鮮花與口水齊飛，研發(fā)固態(tài)電池是“賭博”？

經(jīng)濟(jì)觀察網(wǎng) 記者 周菊

汽車行業(yè)對固態(tài)電池的態(tài)度呈現(xiàn)兩極分化的狀態(tài)。一方面，美國電動(dòng)汽車初創(chuàng)企業(yè)Fisker表示將放棄固態(tài)電池研發(fā)，給這個(gè)新項(xiàng)目潑了一盆冷水。去年底，F(xiàn)isker創(chuàng)始人亨里克·菲斯克接受采訪時(shí)表示，“固態(tài)電池是一種這樣的技術(shù)，當(dāng)你覺得已經(jīng)完成了90%，幾乎達(dá)到目標(biāo)時(shí)，然后你意識到剩下的10%比前面的90%困難得多。因此現(xiàn)在，我們完全放棄了固態(tài)電池，因?yàn)檎娴臒o法落地。”

在此之前，F(xiàn)isker對固態(tài)電池進(jìn)行了數(shù)年的研發(fā)，并計(jì)劃在其一款新車上搭載固態(tài)電池，但最終跳票，后來則果斷放棄了固態(tài)電池項(xiàng)目。

但另一方面，以日產(chǎn)、豐田、本田等為代表的汽車企業(yè)，則對固態(tài)電池發(fā)起持續(xù)猛攻。4月8日，日產(chǎn)汽車召開了全固態(tài)電池技術(shù)說明會(huì)，明確表示將于2024年在日本橫濱建立首家全固態(tài)電池試點(diǎn)工廠，而首款搭載固態(tài)電池的量產(chǎn)車有望于2028年推向市場。

事實(shí)上，除日系車企外，大眾汽車、福特汽車、通用汽車等各大汽車制造商，均在進(jìn)行全固態(tài)電池的研發(fā)，并陸續(xù)公布了量產(chǎn)時(shí)間表。

有車企毅然轉(zhuǎn)身，也有車企扎堆猛攻，為什么在固態(tài)電池上，汽車企業(yè)的態(tài)度如此不同？全固態(tài)電池量產(chǎn)的難點(diǎn)在哪里，是否能夠突破，這些均成為業(yè)內(nèi)關(guān)注的焦點(diǎn)。

“固態(tài)電池肯定是鋰離子電池未來的發(fā)展趨勢，但是目前全固態(tài)電池還有很多科學(xué)層面的問題沒有解決，比如界面問題、電解質(zhì)成本問題、正負(fù)極材料的匹配問題等等，至少還需要5-10年的技術(shù)突破時(shí)間，短時(shí)間內(nèi)不具備產(chǎn)業(yè)化的潛力。”中科院創(chuàng)業(yè)投資管理有限公司研究總監(jiān)邵元駿告訴經(jīng)濟(jì)觀察網(wǎng)記者。

汽車行業(yè)資深分析師梅松林也表示，“固態(tài)電池離裝車還有遙遠(yuǎn)的距離，有些樂觀估計(jì)2025年，但有些預(yù)估在2030年。因此，固態(tài)電池對車企來說是一個(gè)戰(zhàn)略性的長期投入。只有極少數(shù)車企把固態(tài)電池當(dāng)作戰(zhàn)略性技術(shù)、戰(zhàn)略性競爭優(yōu)勢來投入，這需要足夠的資金、技術(shù)研發(fā)能力、尤其需要耐心和對不確定的管控。”

值得注意的是，邵元駿指出，在現(xiàn)有液態(tài)鋰離子電池產(chǎn)業(yè)鏈建立成熟，且性能滿足需求的背景下，現(xiàn)有的優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)方對于固態(tài)電池這種不確定性較大的顛覆性技術(shù)需求不大，研發(fā)固態(tài)電池更多的是新入局企業(yè)或者謀求轉(zhuǎn)型企業(yè)的一種押寶行為。

全固態(tài)電池：“帶刺的玫瑰”

全固態(tài)電池成為各車企的研發(fā)目標(biāo)，主要是因?yàn)樗兄亓枯p、續(xù)航里程長、充電速度快，以及安全性等方面的一些優(yōu)勢。

與液態(tài)電池相比，固態(tài)電池首當(dāng)其沖的優(yōu)點(diǎn)就是重量輕，能量密度高。“全固態(tài)電池的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是單位重量能量密度高，固態(tài)電池的重量是遠(yuǎn)遠(yuǎn)輕于液態(tài)電池的，這樣使得續(xù)航距離的損失減少一些。”日產(chǎn)在發(fā)布會(huì)上指出，日產(chǎn)汽車固態(tài)電池的能量密度預(yù)計(jì)將達(dá)到1000Wh/L，同樣體積的情況下，續(xù)航里程將是液態(tài)電池的兩倍。

同時(shí)，固態(tài)電池能更大程度發(fā)揮快充性能。當(dāng)前快充設(shè)施的平均充電功率在150kW左右，但日產(chǎn)對其固態(tài)電池充電設(shè)施充電功率的目標(biāo)值高達(dá)350kW。據(jù)悉，日產(chǎn)已經(jīng)完成1000Wh/L級電極的充放電性能實(shí)測，在25℃下能在15分鐘時(shí)間內(nèi)從15%充電到80%，充電時(shí)間可縮短至1/3。

另外，固態(tài)電池被認(rèn)為受溫度影響較小，因此在低溫條件下表現(xiàn)更好，一定程度上能夠解決冬季車輛續(xù)航里程下降等問題。同時(shí)可以避免液態(tài)電池的鋰離子在反復(fù)充電過程中產(chǎn)生鋰枝晶并穿透電池隔膜引發(fā)自燃，安全性提升。

但看起來近乎“完美”的全固態(tài)電池量產(chǎn)卻也面臨許多難點(diǎn)，主要體現(xiàn)在制造難、成本高方面。

日產(chǎn)技術(shù)負(fù)責(zé)人在此次會(huì)議上表示，目前全固態(tài)電池距大規(guī)模量產(chǎn)裝車，還有不少技術(shù)難題。首先是在技術(shù)層面，固態(tài)電池需要將多層電芯均勻疊放，一旦每層之間受力不均或沒有充分考慮電池充放電引發(fā)的體積變化，就會(huì)導(dǎo)致電荷局部堆積，嚴(yán)重時(shí)可能引發(fā)短路。

此外，受俄烏沖突持續(xù)等外界因素影響，目前用于制造電極的鈷等金屬材料價(jià)格飛漲，使得固態(tài)電池本來就居高不下的制造成本雪上加霜。據(jù)介紹，日產(chǎn)目前重要的研究方向是開發(fā)錳等售價(jià)較為低廉的代替材料，希望未來成本達(dá)到每千瓦時(shí)75美元。

但邵元駿表示，全固態(tài)電池并不能完全避開當(dāng)前短缺的那些材料，成本仍然非常高。“（固態(tài)電池）正負(fù)極還是用那些（材料），就是把EC DMC和六氟磷酸鋰換成更復(fù)雜的硫化物或者氧化物，會(huì)涉及La、Ge之類的元素。而硫化物現(xiàn)在價(jià)格都是按克算的，非常昂貴。”邵元駿指出，全固態(tài)電池未來基本是用在那種不差錢的高端車型上。

值得注意的是，固態(tài)電池也會(huì)存在一定的安全隱患。據(jù)日產(chǎn)介紹，由于固態(tài)電池的能量密度更高，內(nèi)部的硫化物一旦混入異物或與空氣接觸，很容易形成硫化氫等劇毒易燃?xì)怏w，進(jìn)而引發(fā)爆炸。

“固態(tài)電池的能量密度是目前鋰離子電池的兩倍，因此就像一個(gè)更危險(xiǎn)的潛在炸彈。如果發(fā)生重大事故，固態(tài)電池可能會(huì)比現(xiàn)在的電池更具災(zāi)難性。”日產(chǎn)負(fù)責(zé)先進(jìn)電池研發(fā)的副總裁Kazuhiro DoiKazuhiro Doi表示。而這需要針對固態(tài)電池進(jìn)行更加全面的安全驗(yàn)證。

半固態(tài)電池將上位？

當(dāng)前業(yè)內(nèi)對全固態(tài)電池的量產(chǎn)時(shí)間預(yù)計(jì)也差異很大。資料顯示，表示最早實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)的是大眾汽車，其入股美國動(dòng)力電池企業(yè)Quantum Scape，合資開發(fā)固態(tài)電池，計(jì)劃2023年量產(chǎn)。值得注意的是，F(xiàn)isker也是Quantum Scape的股東之一，而Fisker放棄固態(tài)電池研發(fā)是否意味著該公司固態(tài)電池量產(chǎn)時(shí)間出現(xiàn)變數(shù)尚不明確。

豐田則計(jì)劃從2025年開始量產(chǎn)固態(tài)電池，日產(chǎn)的量產(chǎn)時(shí)間是2028年，寶馬更為謹(jǐn)慎一些，計(jì)劃2030年量產(chǎn)搭載。Fisker創(chuàng)始人亨里克·菲斯克去年表示，從任何形式的量產(chǎn)看，固態(tài)電池至少還需7年。邵元駿則認(rèn)為，全固態(tài)電池量產(chǎn)至少也是10年之后的事。

目前來看，固態(tài)電池的量產(chǎn)要基本要在2025年及以后。市場研究公司Yole Développement (Yole)預(yù)計(jì)固態(tài)電池商業(yè)化將在2025年左右開始，小規(guī)模量產(chǎn)甚至?xí)崆皩?shí)現(xiàn)。這是一個(gè)相對長的時(shí)間，也給固態(tài)電池的發(fā)展前景增添了許多的變數(shù)。

而在國內(nèi)，有車企表示將推出半固態(tài)電池，這被認(rèn)為是向全固態(tài)電池的過渡形式。據(jù)悉，蔚來汽車與衛(wèi)藍(lán)新能源合作，前者的蔚來ET7將搭載后者研發(fā)的的混合固態(tài)電池，該半固態(tài)電池預(yù)計(jì)在今年底或明年上半年開始量產(chǎn)，單次充電續(xù)航1000公里。

“與全固態(tài)電池相比，國內(nèi)的固態(tài)電池一般采用固液混合態(tài)的路線，在電池中存在一定的液體，這種路線更加現(xiàn)實(shí)。固液混合態(tài)電池可以理解為液態(tài)電池的一種升級而不是顛覆，在成本可控的情況下，能量密度和安全性上有一定的提升。”邵元駿指出，如果固態(tài)電池在性能上滿足需求，不一定會(huì)需要全固態(tài)電池。

因?yàn)楣虘B(tài)電池的研發(fā)投入和成本高，可能在市場上面臨一定的挑戰(zhàn)。“消費(fèi)者可能會(huì)多付出10%的成本選擇將電池的安全系數(shù)從90%提升到99%，但不一定會(huì)花5-10倍的成本選擇100%安全的全固態(tài)電池。”邵元駿對經(jīng)濟(jì)觀察網(wǎng)記者說。同時(shí)其指出，當(dāng)前固體電解質(zhì)材料基本上不具備低溫工作的能力，這仍然是固態(tài)電池的短板，安全性能也不能100%保證。

對于固態(tài)電池的高成本，日產(chǎn)官方在解析會(huì)上透露，其將在2028年將固態(tài)電池制造成本降至75美元（約合477元人民幣）/kWh，與目前的液態(tài)鋰離子電池成本相當(dāng)。但邵元駿對此表示，“全固態(tài)電池現(xiàn)在是在理論上講故事，實(shí)際產(chǎn)品性能怎么樣，能不能做出來還不一定。”

那么在研發(fā)全固態(tài)電池的車企中，哪家最有希望實(shí)現(xiàn)率先量產(chǎn)？邵元駿表示，“豐田做的快一點(diǎn)，日本在液態(tài)電池產(chǎn)業(yè)上已經(jīng)落后中韓了，只能謀求別的機(jī)會(huì)，和燃料電池類似，固態(tài)電池的這種押寶也像賭博。”邵元駿表示。