固态电池“上车”倒计时

来源:钛媒体时间:2023-08-24 18:17:50
图片来源:视觉中国

固态电池 " 上车 " 的时间愈发清晰。

继 5 月份成为清陶能源第一大股东后,近日上汽和清陶能源透露,下半年双方将会成立一家合资公司,共同开发新一代固态电池产品。

同时双方宣布,2024 年将通过智己品牌推出搭载清陶第一代固态电池的车型;2025 年新一代固态电池预计将达到 "10 万辆级 " 大规模量产落地。


(资料图片)

此前曾多次跳票的丰田也在前段时间宣布其下一代固态电池将于 2026 年推出,并将在 2027 年在雷克萨斯新车中使用。

而在今年上市的一些新车型上也开始看到固态电池的影子。

6 月份,赛力斯 Seres 5 在欧洲开始交付,其中就搭载了赣锋锂业旗下的的三元固液混合锂离子电池。去年 1 月,赣锋锂业与东风汽车合作开发的首批 50 辆东风 - 赣锋高比能固态电池车也曾完成了交付。

蔚来在 7 月份也更新了用户手册,全新 ES6、ET7、ES7、ET5、EC7 和 ET5 旅行版等 6 款车型的手册中都添加了关于 150kWh 固态电池包的信息。

基于安全和能量密度优势,固态电池目前已成为动力电池的重要发展方向,吸引诸多车企、电池厂商持续加码布局。固态电池上车,意味着较低成本的规模量产。总结各家的时间表发现,大多集中在 2025-2027 年左右,时间表逐渐清晰,是否意味着背后的技术、成本等问题已经解决了?

固态还是半固态?

从各家即将上车的产品中我们能看到 " 半固态电池 "、" 固态电池 "、" 全固态电池 " 等诸多概念。

比如蔚来的 150kWh 电池包是半固态电池;国轩高科去年 5 月份发布的是单体能量密度达到 360Wh/kg 的三元半固态电池;丰田的则是全固态电池 ......

清陶能源公布的第三代固态电池产品中,前两代均为半固态电池。其中,第一代固态电池含有 5%-15% 的液体,第二代则将液体含量降至 5% 以下,而 2027 年量产的第三代则完全不包含液体,也就是固态电池。

为什么会出现这么多的概念?

固态电池和液态电池的差别关键是固态电解质材料。但是,由液体换成固体,听起来简单,但实际上会带来电池生产制成工艺、生产材料、设备工艺等诸多环节的大改变。

从技术角度来说,固态电池中所有的固态材料挤在一起是硬碰硬的状态,如果界面接触的不充分,离子从一个颗粒传导到另一个颗粒的阻抗一定比液态电池大,这个反馈到整个电池上就会出现电池的内阻变得比原来大的情况。

目前,可以通过两个手段解决这一问题:第一个是加强材料的处理能力,让界面越来越完整,接触越来越充分。

第二则是在材料选择过程中,根据不同类型的材料,结合不同的材料体系、物理性能做复合,最终形成一种复合材料。其中,有无机的材料部分更多为了弥合界面的接触,无机的材料部分主力传导离子。

然而,任何事情都没有完美和绝对,即使利用了复合材料的方法,并且让材料加工处理不断精细化,也并不一定会完美解决问题,所以在当前阶段,研发企业就增加了一部分浸润的液体,作为全固态电池的一种过渡形态,才有了 " 半固态电池 " 的概念。

清陶能源总经理李峥告诉钛媒体 App," 作为新的赛道,不可能某个时间节点一次性的推出完美的解决方案,还是通过推出一个产品,结合市场不断提高制造能力、材料性能,不断升级、提高性价比,最终实现更加远期的目标。‘从液态到半固态再到固态’的渐进式发展路线,对于中国产业化的过程是一种更加切实可行、有效的策略。"

成本或将于 2027 年实现突破

在车企和动力电池厂商们宣传口径中,半固态电池的优势是能量密度、安全性都更高。

比如卫蓝新能源交付给蔚来的半固态电池单体能量密度 360Wh/kg;太蓝新能源 CEO 李彦透露,其公司现阶段量产的半固态产品,其能量密度可以做到 350Wh/kg 至 400Wh/kg;清陶能源的第一代固态电池的最高能量密度是 420Wh/kg。

但问题是,从目前的数据来看,当前液态电池与固态电池之间的能量密度差距并不算突出。比如今年国轩高科就公布了自己的磷酸锰铁锂电池,能量密度为 240Wh/kg,在不使用三元材料的情况下,也能实现 1000 公里续航。如果再加上成本的权衡,那固态电池的优势会进一步被抵消掉。

蔚来的联合创始人兼总裁秦力洪就曾透露,150kWh 固体电池包当下所面临的最大难题就是制造成本过高,其成本甚至与一辆蔚来 ET5(约 33 万)相当。

不过,蔚来也为消费者提供了不同的模式,消费者可以选择租赁该电池包,仅需按月支付电池租赁服务费用。业内有观点就认为,蔚来或许希望通过电池租赁模式,解决用户使用固态电池成本高昂的难题。

车企可以通过模式上的调整来弥补成本的问题,但作为一家材料研发公司,清陶能源的降本思路则是集中体现在生产制造和工艺创新上。

在 2018 年,清陶能源通过资本并购的形式,形成了设备的生产能力。把行业内积累生产制造的经验、产业链整合的经验整合到团队里来,保证在设计源头就将成本纳入考量范围中。其次,在生产制造过程当中把握住材料成本、材料的损耗率等环节,也可以实现降本。

据官方透露,清陶能源第一代固态电池成本与液态锂电池相当,第二代固态电池的成本则会相较液态锂电池平均下降 20%,预计于 2027 年量产的第三代固态电池的成本会继续下降,平均下降 40%。

与清陶能源固态电池电池量产时间表几乎类似的丰田,其计划要在 2027 年投入使用的全固态电池,由于零件数量可控制在四分之一到五分之一之间,成本也可降低 40% 左右。

不过在当前,中信证券报告显示,国内部分厂商披露半固态电芯成本在 3 元 /Wh 左右。和现有的液态电池体系作对比,固态电池如试图取得单位能量的成本优势,需要同时在固体电解质降本减量、电极适配、电池制造等方面取得显著进展。

一项新技术的诞生,往往需要经历大规模应用的检验,实现成本、技术与市场接纳度的平衡。

就像李峥所说,一个技术真正走向市场,被市场接受,不仅仅是技术问题,还有商业问题,价格、成本是不是也能被市场接受,这就涉及到大量的参数平衡。

(本文首发钛媒体 App,作者|韩敬娴,编辑|张敏)

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