固態(tài)電池將代替三元鋰電池來全面接管電動(dòng)汽車
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(文章來源:百家號)
中國,作為全球最大鋰電池市場,擁有動(dòng)力電池出貨量前十企業(yè)的數(shù)量最多,卻與這些榮譽(yù)絲毫沒有關(guān)聯(lián)。這個(gè)事實(shí)再一次告訴我們,中國是鋰電池大國,卻不是鋰電池強(qiáng)國。更糟糕的是,靠著補(bǔ)貼政策和“白名單”迅速上位的三元鋰電池,如今卻面臨著能量密度和安全性這兩座無法逾越的大山,發(fā)展后勁不足,出師未捷身先衰。
三元鋰電池時(shí)代似乎難逃走向終結(jié)的命運(yùn),能量密度更高、更安全的固態(tài)電池,正在加快步伐取代三元鋰電池,隱有全面接管電動(dòng)車之勢。而這,會(huì)成為中國動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)真正實(shí)現(xiàn)彎道超車的契機(jī)嗎?從日本一家獨(dú)大到日韓兩國爭霸,再到中日韓三國殺,中國鋰電池產(chǎn)業(yè)的崛起是一個(gè)勵(lì)志的故事。鋰電池的正極材料有很多種,包括磷酸鐵鋰、三元鋰、錳酸鋰、鈷酸鋰、鈦酸鋰等等,磷酸鐵鋰電池曾是中國新能源汽車市場的主流。
為扶持新能源汽車而生的補(bǔ)貼政策,徹底改變了這一局面。不斷變化調(diào)整的補(bǔ)貼政策對電池能量密度提出的要求越來越高,能量密度最高能達(dá)到330Wh/kg的三元鋰電池,成功將只有100Wh/kg左右的磷酸鐵鋰電池踩在腳下,從此奠定了三元鋰稱霸乘用車、磷酸鐵鋰蝸居客車的格局。從市場規(guī)模和體量和產(chǎn)業(yè)鏈來看,以三元鋰為主要技術(shù)路線的中國動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)無疑是成功的。
市場雖大,產(chǎn)業(yè)鏈雖完善,頭部企業(yè)雖強(qiáng),但中國卻不是鋰電池強(qiáng)國。相比日韓,我們差在哪?首先是技術(shù)水平和制造工藝,中國并不占優(yōu),跟日韓電池產(chǎn)業(yè)相比還存在較大的差距,鈷酸鋰、磷酸鐵鋰和三元鋰的核心技術(shù)都掌握在日韓手里。尤其是日本,其主打高端市場的領(lǐng)先技術(shù),是中國短期內(nèi)難以超越的。
固態(tài)電池才是電動(dòng)車救星?今年以來,特斯拉、蔚來、比亞迪、威馬電動(dòng)車的多起自燃事故,將三元鋰動(dòng)力電池推上了風(fēng)口浪尖——這些起火車輛,裝配三元鋰電池的占了絕大多數(shù)?!盁o論從化學(xué)結(jié)構(gòu)還是電池結(jié)構(gòu)來講,三元材料都非常容易發(fā)熱,如果不能把熱量及時(shí)傳導(dǎo)出去,電池就有爆炸的風(fēng)險(xiǎn)。”有專家一針見血指出,在現(xiàn)階段,三元鋰電池的安全可靠性還沒有妥善的解決辦法。
鋰電池在充放電過程中極易發(fā)生事故,今年密集出現(xiàn)的電動(dòng)車著火事故,大部分都發(fā)生在車輛充電過程中或者剛剛結(jié)束充電后,這導(dǎo)致消費(fèi)者對三元鋰電池安全性的擔(dān)憂與日俱增。另一方面,能量密度天花板也是三元鋰電池的一個(gè)致命傷。動(dòng)力電池的能量密度決定了車輛的續(xù)航里程。目前,高鎳的NCM811(NCM即鎳鈷錳)是三元鋰電池的重點(diǎn)突破方向,但目前已現(xiàn)技術(shù)瓶頸,即使是量產(chǎn)電動(dòng)車中能量密度最高的21700 NCA三元鋰電池電芯(特斯拉使用),也只有260Wh/kg。業(yè)界認(rèn)為,300Wh/kg將是三元鋰電池難以跨越的鴻溝。
三元鋰已黔驢技窮,動(dòng)力電池的發(fā)展瓶頸要如何突破?號稱能將續(xù)航里程提至800公里、幾十秒就能充滿電的固態(tài)電池,讓人們看到了希望。能量密度高是固態(tài)電池的最大特點(diǎn)。當(dāng)前的全固態(tài)鋰電池,能量密度約在400Wh/Kg左右,最大潛力值預(yù)計(jì)可達(dá)900 Wh/Kg,體積重量也比液態(tài)的三元鋰電池更小更輕,這使得采用固態(tài)電池的車輛擁有更長的續(xù)航里程,并且可以輕松實(shí)現(xiàn)車身的輕量化。
重要的是,固態(tài)電池比液態(tài)電池安全多了。由于固態(tài)電池的電極和電解質(zhì)都由固態(tài)物質(zhì)制成,固態(tài)電解質(zhì)不可燃、不漏液,即使在高溫情況下也不會(huì)著火,搭載全固態(tài)鋰電池的汽車自燃概率自然大大降低。因著這兩個(gè)優(yōu)勢,固態(tài)電池堪稱電動(dòng)車的救星。既然這么神奇好用,市面上的電動(dòng)車為何不使用固態(tài)電池?原因出在技術(shù)和成本太高。
技術(shù)方面,目前的固態(tài)電解質(zhì)電阻太大,尚未找到既能兼顧高倍率又能快充的的物質(zhì)做電解質(zhì)。此外,固態(tài)電解質(zhì)的導(dǎo)電率、內(nèi)阻界面阻抗及相容性也存在問題,這導(dǎo)致固態(tài)電池短時(shí)間內(nèi)無法應(yīng)用于市場。成本方面,性能良好的材料非常昂貴,這導(dǎo)致固態(tài)電池的成本遠(yuǎn)高于三元鋰電池,阻擋了固態(tài)電池量產(chǎn)使用的腳步。家電巨頭戴森及時(shí)止損不再造車,就與其所使用的固態(tài)電池成本太高不無關(guān)系。
即使有上述兩大短板掣肘,也不妨礙固態(tài)電池被普遍認(rèn)為是下一代動(dòng)力電池研發(fā)方向的趨勢。目前,在固態(tài)電池研究領(lǐng)域最有話語權(quán)的是日本。日本最大公立研究組織——新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機(jī)構(gòu)(NEDO),在2008年發(fā)布的電池研發(fā)路線圖中明確指出,要將固態(tài)電池作為未來新一代電池的發(fā)展方向。同一年,日本車企協(xié)同38家單位機(jī)構(gòu)成立研發(fā)同盟,多方合力,計(jì)劃在2022年掌握核心技術(shù)。
從這些車企的布局來看,從2021年開始,固態(tài)電池將在國內(nèi)落地應(yīng)用,電池能量密度在300-500Wh/kg,主要搭載于少量高端電動(dòng)車;2025年左右,固態(tài)電池將逐步實(shí)現(xiàn)商業(yè)化,真正在全球范圍內(nèi)普及。對電動(dòng)車生產(chǎn)企業(yè)和動(dòng)力電池企業(yè)來說,這是最好的時(shí)期,也是最壞的時(shí)期。真正實(shí)現(xiàn)彎道超車,或?qū)⒃诖艘慌e。