很多关注新能源车的朋友最近都刷到固态电池相关消息,放在两三年前,固态电池还属于“再等五六年才看得见实车”的前沿黑科技,基本只出现在行业发布会和技术论坛里面,普通消费者只会把它当成一个遥远概念。而现在一条很有冲击力的信息传出来:搭载固态电池车型续航做到1000公里,整车售价有望落到15万区间。另一边,最早大规模对外宣传固态电池技术路线的丰田,项目进度不断延后,量产时间一改再改,形成很强烈反差。
不少人心里会生出一连串疑问:固态电池不是很高端吗?为什么可以做到15万价位?续航1000公里是实验室数据还是实际开车能跑出来的里程?丰田做固态电池起步很早为什么一直没能落地装车?固态电池现在到底是全固态还是半固态?两种之间差别多大?我们普通人要不要等固态新车再买车?固态电池除了续航长,充电速度、使用寿命、安全性、冬季续航缩水这些大家最关心的实用表现提升多少?产业化之后会不会还有隐藏难题?
这篇文章不做夸张预判,不吹“固态一出液态电池直接淘汰”这种极端结论,用大白话一层一层拆解固态电池产业化现状,把利好、尚存难题、国内外车企进度差异、对普通购车用户实实在在的价值全部讲明白。
一、先分清核心概念:现在装车落地的固态电池,大多是半固态,和终极目标全固态不能画等号
很多读者最容易踩的误区,就是看到固态电池四个字直接默认是没有一点液态电解液的全固态电池,二者之间还有很长一段产业化过渡路段要走,这也是看懂整条新闻的核心前提。
我们现在市面上即将量产装车、能够把长续航成本压缩、落地向15万级车型配套的固态产品,准确归类叫做半固态电池。核心逻辑不是直接彻底删掉电解液,是大幅度减少电池内部液态电解液用量,换成固态电解质承担一部分离子传导工作,正极、负极体系同样跟着优化升级。而大家口中的终极全固态电池目标,是电池内部完全抛弃液态电解液,全部依靠固态电解质完成锂离子传导,理论上限更高,但是材料、工艺、封装、界面稳定性难度成倍上涨,全球范围内都还处在预研、原型车测试阶段,短期不存在大规模量产可能性。
半固态可以看作是液态锂电池迈向全固态必经过渡方案,不需要对现有动力电池产线进行推倒式重建,很多前段制备设备还能够复用。产线可复用这件事非常关键,直接压下来巨额产线重建投入成本,也是半固态电池可以下放到15万家用车型最核心底层逻辑。如果必须新建一套完全不一样的全固态产线,巨额折旧成本会直接把电池单价拉高,只能够放在高端车型上面搭载,和普通家用消费者基本没有关系。
半固态还有一个很明显特点,负极材料大多会引入金属硅或者硅基复合负极,硅材料储锂能力远高于现在主流石墨负极。过去液态电池里面用硅有不少麻烦,充放电硅材料会出现明显膨胀,循环寿命不容易做好,搭配精简电解液+固态电解质体系之后,一定程度约束硅膨胀问题,电池单体能量密度直接往上提。能量密度上去之后,同样电量电池包体积变小、重量减轻。车辆不用强行扛很重电池包,整车配重、能耗表现还能再优化,做到百公里电耗更低,最终实现CLTC工况续航摸到1000公里级别,并不是凭空喊出来参数。
这里做一个客观的数据对照,现在主流液态三元或者磷酸铁锂电池包,量产装车主流包能量密度大多集中在140Wh/kg~170Wh/kg区间。国内已经官宣半固态电池包能量密度可以做到250Wh/kg上下,头部样品甚至更高。同等重量电池,半固态能够装进去更多电量,这就是长续航最根本来源。
但也要客观看到边界,半固态依旧保留少量电解液,大家很关心的热稳定性提升是相对液态电池改善,还达不到全固态理论上极致安全上限,不要理解成半固态电池就完全不存在热失控风险,只是风险特性和液态电池不一样,整车企业依旧要针对性做整套电池温控、防护设计,不能松懈。
二、15万价位+续航1000公里不是营销噱头,两条核心逻辑支撑成本下探,但是这里有2个现实限制条件
很多人第一反应会怀疑:1000km续航液态车现在不少都要二十多万往上走,加上半固态新技术怎么做到压到15万?这里拆开两层核心因素:电池本身成本下行+整车平台规模化摊薄成本,同时不能忽略两个时间、配置层面限制条件。
第一层,电池主材规模化降本。半固态核心贵点原来在固态电解质、硅基负极材料上面。前几年都是小批量实验室制备,原材料提纯、制备加工成本居高不下。最近两年国内多家电解质企业完成中试线跑通,逐步进入量产阶段,材料从小批量定制产品转向大宗工业化产品,价格自然出现明显回落。硅负极同样经历这个过程,硅碳复合产线国内多条落地,工艺成熟度上涨,良率提升进一步压缩单片成本。还有一点,高能量密度电池,想要做到相同电量,电池包结构件、水冷件、线束等辅料用量是摊到每度电变少,度电辅材成本下降,多重效应叠加抵消固态电解质新增成本。
第二层,车型平台规模化分摊研发费用。不是限量几百台、几千台小批量试水车型,是走主流走量平台,年产量目标冲着十万级别去。整车研发、底盘调校、整车标定成本分摊到大批量车上面,单车固定成本直接压低,才会出现15万价位的预期定价逻辑。如果是限量原型车,光是摊销研发费用单车就要贵上万,根本做不到这个价位。
然后客观讲清楚两个限制条件,避免大家产生过高预期。
第一,是时间周期问题。现在“15万价位、续航一千公里半固态车型”属于产业化落地阶段目标,不是当下立刻就可以进店提车。电池产线爬坡、整车匹配标定、多轮冬季夏季可靠性测试、整车申报流程都要按时长走完,产线爬坡前期良率还处在上行阶段,刚投产一段时间电池成本不会直接降到最优区间,成本释放要等到产线稳定满产之后才可以完全兑现。简单一句话:目标价格不是上市第一天直接锁死,是规模化稳定生产之后有机会摸到这个价位区间。
第二,1000公里续航是CLTC工况标定续航。CLTC工况是国内统一乘用车续航测试标准,是行业横向对比公允标尺,但和所有人真实开车续航之间会存在正常折损。高速持续快跑、冬天低温、车上满载加开空调依旧会有续航缩水,只是相比于现在很多液态电池车型,半固态体系低温保电能力有机会优化改善,缩水幅度有望收窄,不是做到不管什么环境都实打实跑足一千公里,这个预期一定要摆正,任何动力电池都逃不开物理规律。
落到用车收益上,1000km续航对于家用用户价值很实在。日常城市通勤一天开四五十公里,充满一次电可以二十天左右不用进充电桩,日常用车充电频次大幅降低。长途自驾的时候,高速服务区补能次数变少,不用卡点抢充电桩,长途出行焦虑缓解非常直观,这也是长续航车型大家最想要拿到的好处。除此之外半固态还有一个值得留意优势,高能量密度电池包轻量化,整车不会为堆续航背上很重电池,底盘负重压力变小,对轮胎、悬架损耗负担理论上也会更好。
充电性能这边也要客观表述,不是说半固态天生随便几分钟满电。充电速度上限是电解质、负极、BMS整车温控多因素共同决定。新一代半固态产品设计指标里面不少项目做到30%~80%电量快充控制在半小时上下,部分优化款还会再提速,但是快充能力要看车企最终标定方案,不能默认所有固态车型全都超快充。寿命层面,目前公开半固态循环测试数据优于不少高端液态三元体系,实际装车之后经过春夏秋冬长时间用户验证的实车耐久性数据还在积累当中,这也是接下来2~3年行业重点收集信息。
安全维度改善是半固态一大亮点。电解液用量变少之后,热失控链式反应触发难度提升。液态电池热失控很大一部分热源来自电解液受热分解产气起火,减量电解液方案风险源变少。但是不同厂家固态配方、封装工艺差距不小,半固态安全性能不能稳定发挥,要看单体出厂一致性和整车BMS监控策略,不能笼统一句话全部半固态电池安全性都很强,不同厂商产品之间会拉开差距,这也是买车的时候不能只盯着“固态、续航1000km”两个标签,整车大厂整套三电可靠性积淀依旧非常关键。
三、丰田固态电池项目多次延期:不是技术完全做不出,是工业化落地遇到棘手难题,技术路线选择押注难度偏大
把视线转回海外,丰田是全球最早启动固态电池研发车企之一,十几年前就开始布局固态电解质多条路线,早年多次放出量产时间规划,时间表不断延后,从早期计划2020年落地,不断向后调整进度,市场里面慢慢形成“丰田固态跳票”的讨论。很多人会疑惑,丰田整车制造、电池质控功底属于世界头部,为什么固态项目推进磕磕绊绊?核心不是基础材料实验室样品做不出来,是三大工业化难题很难稳妥平衡。
第一个难题,固固界面接触问题。全固态电池里面没有液态电解液自主浸润电极孔隙,固态电解质和正负极之间是固体和固体贴合界面。电池反复充放电的时候电极材料会出现体积微胀缩,很容易造成界面贴合失效,锂离子传导通路断开,电池内阻上涨、可用容量衰减变快。实验室小单体还能够维持不错指标,放大到大容量车用电池之后,整片极片界面均匀保持紧密接触难度成倍上涨,加压封装方案又带来整车电池包密封承压、重量设计矛盾,取舍很难做。日系研发主线重点瞄准全固态路线,这套界面难题权重会变得非常高。而国内产业化优先落地半固态,保留少量电解液刚好还可以起到界面浸润缓冲效果,固固界面压力直接下降,也是半固态可以抢先装车很关键的分岔选择,两边押注路线不一样,落地节奏自然拉开差距。
第二个难题,成本和制造一致性矛盾。全固态对产线环境、粉尘管控、极片平整度、封装精度要求比液态电池高出一大截,要做到几十万只电池单体之间参数偏差控制在极小区间,良率爬坡难度极大。一旦良率上不去,单件制造成本居高不下,就算做出样车也没办法走量销售,造一台亏一台没有商业化价值。车企不能只拿出一台参展样车,要交付几十万稳定可用商品车。丰田需要找到一套方案兼顾性能、寿命、良率、成本,平衡周期远超前期预估,进度延后也就随之而来。
第三个难题,配套产业链成熟度差异。国内动力电池经过十多年高速发展,正极、负极、电解质、隔膜、结构件、装备整条供应链高度集群化,新材料要量产,上下游供应商可以快速配合中试、试样、产线改造,迭代速度很快。很多新型材料国内从实验室到量产落地周期压缩到2~4年。海外固态上下游供应链相对分散,很多新材料零部件没有现成规模化供应商,很多工艺装备要从头联合开发,迭代试错周期更长。
这里也要做到客观公正,不能得出“丰田固态技术不行”这种片面结论。丰田手里固态相关专利储备依旧处在全球第一梯队,基础材料研究底蕴深厚,只是选择的全固态终极路线工程关卡更多,产业化周期更长,项目落地难度高于半固态过渡方案,属于全球不同企业对固态电池产业化路径做出不同战略选择,一条优先过渡落地,一条直接瞄准终极方案,各有取舍,谁的方案最后可以稳定大规模商业化还有待时间验证,不是单方面对错问题。丰田也在持续修正工艺方案、继续推进固态项目,并没有直接砍掉固态研发线,只是原定时间表没办法按期兑现。
四、固态产业化浪潮里面还有不少难关待跨,不要一味乐观,三大风险点依旧要留意
半固态实现装车是动力电池很大一步跨越,但是行业不能盲目乐观,有三道关卡还要持续攻坚,也是接下来几年行业重点攻坚方向。
首要关卡,材料长期可靠性验证。实验室恒温环境循环测试过关,不等于中国南北跨区域实车历经极寒、暴晒、颠簸震动之后,用8~10年性能依旧稳定。动力电池认证会做各类环境可靠性测试,但长达十万台级别用户实车长时间数据,永远是最真实考卷。半固态属于新技术,大批量用户耐久数据库还处在空白积累阶段,这也是所有新技术面世自带客观问题。液态电池经过十多年国内海量车辆验证,衰减规律、失效特征整车厂已经摸得非常透彻,半固态还需要3年左右大规模装车运行沉淀实车反馈。
第二关卡,回收体系配套跟进。固态里面新增固态电解质、高硅负极组分,和传统液态电池主材组分不一样。现在动力电池回收主流工艺是适配液态电池流程,半固态大批量流向市场之后,拆解、主材分选、材料再生工艺也要同步迭代完善,产业不能只管生产不管后端回收利用,这也是国内新能源产业重点布局板块。
第三关卡,产能过剩风险。固态红利看得见之后,近几年大量电解质、负极新项目上马。一旦多家企业集中投产,如果下游整车装车需求释放速度跟不上材料产能扩张速度,会出现新材料价格战、部分工艺落后中小产线投产即闲置浪费产能的局面,行业需要理性控节奏,技术、产能、订单三者匹配稳步推进才是健康节奏。
五、落到普通人身上:现在要不要持币等固态新车?分两类需求给出实在建议
读者最关心落脚点终究回到买车这件事上面,不笼统给“一定要等或者完全不用等”极端答案,把两种人群拆开给清晰参考。
第一类,用车刚需人群,1年内就要买车代步。不用硬锁死等固态新车。现阶段成熟液态动力电池车型选择面极广,磷酸铁锂、三元两条路线经过多年市场验证,衰减特性、冬季性能、售后维修网点完善,车型价格已经做到很低区间,产品力稳定可控。现在半固态新车刚处在即将量产爬坡阶段,刚上市新车一般产能不多,还可能出现提车排队情况,新技术首批车型虽然企业做多轮测试,但大规模用户耐久性数据还不多,刚需买车选择成熟在售车型是稳妥选择。
第二类,买车计划放在2~3年之后,没有紧迫用车需求,可以持续跟踪半固态产业化落地情况。等到头部企业半固态产能爬稳、多款搭载固态电池家用车上市、网络上面慢慢跑出大批量车主实车续航、冬季使用、长时间电池衰减真实反馈之后,再做购车决策,可选高端长续航液态或者成熟半固态新车,选择权会更多。这里也要提醒一句:就算固态车型上市,液态电池车型不会立刻退市。液态电池成本优势极强、工艺稳定,短中期依旧是新能源车市场主力方案,两条技术路线会并行共存很长一段时间,不是固态来了液态马上淘汰。全固态距离民用家用装车,依旧还有比较久攻关路程,不用把购车计划押注在全固态短期落地这件事上。
六、行业大局总结,动力电池迭代稳步向前,技术路线百花齐放是好事
复盘整件事核心脉络:固态电池不再停留在发布会PPT上,半固态方案打通产业化关卡,产业链持续降本之下长续航固态车型有希望下探到15万主流家用价位,做到CLTC续航1000公里,给家用消费者带来充电频次降低、长途出行压力变小实实在在收益,是国内动力电池产业链材料、工艺、整车匹配能力综合进步结果。海外头部车企押注全固态路线工程难度超预期,量产节点延后,并不是技术研发止步,只是不同机构对于产业化路径选择不同,一条先走过渡方案尽快惠及用户,一条攻坚终极电池方案,两条路线全球并行研发,技术互相借鉴,整体全球动力电池安全、能量密度上限都会持续往上走。
技术迭代永远不会一步到位,半固态是重要一站,不是终点。半固态大规模装车之后,收集实车海量运行数据,还能反过来给全固态研发积累固固界面、高压正极、硅负极大量工程经验,两条路线本身不是完全割裂对立。而对于普通消费者来说,最大红利不是听到多么炫酷黑科技名词,而是不管液态升级方案或是半固态方案竞争之下,新能源车续航越来越扎实、充电越来越顺手、售价更加亲民、用车麻烦不断变少,才是新能源技术发展最核心意义。
话题互动讨论:你觉得半固态电池家用车型顺利上市之后,最需要重点优化的是低温续航、电池使用寿命还是快充性能?如果2~3年里面15万级别真上市续航一千公里半固态新车,你会愿意第一批尝鲜吗?欢迎大家评论区说说自己看法,也可以点点关注,持续跟进动力电池产业化真实进展,不看夸张噱头,只拆解新能源车靠谱干货。
免责声明:本文产业进展分析全部采用公开信息,不构成购车、产业投资建议;电池续航、成本落地目标为企业规划指标,量产实际性能、售价以车企官方申报和上市公告为准;不同厂商固态方案性能存在差异,本文分析为行业整体性客观解读,不单独褒贬特定企业。
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