固態(tài)電池樣車(chē)下線，3年后市場(chǎng)化，新能源車(chē)能安全不自燃了嗎？
時(shí)間:2020-08-08 16:28來(lái)源:出行一客 作者:李陽(yáng)
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新能源產(chǎn)業(yè)心心念念多年的固態(tài)電池技術(shù)，終于走向現(xiàn)實(shí)。
近日，一輛搭載固態(tài)電池系統(tǒng)的純電動(dòng)樣車(chē)在北汽新能源完成調(diào)試，順利下線。這是國(guó)內(nèi)首次公開(kāi)的可行駛的固態(tài)電池樣車(chē)，它的下線也意味著固態(tài)電池技術(shù)在產(chǎn)業(yè)化的路上邁出了關(guān)鍵一步。
搭載固態(tài)電池系統(tǒng)的純電動(dòng)樣車(chē)在北汽新能源完成調(diào)試，順利下線 / 北汽集團(tuán)
相較于當(dāng)前主流電池正負(fù)極、隔膜、電解液的結(jié)構(gòu)，固態(tài)電池其實(shí)沒(méi)有任何變化，只是用固態(tài)或半固態(tài)電解質(zhì)，替代了液態(tài)的電解液。電池使用固態(tài)電解質(zhì)后，既能提升電壓平臺(tái)從而拔高能量密度上限；又因不易燃燒、不產(chǎn)氣等特點(diǎn)，極大程度上提高了電池安全性。
固態(tài)電池的優(yōu)勢(shì)
基于以上優(yōu)勢(shì)，固態(tài)電池一直是下一代鋰電技術(shù)的焦點(diǎn)。目前固態(tài)電池所面臨的主要瓶頸是固態(tài)電解質(zhì)的導(dǎo)電率、內(nèi)阻、界面阻抗及相容性等。因此，現(xiàn)階段各大企業(yè)的研發(fā)重點(diǎn)是固態(tài)聚合物電解質(zhì)、無(wú)機(jī)固體電解質(zhì)的設(shè)計(jì)及制備技術(shù)，固/固界面構(gòu)筑及穩(wěn)定化技術(shù)；并在此基礎(chǔ)上完善電池生產(chǎn)工藝及專(zhuān)用設(shè)備的研究，來(lái)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的量產(chǎn)。
近年來(lái)，豐田、日產(chǎn)雷諾、通用、北汽、上汽等國(guó)內(nèi)外主流車(chē)企，開(kāi)始加緊固態(tài)電池的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化布局；另一方面，清陶能源、萬(wàn)向一二三、LG化學(xué)、麻省固能等電池企業(yè)也開(kāi)始籌備建設(shè)固態(tài)電池產(chǎn)工廠，其中不乏已經(jīng)投產(chǎn)的固態(tài)電池產(chǎn)線。
除北汽固態(tài)電池量產(chǎn)車(chē)下線外，今年3月，哪吒汽車(chē)已發(fā)布了一款搭載固態(tài)電池的新車(chē)型—哪吒U。據(jù)合眾汽車(chē)方面透露，哪吒U計(jì)劃于10月份申報(bào)工信部公告，年底前量產(chǎn)500臺(tái)。
顯然，在新能源領(lǐng)域，一場(chǎng)基于固態(tài)電池的卡位戰(zhàn)悄然拉開(kāi)。按照國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的全固態(tài)電池開(kāi)發(fā)商清陶能源總經(jīng)理李崢博士的預(yù)計(jì)，三年內(nèi)固態(tài)電池將在乘用車(chē)領(lǐng)域替代性使用，即一款車(chē)以采用液態(tài)電池方案正向開(kāi)發(fā)，固態(tài)電池版本對(duì)其中部分功能進(jìn)行替換；三年后，基于固態(tài)電池的正向開(kāi)發(fā)車(chē)型將真正走向市場(chǎng)，發(fā)揮固態(tài)電池高安全、高能量密度的特點(diǎn)。
為什么是固態(tài)電池？
根據(jù)《中國(guó)制造2025》明確了動(dòng)力電池的發(fā)展規(guī)劃：2020年，電池能量密度達(dá)到300Wh/kg（瓦時(shí)每千克）；2025年，電池能量密度達(dá)到400Wh/kg；2030年，電池能量密度達(dá)到500Wh/kg。
按照現(xiàn)有的三元和石墨作為正負(fù)極活性材料所組成的液態(tài)鋰離子動(dòng)力電池，重量能量密度極限約為280Wh/kg左右。即便引入硅基合金替代純石墨作為負(fù)極材料后，能量密度的上限也只能達(dá)到300-350Wh/kg。這也意味著想要達(dá)到400Wh/kg，甚至突破更高的能量密度壁壘，鋰電技術(shù)革新勢(shì)在必行。
事實(shí)上，近年來(lái)聲勢(shì)浩大的新型電池技術(shù)不在少數(shù)，富鋰錳基、高電壓尖晶石、無(wú)鈷電池、四元電池等概念層出不窮，但始終雷聲大雨點(diǎn)小，三元鋰電池、磷酸鐵鋰電池、錳酸鋰電池并駕齊驅(qū)的電池技術(shù)格局，始終沒(méi)有改變。
對(duì)此，李崢的解釋是，“受限于當(dāng)前電解液的電壓平臺(tái)以及安全性，很多諸如富鋰錳基、高電壓尖晶石等性能突出的鋰電新材料，無(wú)法發(fā)揮高比能優(yōu)勢(shì)，使得鋰電技術(shù)革新進(jìn)入了一個(gè)瓶頸期。”同時(shí)，李崢還指出，高電壓平臺(tái)的固態(tài)電解質(zhì)的應(yīng)用，或許能打開(kāi)新材料的“枷鎖”。
因?yàn)楣虘B(tài)電解質(zhì)其實(shí)只是電池電解質(zhì)部分由液態(tài)變成了固態(tài)，對(duì)其正負(fù)極材料則沒(méi)有限制，因此理論上，固態(tài)電池有千萬(wàn)種類(lèi)型，它既可以是三元鋰電池，也可以是磷酸鐵鋰電池。
此外，由于固態(tài)電解質(zhì)高安全、高電壓的特點(diǎn)，使得諸多新型電池材料更容易得到有效應(yīng)用。一旦固態(tài)電池真正具備商業(yè)化條件，基于固態(tài)電池的諸多鋰電新材料應(yīng)用將接踵而至，屆時(shí)，鋰電技術(shù)革新或?qū)⒂瓉?lái)質(zhì)變。
中國(guó)科學(xué)院物理研究所李泓博士也指出，固態(tài)電解質(zhì)是一種通用型策略，一旦開(kāi)發(fā)成功，再搭配不同的正負(fù)極材料，能滿足消費(fèi)類(lèi)電子、無(wú)人機(jī)、動(dòng)力儲(chǔ)能、航空航天、軌道交通等諸多領(lǐng)域的需求。
因此，與其將固態(tài)電池看成一種新型電池產(chǎn)品，不如將其當(dāng)作某種解鎖電池材料性能上限的技術(shù)手段，這正是業(yè)內(nèi)對(duì)固態(tài)電池技術(shù)寄予厚望的原因所在。與此同時(shí)，固態(tài)電解質(zhì)帶來(lái)的安全性質(zhì)變，是當(dāng)前新能源產(chǎn)業(yè)迫切需要的。
自新能源汽車(chē)問(wèn)世以來(lái)，安全焦慮就始終縈繞在每個(gè)新能源車(chē)企心頭，其中最大的痛點(diǎn)來(lái)自于電動(dòng)汽車(chē)自燃。電動(dòng)車(chē)自燃的原因不外乎鋰電池發(fā)生內(nèi)部發(fā)生短路后熱管理失控，其中易燃性的電解液發(fā)揮著“重要作用”，固態(tài)電解質(zhì)最大的特點(diǎn)就是不易燃燒，很大程度上避免了電池?zé)崾Э亍?/div>
(責(zé)任編輯：子蕊)
不過(guò)，需要指出的是，形成固態(tài)電解質(zhì)的途徑有很多種，但并非所有的固態(tài)電解質(zhì)都不易燃燒。李泓就明確表示，“我們最近發(fā)表了一些文章，論證了氧化物固態(tài)電解質(zhì)（固態(tài)電池的一種）優(yōu)良的熱穩(wěn)定性，但是否每一種固態(tài)電解質(zhì)都意味著熱穩(wěn)定，還有待具體的研究數(shù)據(jù)。”
總體來(lái)看，固態(tài)電池被寄予厚望的原因主要是其可作為電池技術(shù)革新的基礎(chǔ)策略，同時(shí)具備高安全性。但具體到每一款固態(tài)電池，則需要大量細(xì)致的研發(fā)，確保其性能和熱穩(wěn)定性。
固態(tài)電池什么時(shí)候落地？
盡管固態(tài)電池有著種種優(yōu)勢(shì)，但其產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)展并不順利。2017年，以菲斯克、豐田等車(chē)企為主，大肆吹鼓自身固態(tài)電池技術(shù)，但其量產(chǎn)車(chē)型落地時(shí)間卻一推再推，由此可見(jiàn)固態(tài)電池極高的開(kāi)發(fā)難度。
近日，豐田汽車(chē)公司動(dòng)力總成部門(mén)執(zhí)行副總裁兼電池部門(mén)總經(jīng)理凱塔·凱塔（Keiji Kaita）在接受《汽車(chē)新聞》采訪時(shí)表示，原計(jì)劃在2020年?yáng)|京奧運(yùn)會(huì)上推出其固態(tài)電池供電的原型車(chē)，被推遲至2021年。不過(guò)，豐田仍有望在2025年前完成電動(dòng)汽車(chē)固態(tài)電池的生產(chǎn)。
2025年，或許是一個(gè)固態(tài)電池在汽車(chē)領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)化的分水嶺。根據(jù)寶馬、豐田、奔馳、通用及各初創(chuàng)企業(yè)最新的宣傳，固態(tài)電池落地時(shí)間基本鎖定在2025年前后。
中國(guó)科學(xué)院物理研究所李泓博士表示， 車(chē)企敢于開(kāi)發(fā)固態(tài)電池汽車(chē)的前提是，固態(tài)電池產(chǎn)能至少達(dá)到1Gwh，在此基礎(chǔ)上，考慮到完整的供應(yīng)鏈成型、工藝體系成熟、產(chǎn)能建設(shè)足夠，以及足夠的路試時(shí)間， 2024年會(huì)是一個(gè)相對(duì)樂(lè)觀的半固態(tài)電池大規(guī)模應(yīng)用時(shí)間節(jié)點(diǎn)，至于全固態(tài)，可能要到2030年。
相對(duì)而言，清陶能源總經(jīng)理李崢的預(yù)測(cè)，則更為激進(jìn)些，“目前，固態(tài)電池已經(jīng)在消費(fèi)電子等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了量產(chǎn)應(yīng)用，三年內(nèi)固態(tài)電池將在乘用車(chē)領(lǐng)域替代性使用，三年后（新車(chē)開(kāi)發(fā)時(shí)間大概3年），將會(huì)有真正基于固態(tài)電池正向研發(fā)的車(chē)輛面向消費(fèi)者。”
按照李崢的描述，去年開(kāi)始，清陶能源已經(jīng)開(kāi)始和幾家主流的主機(jī)廠做測(cè)試樣車(chē)。同時(shí)，據(jù)一位知情人士透露，“今年內(nèi)肯定有搭載固態(tài)電池的量產(chǎn)電動(dòng)汽車(chē)面世。”
值得一提的是，今年7月，剛剛完成E+輪融資的清陶能源，其位于宜春的固態(tài)電池量產(chǎn)線已經(jīng)正式投產(chǎn)，產(chǎn)能1Gwh，已滿足李泓博士判斷的車(chē)型研發(fā)前提。宜春固態(tài)電池工廠將面向乘用車(chē)動(dòng)力市場(chǎng)，并留下了足夠的擴(kuò)產(chǎn)空間。
除清陶能源外，輝能科技1GWh固態(tài)電池產(chǎn)線預(yù)計(jì)明年開(kāi)始量產(chǎn)，星盈科技2GWh 的全固態(tài)鋰電池生產(chǎn)線預(yù)計(jì)2024年投產(chǎn)。隨著電池企業(yè)固態(tài)電池產(chǎn)線逐漸投產(chǎn)，其在汽車(chē)領(lǐng)域商業(yè)化的腳步將越來(lái)越快。
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