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固态电池已经进入了快速突围阶段,也就是要达到量产和应用了。不过由于此前国外的一些车企在固态电池的应用上频繁“放鸽子”,导致公众对固态电池产生了一种狼来了似的怀疑态度。
有观点就认为,固态电池只是一些企业吹出来的风,甚至还有观点认为固态电池根本发展不出来。实际的情况究竟怎么样?固态电池到底发展到了何种程度?什么时候会大规模应用的?
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固态电池明后年将开始量产
今年6月份,国内电池企业亿纬锂能正式对外宣布,明年计划实现固态电池工艺的突破,推出全固态电池1.0版本,到2028年可以推出全固态电池2.0版本。
这一计划比宁德时代的量产目标提前了整整一年。之前多方消息显示,宁德时代的全固态电池量产大概率会从2027年开始。
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7月份,宁德时代的高管在接受媒体采访时也曾表示,目前固态电池行业发展资本的热度高于产业的热度,电池真正的商业化时间可能较长。如果按照这种说法,宁德时代2027年的量产恐怕也不会大规模铺开。
企业的高层坦言,2027年只是小规模量产,而要完成相关供应链的成熟发展,至少需要三~五年的时间。在业内人士看来,要到2030年前后,全固态电池的发展才能真正的规模化,大规模的普及,则要到2030年以后了。
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业内人士的这种说法在持怀疑论观点的人看来,完全就是推脱时间,恰恰说明全固态电池根本发展不起来。因为,日本的车企丰田在此之前也曾表示,他们已经确定了全固态电池的应用时间表,可是每一次都没有真正落实。
丰田说话不算数,难道国内的电池企业也会如此?情况肯定不是这样,因为有一点可以肯定,全固态电池绝对是下一代电池技术的重要发展方向,而且行业内都普遍认为目前距离规模化应用只剩一步之遥了。
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为什么是全固态电池引领技术发展?
不管是目前的液态电池,还是出现的半固态电池以及未来的全固态电池,这三者都属于锂电池。从名称上就能够看出来,固态电池和液态电池的区别就在于电池内部传输锂离子的“载体”不一样。
液态锂电池的电解液能够保证锂离子在正负之间顺畅移动。这些液体的成分主要是锂盐加上有机溶剂。这种电池最大的缺陷就是温度一旦失控,极易引发燃烧甚至是爆炸。
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而且电池在使用一段时间后,内部会产生锂晶枝,这种像树杈一样的异生物一旦刺穿隔膜,就会导致正负极接触,从而出现点短路。这样的安全隐患一直困扰着技术人员。国内电池企业在电池结构层面做了多项革新,风险得到了最大程度的缓解,但是却不能够从根本上改变液态锂电池的本质。
这就是为什么在技术层面,研究人员要重点发展全固态的电解质,一旦电解质变成了固态,完全不用担心引燃问题,电池本身的安全自然也就得到了极大的飞跃。
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固态电池的工作原理和液态电池基本一样,唯一的区别就是电解质的不同。一旦使用固体,电解质本身就具备隔离正负极的功能,因此不需要另外添加隔膜。
至于半固态电池,则是介于液态电池和固态电池之间,在技术上属于一种过渡性方案。这类电池的电解质成分,有5%~15%的比例依旧是液态电解质。换句话说,这就是全固态电池技术还不完全成熟的代替方案。
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截止到目前,半固态电池也只有一部分进入了量产装车阶段,说明技术的成熟度还不够高。而液态电池则不一样,由于应用时间较长,不但技术成熟,而且形成了完整的产业链,所以制造成本相对更低。
那这是不是意味着全固态电池真的发展不起来呢?事实恰恰相反,技术上需要做的功课已经差不多了,目前主要面临的问题是产业链和制造成本。
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最关键的6项难题已经解决
由于材料不同,全固态电池一旦大规模应用,在材料体系乃至制造工艺上将是全方位的革新。业内人士指出,包括产业化在内,相关的技术挑战至少有172项,其中最关键的有6项难题。
大致来看,这6项难题分别是固固界面、材料的稳定性、致密化问题、制备过程中的安全、成本问题、电池包集成问题。其中最关键的是第一个问题,直接影响到锂离子传输效率以及电池的循环寿命。
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这个问题关乎着全固态电池能否从理论变成现实,如果不能够有效解决,全固态电池就只是一个理论,而无法产业化。不过截止到目前,这一问题已经彻底解决,而且还是由国内的研究团队解决的。
中科院物理研究所黄学杰领导的团队,目前解决了全固态金属锂电池中,电解质和锂电极之间难以紧密接触的问题。另外,宁波东方理工大学孙学良领导的团队,创新研制出了超高导的卤化物电解质,并理清三维连续四面体传输路径,实现超低温环境下全固态电池的长循环稳定运行。
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以第一个研究为例。全固态锂电池的锂金属负极,与固体电解质之间的界面容易生成孔洞,而且随着循环使用的增多还会逐渐恶化,进一步会导致接触失效,使得电池的性能快速衰减,降低电池的使用寿命。
黄学杰团队的解决方案是在电解质中加入碘离子,在电场的作用下能够移动到电极界面,然后就形成一个富碘界面,而这层界面可以主动吸引锂离子,从而自动填充所有的缝隙和孔洞,让电极和电解质始终保持紧密贴合。
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研究测试显示,利用该技术制造出来的圆形电池经历几百次的循环充放电后,性能依然保持稳定。换句话说,技术难点解决以后,未来全固态电池的寿命将有保证,不但能够应用到电动汽车领域,而且还可以应用到电动航空、人形机器人等领域。
技术难点已经逐步攻克,现在真正比较难以攻克的其实是产业链和成本。
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初期成本至少是现在电池的两倍以上
业内对全固态电池的量产一直保持相当高的热情。此前有观点显示,固态电池一旦在2026年量产,其整体成本有可能会下降到每瓦1元。
但也有业内人士认为,这种观点未免太乐观了,因为全固态电池要运用到全新的技术和材料,产业链需要重新构筑,再加上此前投入的一系列研发成本,因此刚开始量产的时候,成本肯定不会马上下降,否则就不符合基本的商业逻辑。
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较为普遍的看法是,下一步全固态电池一旦量产,整体成本是现在使用电池的两倍以上,后面随着技术的不断迭代成熟,成本才会下降。
这样一来,就产生了最关键的问题,行业内有没有企业愿意率先去构筑产业链,应用到汽车上之后,零售价如果较高,消费者会不会买单?
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目前的新能源汽车产业竞争相当激烈,因为行业整体上已经相当成熟,所以最终的成本并不高。汽车的零售价相对来说也较低,消费者已经习惯了这样的价格,未来一旦出现价格较高的全固态电池汽车,又有多少人能够适应新的价格体系呢?
技术并没有大规模应用,产业链也没有搭建起来,行业内又担心消费者对价格的接受程度,这一系列问题交织在一起,最终影响了全固态电池的实际应用。
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也就是说,这不是单纯的技术难点,而是需要全盘考虑的问题。假设未来全固态电池的成本问题一直没有有效解决,最终会推高汽车的零售价,试问有多少消费者会为新技术买单?
因此,在这种情况下,全固态电池面临的拦路虎并不是技术,而是别的问题。
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未来究竟会怎么样?
之前宁德时代的高管也表示,全固态电池最难的技术问题就是固固界面,而黄学杰研究团队研究的正是这一方面,并且取得了实质性的突破,接下来要面临的就是如何将研究的成果真正应用起来。
目前,除了宁德时代和亿纬锂能这两家电池企业,国内的很多车企也都表示,未来几年都将正式启动全固态电池批量示范装车。
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比亚迪表示要在2027年启动装车。长安汽车则表示明年就能实现固态电池装车验证,2027年逐步量产。广汽集团也表示,全固态电池将于明年装车,搭载于昊铂车型。
也就是说,哪怕外界现在依旧充满怀疑,电池企业和汽车制造商都在正式布局全固态电池的应用了。谁都想占据先机,但是谁都又不想跑得太远太快,以免自己做了冤大头。
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结语
技术肯定是向前发展的,而且企业与企业之间、国家与国家之间对于未来全新的技术也都有了更长远的规划。比如欧盟方面在去年6月又发布了新版的电池发展战略,明确了欧洲电池研发的关键优先事项。
我国在电池领域的研究之前也有明确的规划,半固态电池一直是过渡方案,真正要推动的是全固态电池的应用与普及。所以还是那句话,可以怀疑技术还没有达到更成熟的地步,但是不要怀疑各国发展电池新技术的决心。
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因为能源格局正在发生剧烈的改变,未来在电池领域谁都想具备超强的竞争力,这也正是全固态电池发展的最好契机。
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