣,沒人(rén)知道(dào)電(diàn)池領域的愛(ài)因斯坦會(huì)在哪裏,唯一的辦法是通(tōng)過燒錢(qián)去提高(gāo)成功的概率。“沒人(rén)有(yǒu)十足的把握,也沒人(rén)想放棄,就繼續燒呗,固态電(diàn)池的燒錢(qián)能力可(kě)不弱于航天”,一位投資人(rén)對虎嗅表示。
沒有(yǒu)固态電(diàn)池,電(diàn)動車(chē)也能發展
電(diàn)池能量密度的提升不同于集成電(diàn)路容量的增長模式,儲能電(diàn)池的能量密度提升是台階式的,當新的電(diàn)池材料體(tǐ)系确定時(shí),電(diàn)池的理(lǐ)論能量密度就已經确定。因此,隻有(yǒu)發明(míng)出新的材料體(tǐ)系,電(diàn)池能量密度的飛躍才有(yǒu)可(kě)能實現。
上(shàng)一次電(diàn)池材料體(tǐ)系的更替,是锂電(diàn)池出現并超越鉛酸電(diàn)池。也正因為(wèi)锂電(diàn)池應用,我們才得(de)以告别“大(dà)哥(gē)大(dà)”,用上(shàng)智能機。
但(dàn)是,固态電(diàn)池沒戲,電(diàn)動車(chē)就不發展了嗎?當然不是。
目前,液态锂電(diàn)池的能量密度仍以每年約10%的速度提升。
2021年初,甯德時(shí)代中國區(qū)乘用車(chē)解決方案部總裁項延火(huǒ)就曾表示,甯德時(shí)代計(jì)劃通(tōng)過對磷酸鐵(tiě)锂材料體(tǐ)系的設計(jì)與挖掘,将磷酸鐵(tiě)锂電(diàn)池的能量密度提升至200Wh/kg-230Wh/kg。
此外,比亞迪也曾表示磷酸鐵(tiě)锂電(diàn)池材料仍有(yǒu)提升空(kōng)間(jiān),在單體(tǐ)能量密度上(shàng)也會(huì)通(tōng)過材料體(tǐ)系和(hé)工藝的優化繼續提升。
工信部此前給出的動力電(diàn)池性能提升指引
但(dàn)從甯德時(shí)代的表态來(lái)看,磷酸鐵(tiě)锂電(diàn)池未來(lái)能量密度的提升将更多(duō)從電(diàn)芯結構入手。據項延火(huǒ)介紹,甯德時(shí)代目前正在開(kāi)發第二代平台化的CTP電(diàn)池系統,計(jì)劃于2022年-2023年投放市場(chǎng)。
磷酸鐵(tiě)锂這條技(jì)術(shù)路線上(shàng),未來(lái)的終極解決方案或許是類似于甯德時(shí)代CTC(Cell To Pack,将電(diàn)芯集成到電(diàn)池包)技(jì)術(shù)的電(diàn)芯結構。甯德時(shí)代預計(jì)于2025年在車(chē)輛(liàng)上(shàng)應用CTC技(jì)術(shù)。
簡單來(lái)說,這樣的思路還(hái)是非常粗暴,就是電(diàn)池既然增長不多(duō),那(nà)就想辦法在保證安全的前提下說往車(chē)裏塞盡可(kě)能多(duō)的電(diàn)池。
磷酸鐵(tiě)锂前途未蔔,改進三元锂電(diàn)池材料成為(wèi)另一條突圍路徑。當前,LG化學與甯德時(shí)代等廠商都在探索超高(gāo)鎳三元锂電(diàn)池,四元電(diàn)池及811電(diàn)池就是這條技(jì)術(shù)路線的産物。通(tōng)過提高(gāo)三元锂電(diàn)池中鎳元素的比例,可(kě)以将電(diàn)池能量密度進一步提升并降低(dī)原材料成本。
據一位接近甯德時(shí)代的人(rén)士測算(suàn),未來(lái)超高(gāo)鎳電(diàn)池能量密度有(yǒu)望到達350Wh/kg。但(dàn)在鎳含量超過 90% 後,電(diàn)池的熱穩定性會(huì)迅速下降,同時(shí)容量保持率也開(kāi)始下降。也就是安全性降低(dī)、更容易衰減。
當前,改善高(gāo)鎳三元電(diàn)池安全性的主要方式是提升其結構穩定性。通(tōng)過用鎂、钛等元素摻雜和(hé)金屬氧化物的包覆以穩定電(diàn)池的層結構。但(dàn)這個(gè)解決方案并不完美,摻雜和(hé)包覆用量多(duō)會(huì)很(hěn)大(dà)程度降低(dī)材料的容量,過少(shǎo)就不能很(hěn)好地穩定材料的結構,因此無法從根本上(shàng)解決高(gāo)鎳三元材料的安全性問題。
在這樣的情況下,一個(gè)既能保持電(diàn)芯能量密度又可(kě)兼顧安全性的過渡性方案出現了--固混電(diàn)池。通(tōng)過将電(diàn)池中的電(diàn)解液換成固态電(diàn)解質與電(diàn)解液混合的狀态,可(kě)大(dà)幅提升電(diàn)池的安全性。
據前述人(rén)士介紹,當電(diàn)解液占整體(tǐ)電(diàn)解質的5%-10%時(shí),動力電(diàn)池的安全問題可(kě)基本解決。但(dàn)如何提高(gāo)固混電(diàn)池的能量密度仍是個(gè)難題。“電(diàn)解液的密度接近水(shuǐ)的密度,但(dàn)固态電(diàn)解質的密度比電(diàn)解液大(dà)很(hěn)多(duō),如果在相同體(tǐ)積的電(diàn)池中加入固态電(diàn)解質,電(diàn)池的重量就會(huì)增加,同時(shí)意味着單位質量的能量密度降低(dī)”,他說。
但(dàn)如果锂金屬材料可(kě)以順利應用,固混電(diàn)池的能量密度問題就會(huì)迎刃而解。短(duǎn)期內(nèi),液态锂電(diàn)池還(hái)未到達性能天花(huā)闆。電(diàn)動車(chē)技(jì)術(shù)隻會(huì)在液體(tǐ)锂電(diàn)池到達天花(huā)闆且固态電(diàn)池沒辦法商業化時(shí),才會(huì)陷入停滞。
革命性技(jì)術(shù)的發展不會(huì)一蹴而就。在固态電(diàn)池量産以前,我們還(hái)會(huì)看到特斯拉的4680電(diàn)池,甯德時(shí)代與LG的超高(gāo)鎳電(diàn)池。有(yǒu)人(rén)會(huì)将這樣的改進技(jì)術(shù)視(shì)為(wèi)液态電(diàn)池“回光返照”。但(dàn)在10年前,液态電(diàn)池的進步也是超出想象的。固态電(diàn)池的設想能否實現,仍需要時(shí)間(jiān)去解答(dá)。
“我們相信固态電(diàn)池會(huì)被放進車(chē)裏,這也是我們一直堅持到今天的原因”。
參考資料:
《固态電(diàn)池真正上(shàng)車(chē)還(hái)要多(duō)久》--李文博
《全固态薄膜電(diàn)池研究進展》--吳勇民
《動力電(diàn)池技(jì)術(shù)發展瓶頸分析及建議》--張微
《電(diàn)動汽車(chē)新一代動力電(diàn)池的研究現狀》--陶思成