10分钟充满400公里的电池寿命,当宁德时代推出神兴超充电池时;电池寿命超过1000公里,当宁德时代推出麒麟电池时。当各种高性能动力电池相继推出时,有一种说法是液态锂电池已经接近性能极限,然后开发将不会有性能的本质改进。
从用户的角度来看,人们迫切需要一种能够完全替代的东西“3分钟补充神秘液体”终极电池的出现,要求电池具有高性能、高安全性、强稳定性的特点。所谓高性能,即超充、高能密度等。;高安全性,即不自然、不爆炸、不漏液等。;稳定性强,即SOC估算准确、低温不掉电等电池状态。假如把这一切优点结合起来,固态电池也应运而生。
当然,固态电池也分为半固态电池和全固态电池。目前,中国汽车公司和电池供应商正在开发更多的半固态电池,而丰田决定在全固态电池上发挥大的作用,希望所有的希望。
01
最初的新能源大佬开始赌博
最近,丰田宣布与日本最大的石化企业之一合作——光兴生产合作,为量产固态电池做准备,预计2027年至2028年商业化。丰田为什么要跳过液态锂电池和半固态电池,直接进入固态电池的商业化?从目前全固态电池的技术难点和行业发展来看,这无疑是一场大赌。
丰田是世界上最早的新能源汽车知名汽车公司之一,1997年第一代普锐斯,使丰田成为新能源汽车老板,虽然油混合车型没有作为新能源汽车出现在中国市场,但仍不能抹去丰田在促进汽车转型的道路上。
日本是一个能源稀缺的国家,节能减排是其汽车工业发展的先决条件,这也促使日本汽车公司首先巩固燃油经济性的汽车制造理念。可以合理地说,这种国情应该更适合电动汽车的发展,但现实是,日本目前的电价约为每度1.5元,是中国电价的三倍。结合日本仍以火力发电为主,能源消耗和污染成本高于经济型油车的发展,这也是日本汽车公司热衷于油混车型的原因。
因此,日本以丰田为首的汽车公司不希望像中国汽车公司那样一步一步地投资和发展。对于丰田乃至整个日本汽车行业来说,这样的发展路径可能会消耗其无法承受的资源和财力。
从固态电池的发展来看,日本正处于全员发展阶段。今年3月,日本电池制造商Maxell宣布将大规模生产用于工业机械的大容量全固态电池;日产宣布2028年推出全固态电池车型;今年4月,本田还宣布计划在2024年启动全固态电池示范生产线。结合丰田2027年至2028年推出全固态电池产品的信息,日本正试图跳过液态锂电池和半固态电池的自主研发,一步到位。
02
电动汽车“梦中情池”?
固态电池的概念并不新鲜。几年前,固态电池被提出是解决电动汽车痛点的终极意义。
固态电池,即固态电解质锂离子电池,具有不可燃、耐高温、无腐蚀、无挥发的特点。看看固体电池的优点:消除电解质腐蚀和泄漏的安全风险,热稳定性高;无需包装液体,支持串行叠加排列和双极结构,提高生产效率;固体电解质固体特性,可叠加多个电极;电化学稳定窗宽,可达5V以上,可匹配高压电极材料;固体电解质一般为单离子导体,使用寿命长;质量轻,粘弹性好,加工性能好。
这不是电动汽车“梦中情池”生产效率高,体积小,密度大,电压高,充电效率快,永不自然。从根本上解决了安全隐患。如果固态电池可以大规模商用,电动汽车将更近一步取代燃油汽车。
当然,全固态电池本身并不是无可挑剔的,仍有几个主要的痛点需要解决。首先,电极在充放电时膨胀收缩,与固体电解质界面分离,性能下降;其次,在固体电解质中,带电离子不易移动;最后,在固体电解质中,硫材料的离子更容易移动,生产电池和故障可能会产生有害的硫化氢。
在这方面,日本团队解决的第一个问题是在固体电解质上沉积一层阴极膜,以降低电极和固体电解质之间的电阻。
固态电池的成本也是阻碍其商业化的另一个主要因素,这也是日本汽车公司无法大规模生产的重要原因之一。
而且,解决配套设施和基础设施也是全面电气化发展的重要环节。
以目前的800V超充电为例,一些电池可以通过高压超充电满足10分钟400公里的电池寿命。在不久的将来,6C甚至更快的8C快速充电也将到来。然而,目前的瓶颈是,高压充电桩的建设在大多数地区无法实现,因为大多数城市电网配备的变压器无法承受这种高压快速充电,因此基础设施问题无法解决。
许多汽车经销商希望通过储能来解决高压充电问题,但储能需要更多的电池,这意味着储能站的基础设施成本更高,许多汽车公司无法承受。
作者咨询了奇瑞全资子公司的一名能源工作人员,他说大部分储能仍然为工厂提供服务。当作者问换电站是否具有除换电外的商业功能时,他说换电站基本上只用于换电,没有其他衍生功能。也许工作人员的回答是片面的,但不可否认的是,从现有的基础设施来看,几乎不可能大规模推广高压快速充电,更不用说高压快速充电进入房屋了。
综上所述,固态电池确实是未来动力电池技术的最佳解决方案之一,但汽车公司只解决了技术问题和安全问题,便利性和成本仍然是商业化道路上最大的问题。
03
我们自己的固态电池呢?
一旦固态电池量产装机,封神只是时间问题。目前,许多汽车和电池企业声称固态电池取得了突破。
今年夏天,上汽宣布将于2024年大规模生产固态电池;早在2022年,一些媒体宣布比亚迪固态电池已经装载和测试,并将在2023年上市。与比亚迪同时,宁德时代和威来在2022年底宣布将大规模生产固态电池 DAY表示,将于2023年推出配备固态电池的量产车型。
事实上,比亚迪抬头看,它没有配备固态电池。宁德时代正在开发的电池被称为凝聚电池,而威莱的150度电池组不是固态电池,而是半固态电池。至于上汽明年是否会大规模生产固态电池,即使它发布,也不会是电动汽车的终极解决方案——全固态电池。
虽然有专家表示,全固态电池没有技术困难,困难只在于成本控制,但作者认为,如果日本汽车公司表示已经解决了固态电池的技术问题,只有大规模生产问题,我们仍然看不到企业发布全固态电池汽车信息,这一差距可能对未来的全球电力电池模式产生巨大影响。
结论:到目前为止,近一半的全球固态电池专利来自日本,这也表明日本希望通过固态电池超越中国的驾驶电动汽车行业。
事实上,中国电力电池的发展仍然是世界上最快的。如果液态锂电池没有所谓的性能上限,或者半固态电池可以完全满足全固态电池的性能标准,那么全固态电池的剩余优势可能只是安全性和SOC的稳定性。然而,这两个优势可能在未来的电力电池竞争中发挥决定性作用。从这个角度来看,全固态电池的发展似乎落后于行业的发展,但赌博也是未来的好选择。
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