固態電池,我們一直等待的電池技術革命

我們一直等待的電池技術革命,從目前看,較靠譜的只有固態電池,但依舊充滿技術挑戰。

鋰電池

所謂的固態電池,就是采用固態電解液的電池,相比較液態電解液來講,固態電池的能量密度高得多,如果放在電動汽車里面應用,相同情況下,車輛會變得更小更輕,當然了我們一直心心念的超越燃油車續航、徹底擺脫里程焦慮的電動汽車也就不在話下了,聽上去是不是有些心動了?

電動車固態電池技術

一名豐田汽車的高管對固態電池技術的發展信心滿滿,他認為"我們已經進入了一個全新的時代",固態電池發展速度遠超預期,豐田勢要在2020年東京奧運會上拿出搭載固態電池的新車。一向飽受謙虛的豐田汽車能夠放出這么大的"衛星",恐怕是內部對于固態電池的看法已經"穩"了。而且目前動力電池產業的技術進步只能說是演進式前進,而只有到了固態電池量產的時候,才真正稱得上革命性了。那么,固態電池真的如豐田汽車形容的那么信手拈來嗎?

固態電池

豐田汽車也不是孤軍奮戰的,在電池領域它選擇跟松下電池進行合作,筆者此前已經在其他文章介紹過這個背景。豐田汽車跟松下電池合作的項目就是固態電池,而且是以合資公司的形式,深度綁定利益。因為松下電池是距離固態電池量產落地最近的供應商之一,豐田汽車絕對不能讓它跑了。

眾所周知,困擾動力電池發展的一大技術瓶頸就是電池材料的能量密度。這里面有質量能量密度(瓦時/公斤)和體積能量密度(瓦時/升)兩個區分維度,不過核心思路都是大同小異的。目前主流的電池電芯能量密度可以達到250瓦時/公斤或者600+瓦時/升。我們很少在汽車廠商的參數表里看到體積能量密度的顯示,但是它在開發電池包時也是極為重要的,誰也不希望電池包又重又大的對吧?

根據寶馬的測算,理論上動能回收可以最高收回60%的動能,這意味著起步加速的過程實際上消耗了三成以上的電能輸出,所以電池包輕量化是很重要的。另一方面,在越來越多模塊化設計里,電池包變成模塊化的組成部分,比如大眾的MEB平臺,電池包的三維空間尺寸跟乘員艙空間是此消彼長,也跟軸距空間密不可分,所以說在空間占用上也必須納入核心的考量當中。

體積能量密度暴增70%

而我們要講的固態電池,就是解決上述掣肘的突破點。固態電池可以增加40%的質量能量密度和70%的體積能量密度,也就意味著固態電池更輕、更小、更強大、更安全,而且由于搭配使用了有機薄膜和玻璃、陶瓷等無機材料,制造成本也會更低。

金屬鋰電極是核心

在目前的鋰離子電池當中,液態電解液充當非活性介質,用來讓鋰離子在正負極之間移動。然而在固態電解液當中,就可以直接使用金屬鋰充當電極,不再需要石墨充當電極,極大提升了鋰離子的密度,也就提升了能量密度。

正如一切革命性技術都伴隨著技術挑戰,固態電池之路也不是一馬平川。

固態電池雖好,但前景依舊不夠明朗

大多數電池行業專家對固態電池的發展持偏保守的態度,甚至比豐田汽車還要保守,普遍認為固態電池在2025年前后才可能搭載到量產電動汽車上。目前而言,還沒有一種固態電池能夠在可靠性、耐久性和制造成本等綜合能力上跟現有的電池技術PK,更不用說淘汰現有電池技術了。更不用說如何安全生產處純度高的金屬鋰電極,目前還是搞不定的。

與之相對應的是,常規液態電解液的鋰離子電池生產起來幾乎是沒有技術挑戰的,全世界都在大規模量產,成本已經幾何級下降,所以固態電池想要短時間內取代常規電池,從成本角度,就是不太現實的。

總體來講,筆者看好固態電池的發展,與所有的技術革命類似,固態電池取代液態電解液電池,看上去還有些遙不可及,然而也許技術奇點的到來,就在明天。

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