日系车下注了,该不该等固态电池?

2024-11-27

新能源汽车的一轮革命真的会带来固态电池吗?


11月20日,本田召开新闻发布会,发布了自己的全固态电池示范生产线——王炸——首次公开开发。该实验生产线于2024年春季开始建设,目前已安装验证设备。


它是一条直接面向量产的示范线。 伴随着新能源汽车的发展,固态电池逐渐成为技术焦点,被称为纯电动汽车普及的关键。 全固体电池几乎可以解决当今锂离子电池的所有“烦恼”,包括续航、安全、低温适应等。


所以日系车押注固态电池,希望借助下一轮技术变革,完成对中国新能源的弯道超越。此前,丰田还公布了固态电池时间表。


国内汽车公司也没有闲着,最近一个月,华为、宁德时代、比亚迪、奇瑞等,都发布了最新的技术进展。


那么,这是否应该影响我们购买新能源汽车的决定呢?在新能源领域,日系车通过固态电池新技术超车的可能性有多大?


01.详细说明固态电池


我们先来看看什么是固体电池。每个人都应该听说过“电解液”。在电池的正极和负极之间,电解液起到传导作用,正负通过电解液放电。然后,固体电池,很简单,其实就是用固体代替液体的电解质。


这个好处是什么?固体电池正好可以解决当今液体电池的所有“烦恼”。


首先,固体材料比液体材料更稳定,即使碰撞变形,也不会漏液,短路不易引起自燃,安全性更高。其次,因为都是固体,低温不易冻结,高温不易挥发。在东北冬季和海南夏季,电池寿命基本不会下降,热稳定性非常好。更重要的是衰减更小,电池老化速度更低,可以提高电动汽车的保值率。


同时,电解质从液体变成固体后,正负材料的选择空间更大,正负极材料更合适,可以大大提高电池的能量密度。一个固体电池的续航能力可以是同体积液体电池的十倍。


对汽车工程师而言,固体电池的形状更加自由,结构更加紧凑,电瓶车“憨厚”不灵巧的形象可以改变。



雷克萨斯固态电池概念车


长期以来,固体电解质应该使用什么材料,行业内一直没有明确的方向。氧化物、硫酸盐和高聚物主要有三个方向。


早在2000年初,日本汽车工业就开始布局固体电池技术。其中,丰田、本田、日产、日立选择了硫酸盐电解质的技术路线,富士电气和小原选择了氧化物电解质,松下和三洋选择了卤化物和聚合物电解质的路线。


经过大量的探索,这三种技术路线各有优势和问题,最后的结论就是,越贵越好用。


其中聚合物成本最低,但也是三者中第一个被放弃的。原因是研究人员发现,高聚物在常温下的导电性太低,会导致电池充放电缓慢,无法满足新能源汽车大功率充放电的需要。为了提高其导电性,温度必须提高到60摄氏度以上,这不适合自然环境。


第二种是氧化物,它的导电性适中,但在成本方面,虽然氧化物材料本身价格较低,但由于材料脆,生产困难,氧化物坚硬,很难与电极紧密贴合。为了填补间隙,一些制造商试图添加润滑剂,这导致半固态电池的诞生。虽然有些厂家,比如蔚来,也在尝试半固态,但是它的优势并没有液态电池那么明显。


最后剩下的固体电池材料只有硫酸盐。硫酸盐离子电导率高,有的甚至超过液体电解质,材料柔软易加工,可以很好的贴合正负电极界面。这意味着硫酸盐电解质可以使固体电池具有高能量密度、高功率和快速充放电。


听起来不错,但最大的问题是成本。硫酸盐电解质的生成需要大量昂贵的硫化锂(每公斤不少于650美元),导致每公斤成本普遍高于195美元。业内普遍认为,硫酸盐电解质的成本需要降低到每公斤50美元才能商业化。


硫酸固体电池,除材料本身外,工艺也非常昂贵。硫酸盐环境稳定性差,容易氧化,容易与水蒸气发生反应。一旦接触到空气,结构变化和离子传导率就会降低,有害气体就会释放出来。这是非常危险的,需要大量复杂的工艺来解决问题。比如电解质的生成需要在惰性环境中进行,对运输和储存的要求很高,对电池制造和封装的要求也会更高,进一步增加了成本。


与聚合物和氧化物相比,成本问题是固体电池中最好的问题之一。通过大规模生产,降低硫酸盐电解质的成本只是时间问题。


什么时候改变游戏规则?


为降低成本,本田希望将固体电池推广到汽车以外的市场,以更快的规模化。


本质上,这仍然是为汽车服务的。本田希望在电动汽车上更快、更大规模地使用固态电池,因为这是一项突破性的技术,可以帮助本田赶上汽车的电气化趋势。


“作为一项创新技术,全固态电池将成为纯电动时代游戏规则的改变者。电池作为电气化的关键因素,一直在取代支撑汽车发展的发动机。”本田技术研究所代表大津启司,一名服役总裁。(Otsu Keiji)“电池进化将成为本田转型的动力,全固态电池示范生产线的准备对本田来说是一个重要的里程碑。”


大津启司所说的变化,是指电瓶车在技术性能上完全替代燃油车,甚至其他形式的新能源车。从产业竞争的维度来看,以本田为代表的日本汽车公司将固态电池作为赶超新能源领域的技术砝码。


本田新的示范生产线占地约27400平方米,配备了工具来验证每一个生产过程,并支持电池模块的形成和模块的组装。本田在示范工厂投资约430亿日元(约20亿人民币)。



本田固体电池示范线


在这条生产线上,工程师可以检测和验证电池生产的每一个环节。除了固体电解质的装配工艺,更重要的是,电极材料可以根据各种比例混合在一起。


这就要提到固体电池的另一个关键点。固体电解质的成本只是固体电池的难点之一。为了实现更大的能量密度,固体电池应逐步优化正负,找到适应高比容量的材料。在动力电池中,正负电极的材料直接影响电池的能量密度。


比如负极材料可能会从石墨升级到硅基石墨,含锂负极,再升级到金属锂负极,而正极材料可能会从高镍三元升级到片层富锂基等新型正极材料。


作为一种负极材料,金属锂的能量密度高达 3860 每克毫安时,是硅基石墨的三到四倍。业界最期待、最具颠覆性的固体电池,负极应为金属锂。


也就是说,即使固体电池真的是量产装货,其商业化也不是一蹴而就的,而是需要很长时间来优化成本和技术。


回到最初的问题,固态电池真的会掀起一场革命吗?答案是肯定的,但是时间还很长。


如今,2027年,固态电池的大规模生产时间基本上已经做出了相对准确的判断,但早期主要在高价汽车上。中档和经济型新能源汽车的普及需要一个漫长的过程,估计是2030年以后。丰田、奇瑞、比亚迪基本上都是这个时间表一样的。


真的实现了,这里还有太多的问题没有解决。根据郭盛证券的预测,到2025年,全球固态电池的需求将达到17.3.3,主机厂的观点与机构的预测相似。GWh,这一规模完全不能支撑大规模的装货商业化,更多的是试验特性。而且到了2030年,这个数字有望超过200GWh,届时,固态电池对新能源汽车的影响将会落到经济型产品上。


应该影响消费行为吗?如果预算高,等得起,可以关注技术进度。2027年不算太远。如果你只是需要买车,那么关注现在可能是最好的选择。


本文来自微信微信官方账号“汽车像素”,作者:张邈欣,编辑:冒诗阳,36氪经授权发布。


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