最近两年,固态电池几乎就是新能源圈里的“终极电池”代名词。不少车企不断放出固态电池相关消息,宣传更高能量密度、不易起火、续航大幅提升,很多买车的朋友都在观望,打算等固态电池量产再换电车。但就在大家盯着固态电池的时候,中科院接连公布了四项电池领域的新技术成果,充电速度、安全性能、成本指标都有新突破,其中一款可以做到10分钟快速充满,不少行业人士开始讨论,固态电池或许不再是唯一的终极路线。
先把话说在前头,不是固态电池彻底没用、被淘汰了,而是电池技术赛道正在变多。固态电池本身还有量产难题没有解决,而中科院这几项新技术,瞄准的是当下电动车最头疼的痛点:充电慢、低温掉电、安全隐患、电池成本高。今天用大白话讲清楚这四项技术是什么,能解决哪些用车难题,距离装车还有多久,哪些技术离普通人最近,同时客观说清短板,不夸大宣传,帮打算买电车的朋友看懂电池行业新动向。
很多人对固态电池的期待很高,我们先简单回顾固态电池现在的真实处境。固态电池最大的改变,是去掉传统锂电池里面易燃易爆的液态电解液,改用固态电解质。理论上能量密度更高,不容易热失控起火,续航可以做更长。但它卡在几个很难跨过的量产难题。
首先是界面接触问题。固态电解质和正负极材料之间很难做到紧密贴合,反复充放电之后材料膨胀收缩,接触面容易开裂,电池内阻快速上升,寿命缩短。其次是制造成本高,生产环境要求极高,需要无尘、干燥车间,大规模量产生产线还没有成熟。现在市面上少量装车的,大多是半固态电池,依然保留一部分液态电解液,并不是完全固态电池。
半固态已经开始小批量上车,但想要大规模普及、价格降到普通消费者能接受的水平,还要等待很多年。而且就算半固态,快充、低温衰减的问题,只能改善,很难完全根除。正是在这样的背景下,中科院的几项新电池技术走进大众视野,开辟了不同于固态电池的研发方向。
中科院公布的第一项成果,就是这次关注度最高的超快充电型锂离子电池,也就是标题提到可以实现10分钟充满的电池。很多人第一反应会怀疑,10分钟充满,会不会严重损伤电池寿命?以往的快充电池,充电速度越快,电池发热越严重,循环寿命大打折扣。
这款新电池核心改进在电极材料结构。科研团队重新设计了电极微观结构,缩短锂离子迁移距离,锂离子能够快速嵌入、脱出,不会在负极表面析出锂枝晶。简单解释,锂枝晶就是快充时容易长出的“金属小刺”,一旦刺穿隔膜,就会引发短路、热失控,这也是限制快充速度最核心的障碍。
按照实验室测试数据,这款电池可以在10分钟完成80%以上电量补给,同时兼顾循环寿命。经过上千次充放电循环之后,电池容量依然能保持较高水平,不像传统快充电池,几百次循环之后容量大幅跳水。放到电动车上是什么概念?现在800V高压平台车型,快充从30%充到80%普遍需要20到30分钟。这项技术成熟落地后,充电时间直接压缩一半,和燃油车加油的时间差距进一步缩小。
但这项技术也有局限。超快充电对于充电桩功率要求很高,需要配套大功率充电基础设施。如果只是老旧的公共充电桩,硬件跟不上,就算车辆搭载这款电池,也跑不出10分钟快充的效果。另外,高速快充状态下,电池温控系统压力更大,整车热管理设计需要同步升级。
第二项技术,新型低温电池。这也是国内电动车用户痛点最突出的难题,尤其北方车主感受最深。普通锂电池一到冬天,容量大幅缩水,续航打对折,充电速度也明显变慢,低温环境下充电还有一定安全风险。
中科院这支团队开发的新型电解质体系,专门解决锂离子在低温环境下移动困难的问题。在零下40摄氏度的极端低温环境,电池依然可以稳定放电,保留大部分容量。常规锂电池到-20℃,可用容量就已经大幅下滑。这项技术不依赖复杂的电池预热系统,就算车辆露天停放,寒冬启动,续航衰减幅度会被控制在很小范围。
这项技术的应用场景不只是家用电动车,还可以用于储能、特种车辆。对于普通消费者来说,最大的好处就是冬天不用再为续航焦虑,不用长时间原地预热车辆。它和固态电池研发路线不一样,不需要改变整套电池生产工艺,未来更容易在现有锂电池产线上改造生产,量产落地的难度,比固态电池低很多。
第三项成果,高安全低代价阻燃型锂电池。传统液态锂电池起火根源,是电解液属于易燃液体,一旦电池受到挤压、穿刺,内部短路,电解液就会快速燃烧。固态电池思路是直接删掉液态电解液,而这项技术走了另一条路:保留液态电解液,但在电解液里面加入新型阻燃添加剂。
在电池受到外力穿刺、挤压的测试中,电池不会发生起火爆炸。同时,这款阻燃电解液不会明显牺牲电池的能量密度和快充性能。最大优势在于,生产成本增加幅度很小,现有电池工厂不用大规模更换设备,就能直接生产。
固态电池想要实现高安全,要付出很高的制造成本,而这项技术是在现有锂电池框架内提升安全性。短期来看,这项技术大概率最先大规模落地,搭载到家用电动车、储能电站。当然,它的安全上限比不上理想状态的全固态电池,属于对现有锂电池的安全升级,不能做到绝对不会损坏。
第四项技术,长寿命低成本钠离子电池升级版。钠离子电池前几年热度很高,钠资源储量丰富,不像锂资源受国际市场价格波动影响大,原材料成本更低。但早期钠离子电池短板很明显,能量密度偏低,续航表现一般。
中科院优化了正极材料和电解液,新版钠离子电池提升能量密度,同时延长循环寿命。钠离子电池不使用锂,原材料价格波动影响小,成本潜力巨大。适合低速代步车、储能电站,未来也有望放到入门级家用电动车。它的定位不是高端长续航车型,而是主打平价、安全、耐用,降低电动车入门门槛。
这四项技术,就是中科院打出的四张“王炸”。四条路线,分别瞄准快充、低温、安全、低成本,和固态电池并行研发,而不是简单取代固态电池。很多人容易理解错,以为新电池出来,固态电池研发就停止了,实际并不是。全球科研机构和车企,是多条路线同步推进,谁能率先解决量产、成本、寿命难题,谁就能率先商业化落地。
接下来我们对比,新电池路线和固态电池各自的优劣势,大家就能明白为什么有人说固态电池热度有所降温。
固态电池优势:理论能量密度上限最高,安全潜力最好,可以做出更长续航车型。短板:量产工艺难度极大,成本高,界面稳定性难题还在攻关,全固态电池商业化落地周期很长,业内普遍预测大规模普及至少要到十年以后。半固态虽然已经小批量装车,依然存在成本偏高,快充、低温改善有限的问题。
中科院这几项新技术,大多是在现有液态锂电池、钠离子电池基础上迭代升级。最大优势是兼容性强,现有动力电池生产线稍加改造就可以生产,不用重建整套工厂,量产速度更快,成本更容易控制。短板是能量密度上限不如理想的全固态电池,材料体系本质还是液态或者钠基电池,安全上限存在天花板。
简单总结一句话:固态电池是远期的技术目标,而中科院这几项新技术,属于中期就能落地、解决当下电车痛点的方案。
很多车友会关心,这些新技术什么时候能够装车,我们多久能买到搭载新电池的电动车。这里要区分实验室成果、工程化测试、量产装车三个阶段。实验室里的数据,是理想环境下测出来的,一旦放到整车,还要经历振动、高低温、长期耐久、安全碰撞等大量整车验证。
10分钟超快充电电池、新型阻燃电解液,进度相对靠前,大概率3到5年内,逐步搭载到新车型上。低温电池、升级后的钠离子电池,储能领域会率先使用,随后慢慢向乘用车普及。而全固态电池,距离大规模家用装车,还有很长一段路。
这里澄清网上几个很容易误导人的误区。
误区一:10分钟充满电池,以后充电就跟加油一样随便。即便电池支持10分钟快充,还需要大功率充电桩、整车高压平台配套。未来几年,国内大功率充电桩会逐步增多,但三四线城市、老旧小区配套跟不上,很多用户还是体验不到极限快充。
误区二:有了这些新技术,固态电池直接被淘汰。不是淘汰,是赛道多元化。高端长续航车型,未来依然会持续推进固态电池;主流家用车型,大概率会优先采用液态锂电升级方案、钠离子电池,平衡成本、安全、充电速度。不同定位车型,会采用不同电池方案,不是单一技术一统市场。
误区三:新电池一旦上市,电车价格会立刻大幅下跌。电池只是整车成本一部分,整车研发、底盘、电控、车机成本不会同步快速下降。新技术初期,产能小,成本不会马上降下来,需要等到大规模量产之后,价格优势才会慢慢体现。
站在普通买车人的角度,怎么看待电池技术快速迭代这件事?
如果打算近一两年买车,不用死等新技术落地。不管是固态电池,还是中科院新研发的超快充电电池,短时间不会大规模普及。现在在售车型,800V平台、半固态、普通锂电池,足够满足日常通勤。盲目观望,只会无限推迟购车计划。
如果打算3-5年之后再换车,可以持续关注电池技术落地情况。优先留意搭载新型阻燃电解液、大功率快充电池的车型,低温地区用户重点关注新型低温电池。
电池技术的发展,不是非此即彼的淘汰赛。固态电池、超快充电锂电、低温电池、钠离子电池,多条路线同时竞争,最终受益的还是消费者。技术竞争会倒逼电池成本下降,充电速度更快,安全性持续提升。
话题讨论:你更看好固态电池,还是这种10分钟快充的新型锂电池?你买车时,优先看重充电速度,还是低温续航和电池安全?欢迎在评论区留言交流,关注账号,持续解读新能源电池前沿技术与买车避坑干货。
免责声明:本文相关技术数据来源于公开科研报道,实验室成果量产仍需周期。购车请以车企官方参数为准,理性看待新技术。
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