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固态电池,小心玩脱-香港期货

关于固态电池,一个共识是,它将取代现在主流的液态锂离子电池,成为新能源汽车的“下一站”。

然而,对于固态电池什么时刻量产搭车的问题,则众说纷纭。

智己汽车CEO刘涛在近期智己L6的新品宣布会上示意,*代光年固态电池今年年内会真正实现量产上市。广汽埃安以为它的全固态电池预计在2026年量产上车。

外洋市场方面,丰田设计2027年实现全固态电池装车;韩国SKOn正在开发高分子氧化物复合和硫化物两种固态电池,目的是到2026年生产出原型产物,2028年实现商业化;三星SDI正在开发一种没有负极的固态电池,预计将于2027年量产。

固态电池的新闻满天飞,动力电池的霸主宁德时代也不得不出来发声。宁德时代首席科学家吴凯示意,全固态电池的成熟度指标,若用1-9数字示意,宁德时代现在的成熟度在4的水平,目的到2027年到7-8的水平。

简言之,宁德时代的固态电池离量产还尚早。

在全固态电池研发方面已有十多年的积累,且有近千人研发团队的宁德时代尚且云云,近一两年量产,甚至宣称已经搭载上车的固态电池,其成色问题就值得商讨了。

固态电池虽好,经不起“恶搞”

新能源汽车行业生长离不开动力电池,现在的动力电池无论是三元锂电池照样磷酸铁锂,虽然在整车平安、续航里程等方面还在提高,但一定水平上在手艺上已经很难有大的突破了。

随着锂离子电池成本优化靠近极限,新能源汽车产业正迫切追求手艺刷新以突破现有瓶颈。固态电池作为下一代电池手艺的明星产物,依附其在平安、能量密度及循环寿命方面的显著优势,被视为推动电动汽车生长的新引擎。

所谓固态电池,顾名思义,是和液态电池相对应的,是一种使用固态电极和固态电解质的电池。

现在市面上主要的锂离子电池内置是含有液态电解质的。传统液态电池由正极、负极、电解液、隔膜四大部门组成。固态电池用固态电解质替换传统液态电解液和隔膜。

固态电池的焦点特征就在于使用固态电解质,这也是实现固态电池高能量密度、高循环稳固性、高平安性的要害。

其事情机理与传统锂电池一致,依赖锂离子在正极和负极之间往返移动,举行化学能和电能之间的转换与储存。

凭证液态电解质的含量逐步下降,固态电池生长路径可分为:半固态电池、准固态电池和全固态电池。

这也就给了一些车企在宣传上提供了“便利”,*家、*款、*代的修饰语层出不穷。腾势汽车总司理兼首席共创官赵长江也忍不住在微博吐槽“就是在玩文字游戏”。

中科院院士、清华大学教授欧阳明高也以为,中国在全固态电池领域的研发,现在来看熟悉还不统一。显然,太过炒作对固态电池的生长极为晦气。

事实上,作为全固态电池的过渡方案,半固态电池在性能上已大幅提升,平安性较好、能量密度较高、循环寿命更长、事情温度局限更宽、耐挤压、耐震惊等。

但从制造工艺来说,半固态电池基本可沿用现有液态电池的制造工艺,生产难度远远小于全固态。

液态变固态,换“汤”也换“药”

但液态电池要直接升级为固态电池,就需要“洗面革心”了。

若是把动力电池比作汤药,那电解质可以说是“汤”,正负电极和隔膜可说成是“药”。从液态电池到固态电池,不光是把“汤”换了,液态电解质酿成固态,“药”也逐步换了。基于现在固态电池的生长历程,还可以将固态电池的生长分为三个阶段:

*阶段:将传统的电解液换成固态电解质,正负极和传统用的是一样,均接纳负极石墨和正极三元锂或磷酸铁锂;

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第二阶段:替换负极质料,作废掉负极的石墨或硅,使用金属锂来提升能量密度;正极稳固,接纳磷酸铁锂或者三元质料。

第三阶段:正负极都换,负极用金属锂,正极就可以换成不含锂的高能量的质料。

云云来看,*阶段换的就是“汤”,第二三阶段就是把“药”也换掉了。

换“汤”对照好明白,固体电解质相对于电解液,电化学局限更广(电压更广),电解质不介入化学反映,让锂离子通过。因此,可以选择容量更大的正极质料,或者选择电压差更大的正负极质料,从而提高能量密度。

那为什么要把作为“药”的正负极也更新换代呢?

根据现在提高电池能量密度的手段,在正极端不停地提高镍的含量虽然可以提升电池能量密度,然则高镍电池对电池的稳固性要求具备更高的电池治理基础。因此,三元锂短期内要突破一个量级照样有一定的挑战。未来,可能也只有固态电池会将电池能量密度提升一个量级。

太蓝新能源就在克日宣布乐成制备出天下首块车规级单体容量120Ah,实测能量密度到达720Wh/kg的超高能量密度体型化全固态锂金属电池。

作为对比,现在磷酸铁锂电池的能量密度为160-180wh/kg左右,三元锂在150-250Wh/kg之间。

另外,固态电池依附自身较高的机械强度在运用的历程中可以抑制电池循环使用之中的锂枝晶的刺穿,使锂金属负极的应用不再是梦想。

把电极换为金属锂,其比容高,电压大,阻止了液态电池用金属锂作负极会因多次充放电粉化、枝晶生长,导致循环性差,甚至枝晶刺穿薄膜,引起短路的风险。

固态想上位,至少还需20年?

这些显然就是固态电池大受迎接的缘故原由所在。

高平安性一定是固态电池的主要优势。凭证有关数据,新能源汽车起火事故缘故原由中,电池自燃占比31%。相较之下,固态电解质不能燃、耐高温、无侵蚀、不挥发、不漏液,同时具有一定机械强度,平安性更好;半固态电解质中液体占比也小于10%,可燃性大大降低。

五一假期发生的多起新能源车燃烧事宜,更让消费者期待固态电池的到来。

同时,固态电池拥有更高能量密度和较小体积。固态电池电化学窗口宽,能遭受更高电压(5V以上),质料选择局限广。因此,可通过接纳高比容量的正极、负极质料,使能量密度到达500Wh/kg甚至更高,远超液态350Wh/kg理论极限。

泉源/镜观台拍摄

而固态电解质取代隔膜和电解液,正负极之间的距离可以缩短到只有几到十几个微米,从而大幅降低电池厚度。因此,同样电量情形下,固态电池体积更小。

另外,固态电池还具备宽温区运行的优势。电动车在冬季续航里程之以是下滑显著,主要在于液态电解质在冬季低温环境下游动性下降。而固态电解质可以在-30℃至100℃的更普遍温度局限内稳固事情。

固然,固态电池也并非*无缺,现在来看照样有许多瑕玷存在的。

好比:与液态电解质相比,固态电解质与电极质料之间的接触面积较小,导致离子传输速率较慢,影响了电池的充电和放电效率;界面电阻太大,使得快充历程中的能量消耗增添,快充效率受限;固态电池的充放电循环次数有限,循环寿命较短;生产手艺尚不成熟,工艺庞大,生产效率低,导致其成本远高于液态电池。

这些显然都是固态电池周全商业化必须面临的挑战。

欧阳明高就示意,全固态电池是公认的下一代电池的*方案之一,也是下一代电池手艺竞争的要害制高点,然则也要注重提防激进手艺蹊径带来的推翻性风险。

“液态电池的应用周期至少另有20年。固态电池要想替换液态锂离子电池50%的市场份额,至少需要20至30年。”欧阳明高如是说。