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绝不自燃,比亚迪全固态电池来了

智车科技 | 汽车科技服务平台 2022/11/22 23:47

本文来源:电动公会

/导读 /

比亚迪耗时六年研发的全固态电池,终于要落地了。

日前,我们从比亚迪内部获悉,比亚迪全固态锂电池在重庆生产即将装车试验,该项目由中国科学院院士、清华大学教授欧阳明高牵头,另有三位院士顾问一同参与研发工作,属于标准的国家级重点项目。

据了解,该固态电池在使用硅基材料作为固态电池负极时,能量密度预计能达到400Wh/kg。作为参考,比亚迪二代刀片电池的能量密度为180Wh/kg,也就是说,比亚迪固态电池能量密度相比刀片电池提升了2倍之多

比亚迪早在2016年以前就开始投入固态锂电池的研发工作,目前在国内的相关专利数量众多,位列国内第一。目前其两种技术路线氧化物固态锂电池,以及硫化物固态锂电池均已完成生产,可进行装车试验。

知情人透露,首发比亚迪固态电池的车型,或将是其百万级高端品牌仰望的硬派SUV。除了比亚迪车型自用,比亚迪首批全固态电池还将外供其他企业,可能优先供应奔驰、宝马、奥迪和红旗等品牌。

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事实上,除比亚迪外,近两年各大企业都将目光投向了固态电池产业,日产、宝马、宁德时代、蔚来、上汽、广汽等均表示在固态电池的研发中已取得了阶段性进展。

头部企业的加入,让固态电池站上了投资风口

今年以来,辉能科技、太蓝新能源、卫蓝新能源、Solitor、高能时代、Factorial Energy、恩力动力、SES等国内外多家固态电池产业链企业接连获得资本青睐。投资方包括华为、小米、宁德时代、欣旺达、梅赛德斯-奔驰、本田汽车、吉利控股、上汽集团、通用汽车、现代汽车、起亚等,阵容相当豪华。

可以看到,固态电池已经成为各大汽车厂商争夺未来纯电动车话语权的核心技术

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固态电池为什么受宠?

固态电池虽然正逐渐站上风口,但由于其商业化在短期内难以实现,导致各方对这一技术路线仍存较大争议。

固态电池好在哪?

第一,固态电池使用固体电解质替代了传统锂电池的电解液和隔膜。与传统锂电池相比,固态电池更安全、能量密度也更高、循环性能更强。

第二,固态电池技术被认为将大幅缩减电动汽车的成本,有研究机构认为,量产固态电池的成本仅为目前锂离子电池的40%。

基于以上两点优势,在下一代汽车动力电池的自主研发技术中,让固态电池成为了风向标。

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尽管前景可期,但由于技术和工艺上的种种问题,发展固态电池的道路并非一帆风顺

首先,高效的电解质材料体系缺乏。

作为固态电池的核心材料,目前在固体锂离子导体的单一指标上已有所突破,但综合性能尚不能满足大规模储能需求。现今固态电池采用的固态电解质普遍存在性能短板,距离高性能锂离子电池系统的要求仍有不小的差距。

其次,固态电解质和电极的界面处理也是固态电池目前面临的一大难题。

在固体电解质中锂离子传输阻抗很大,与电极接触的刚性界面接触面积小,在充放电过程中电解质体积的变化容易破坏界面的稳定。

此外,在固态锂电池中,除了电解质和电极之间的界面,电极内部还存在复杂的多级界面,电化学以及形变等因素都会导致接触失效影响电池性能。

第三,长期使用时稳定性不理想也是长寿命储能固态电池发展的瓶颈。

固态电池在服役过程中结构与界面会随时间发生退化,但退化对电池综合性能的影响机制尚不明确,难以实现长效应用。而构建高性能固态电池需要从两方面入手,一是构建高性能的固态电解质,二是提高界面的相容性和稳定性。

针对固态电池,我们要从最基础的材料、界面、单体,一直到最终的系统模块进行研究,只有从根本上解决了关键材料和界面问题,才能开展系统的工艺研究,从而满足单电池的性能要求

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何时能够产业化?

尽管固态电池的技术优势很明显,但在产业化方面,因为一些关键技术涉及到各个企业核心技术而无法获取,导致基于工程化应用方面的技术还需要进一步探究

过去几年,全球汽车巨头产业都在投资研发这一领域,众多玩家加入导致这一市场的“僧多肉少”,做科研和做技术的企业就那么多,谁能先拿下就是谁的。

此前,欧阳明高在接受媒体采访时表示,虽然中国目前在汽车动力电池供应上处于绝对龙头地位,但欧美和日韩企业已经在下一代固态电池领域的研发上处于领先地位。

他认为,如果从国家角度来讲,目前固态电池技术最好的国家是日本。因为日本在固态电池的研发中制定了非常详细的国家性计划,每一步的分工都非常明确。“而我国现在研发全固态电池还属于各自为政阶段,没有一个完整的国家计划来推动,所以相比之下,日本应该要超前我们 5 年。”

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从2021年开始,日系三大车企丰田、本田、日产汽车都陆续对外发布2030战略。这些战略在表达电动化转型的决心之外,无一例外地把固态电池的研发作为重点战略之一,并给出了具体的时间节点。

三家日系车企中,丰田的固态电池进展启动的时间点更靠前,最先试制。日产和本田则统一在2024年建设试产线,为量产做准备。虽前期步调有些许差异,但三家均将批量生产时间设在2030年前。

最多五年的时间,三家车企都需要完成全固态电池的试产、量产到上车应用,节奏十分紧凑。对比液态锂电池的依赖外部供应商模式,日系车企对固态电池自造的迫切可见一斑

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我们的路该怎么走?

按照上海大学新能源产业创新研究中心研究员罗向群的观点,企业可以分为三类路线:

第一种是半固态电池路线者,其实多半是从全固态路线转为半固态路线,并且在可见的将来基本上专注于半固态电池,比如卫蓝新能源、SES、浙江锋锂等。

目前看,半固态电池量产装车的时间点已经到来。今年3月,卫蓝新能源首席科学家、创始人李泓透露,卫蓝新能源开发了混合固液电解质动力电池,并将在蔚来ET7车型上量产应用,单次充电1000km,电池包电量达到150kWh,单体能量密度达到360Wh/kg。

半固态电池量产上车,是一个很重要的时间节点。不过,半固态电池量产初期,价格不会便宜,有多少消费者愿意为此买单还是一个未知数。

第二种是直接选择全固态电池路线,如比亚迪已公布的固态电池相关产品计划。比亚迪未来的电池技术有三个方案:刀片、六棱或者2025全固态。

第三种是选择“两条腿走路”,例如国轩高科、蜂巢能源等。今年5月27日,国轩高科在其第十一届科技大会上发布了一款半固态电池,该款电芯能量密度达到360Wh/kg,将在今年年底量产上车。

而无论哪种路线,现阶段我国的固态电池领域最先要解决的问题是,如何合理运用资金拿下固态电解质

做材料这种事不可操之过急,需要静下心来长期积累,有了夯实基础才能做到厚积薄发,中国全固态电池技术的落后,并不可怕,可怕的是不去做,况且技术研发不是一个恒定的值,在“你争我赶”的过程中,我们有望颠覆。

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事实上,目前国内市场中,宁德时代、蔚来以及即将上车的比亚迪,均在固态电池的研发中已取突破性进展。另外,在小米、华为、辉能科技、春华资本、丹丰资本等资本的帮助下,国内固态电池领域的投资也取得了较好的成绩。

只不过现在的时间节点,磷酸铁锂、三元锂、半固态和固态电池处于一种混合存在的状态,它们都有着此时此刻自己应该扮演的角色。

虽然现在固态电池还未正式应用在汽车上,但在消费电子、无人机等终端设备之上,却已经得到了不少的应用。根据欧阳明高的预测,固态电池真正在汽车领域大规模商业化应用,大概的时间是在2025~2030年之间

未来谁能率先杀出重围,我们拭目以待。

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