最近一些技术突破让固态电池从实验室到生产线的可能性大大提升,这种电池一直被看作是下一代动力来源,但是很难实现大规模生产,主要是因为固体电解质和电极之间的接触问题—固体碰上固体总是不容易紧密结合,离子在界面上通过得非常慢,所以性能和寿命达不到量产标准。现在国内三支研究力量各自解决了界面上的不同难题,使固态方案变得可行起来。
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第一份方案来自中科院金属材料研究所,在电解液中加入类似弹簧的支撑结构,由聚合物制成,电池受到外力或者弯曲时也能保持完好。实验表明,“柔性骨架”在反复弯折两万次后也不会坏掉,并且在相同体积下能量储存能力大幅提升,从测试数据可以看出,能量密度几乎是翻倍的效果达到86%,也就是说同样大小的电池包可以装进去更多的电,续航里程自然也有所提高。
第二项是中科院物理所,他们研发了一种含有碘成分的凝胶,在界面层使用时能主动引导锂离子在固体中移动。相比于以前被动等离子扩散的情况,这种凝胶就像是一个通道一样降低了很多阻力提升了离子导通率,更好的离子流动带来的就是更快的充电速度更低的内阻,对于电池高倍率充放电来说非常关键。
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第三项是清华大学做的,在电池表面涂了含氟的材料,这一层保护膜可以防止高压下被击穿的问题,在高电压条件下,固态电池出现局部失稳然后自燃的可能性变小了许多。实验显示涂层可以在高压环境下维持稳定的状态,这样就可以让安全系数变得更高一些,并且研究方还表示这种表面处理会把发生自燃的概率降低到几乎可以忽略的地步。
这三项技术各有侧重: 弹性支撑解决了机械接触和能量密度问题,凝胶改善了离子传输效率从而缓解界面电阻,含氟涂层则针对高压运行的安全隐患,把这三个方案结合起来用,之前阻碍固态电池量产的关键点就被逐一攻破,按照目前的情况来看业内给出个大概的时间表是到2027年能小批量装车,到了2030年开始大规模普及,这个节奏意味着以后市场上会出现搭载固态电池的样车以及少量生产出来的车型,但完全取代现有产品还需要一段时间。
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从性能上来看,固态电池被寄予了厚望,按照现在的情况预估,车跑个一千公里不是不可能。充电速度嘛,低阻界面加上高导电性材料搞快充十分钟搞定也不是痴人说梦。安全这块儿,表面保护加结构优化让自燃这种事发生的概率小了很多,这些方面的提升对现在的电动车市场是直接的威胁,那些还在用现在液态锂电的老车型啊价值和吸引力都会很快掉下去,二手车上当价的压力会很大。网上有句话形容的就是在技术转折点后还买旧技术那种感觉:“49年入国军”,虽然有点夸张,但也道出了大家对于被新技术淘汰的担忧。
研发和产业化推进方面,中国处于领先位置。中科院、清华这些研究机构给产业给予了核心技术根基,国内电池企业也积极参与其中,宁德时代、比亚迪这类公司已经开始投入资源做固态电池的产线预备以及样品验证工作,在新能源汽车全产业链上,从重要原料到电池制造,再到整车生产及充电设施配备,都是在国内形成比较封闭且高效的一套体系里头完成的事情,这种一体化条件使得一旦技术成熟就能很快放大规模去抢占更多国际市场份额的情况成为可能。
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但是在短期内燃油车不会马上被取代,对于经常跑长途的人群、北方极寒地区用户以及没有固定充电条件的车主来说,燃油车依然具备实际意义。这类现实情况在短时间内很难全部转向电动化。真正受影响最大的是目前市面上装有液态锂电池的电动车车型,尤其是面向城市通勤的中低端产品。而对于广大普通车主而言,在什么时候买需要看自己的需求来决定。如果迫于必须用车的情况,现有的电动车仍然能够满足日常出行的需求;如果可以等一等,并且手上车辆还能继续用的话,再等等固态电池普及可能会更加划算一些。因为市场上刚推出的固态电池价格会比较高昂,预计到2028年左右成本就会大幅降低,到时候换车可能就更划算了。
固态电池的普及不只是续航和安全上的改变,还会牵扯到用车方式以及相关的商业模式。超快充之后,里程焦虑就会减少一些,用户的充电习惯或许会从“长时间慢充”变成“短时高频快充”,更长的使用寿命意味着维护次数变少,电池更换与报废的成本也低些,运营方和车主长期用车的成本都会小点,更高的安全性可能会让保险费率降低,并且因为电池事故导致的间接成本也会减少。 薄型高密度的电池包使得整车设计更为灵活,未来的汽车外形以及内部布局可能会朝着轻薄化、多功能化的方向发展,而车内的可布置电子设备及传感器的数量也会相应增多。基于这些变化点,售后维修保养周期,保险产品乃至整车销售模式都可能出现新的调整方案,“终身免维护”的电池系统被提出过一种可能性,在此假设之下车辆本身的保养与售后生态都将发生改变。
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对车企而言,眼下就该作出抉择,在技术路线、研发资金以及产能安排上预先做出部署动作来应对这次技术更替的时机,能够抓住这个机会的企业既保住了手头有的市场份额又可能在新一轮的竞争当中占据先机地位;对于供应链企业来说,材料供应情况如何?涂层工艺是否具备规模化的生产能力等等这些方面都会成为新的竞争焦点所在之处;而对于政策制定方与行业监管单位来讲,则要在安全标准设定、测试规范执行以及推广方案设计等方面尽快跟上节奏以免出现盲目扩张所带来的风险。
行业既有挑战,又有机会。短期里现有产品线的价值会受到冲击,产业链要调整,这就意味着人员和资金得重新安排位置。长远来看新技术开拓出新的市场空间和服务形态,能让出行变得更安全、更方便、成本更低廉,技术更新换代是市场的常态,在过去显示器手机领域发生过的替换过程可以给我们一些思路:新技术只有经过一段时间的成本降低并实现规模化之后才可能真正改变人们的消费选择。
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对消费者要有现实预期,固态电池量产不是一蹴而就的事儿,从研发到规模化生产得花时间,市场接受度和价格调整也需要过程。买的时候结合自己用车情况、钱袋子状况还有对新技术的接受程度来做决定就行,行业层面抓紧布局也挺好,既防短期阵痛又备长远收益。
固态电池技术的突破给电动汽车行业带来新的阶段,从界面接触、离子传输到高压安全防护的核心问题正被解决当中,未来几年将是这些新技术真正走向市场的时间段,对消费者、车企和供应链企业而言,提前准备与理性判断比盲目跟风更为重要,技术进步总会让出行变得更好,只是需要一些时间而已。
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