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电动车能跑2000公里?干掉燃油车的是它

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  [汽车之家 行业]  又到了电动车“自燃季”?据不完全统计,仅4-5月全国各地已经被曝光的电动车自燃起火事件高达8起,这再次考验了人们对电动车安全性的信任感。而对于电动车安全性的质疑,归根结底是对动力电池的质疑。面对储能较少、自燃风险、充电缓慢、回收困难这几大硬伤,一款颠覆性的电池产品才是人们真正所需。

  什么是颠覆性?不是每年“挤牙膏”般地让技术进步一点点,而是要让电动车与燃油车之间的便利性差距缩小至零。那这种颠覆性是指日前关注度极高的蜂巢能源“无钴”电池吗?是以特斯拉为代表的“高镍低钴”三元锂电池吗?亦或是以比亚迪为代表的磷酸铁锂“刀片”电池?答案:都不是。今日我们就来揭秘动力电池江湖的隐藏“boss”。

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  进入到2020年,大家对动力电池的关注度甚至超出了电动车本身。宁德时代的CTP技术、比亚迪的刀片技术,以及半路杀出来一个拦路虎——蜂巢能源的“无钴”电池(镍锰酸锂电池),都争先抢后占据着媒体头版头条。(详情可见《谁家更靠谱?“无钴”动力电池争夺大战》

  “镍锰酸锂电池本质是由镍取代尖晶石锰酸锂中的部分锰,与锰酸锂有同样的晶体结构,早在20年前就有人研究。”一位业内研究人员对此表示。无论是蜂巢能源的镍锰酸锂电池,还是比亚迪的磷酸铁锂电池,它们虽在能量密度上有所提升,但在材料上没有根本性改变,只是结构上有较大突破。这些技术进步是获得行业内高度认可的,但作为一款产品,对于消费者而言还不足以让人“惊艳”。

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固态电池才是你要的“惊艳”之选

  根据“中国制造2025”规划,至2020年锂电池能量密度要达到300Wh/kg,2025年为400Wh/kg,2030年为500Wh/kg。目前来看,无论是市场上的哪种电池,依靠现有材料技术都难以实现电池单体能量密度高于350Wh/kg的目标。即使是特斯拉的21700三元锂电池,能量密度也仅在300Wh/kg左右。

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  2019诺贝尔化学奖得主Goodenough老爷子曾表述,“你需要的是一步跨越,而不是一个增量。”在他眼里,那个跨越就是“固态电池”。何为固态电池?一位清华大学研究生曾经用红豆糕非常形象地回答了这个问题。

  “我喜欢吃红豆糕,一开始的时候只是觉得好吃,突然有一天,我意识到原来红豆糕是将两个固体完美粘合在一起。当时每天在做固态电池研究的我,心心念念想做这样一个紧密接触的界面,没想到最好的例子却摆在饭桌上。”他说。

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  在传统锂离子电池中,隔膜和电解液加起来占据了电池中近40%的体积和25%的质量,而固态电解质代替电解液后,正负极之间的距离则缩小至几个微米。电池的外在形态也从圆圆胖胖的样子变得更加瘦扁,如同红豆糕一样。

  条条大路通罗马,但有的人生来就在罗马。即使是半固态电池,能量密度也可达350Wh/kg以上,完全“吊打”目前的锂离子电池。随着液态电解质含量逐步下降,全固态电池的能量密度可达500Wh/kg以上。这意味着目前市面上600公里的锂离子电池包,如果换为全固态电池,续航将达到2000km以上,所谓的电动车里程焦虑也将不复存在。

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  “固态电池将成为三元电池的颠覆者。”国家工信部培训中心汽车专家张翔曾如此论断,他认为固态电池将成为电动汽车取代传统燃油汽车的利器。

  全固态电池不仅在能量密度上做到出众,还具有不可燃、无腐蚀、不挥发、不存在漏液问题等特性,安全性更有保证,即使在高温情况下也不会着火。此外,在回收方面,全固态电池仅用“干法”回收即可。也就是通过破碎法将电池内部的有效成分提取出来,这也解决了当下动力电池回收难、易产生废液的问题。

众企业已悄然进入“军备竞赛”阶段

  说了那么多固态电池的闪亮之处,想必你一定在想,这么好的“神仙”产品,倒是快点量产啊!实际上,为完成未来动力电池产业发展规划目标,固态电池已悄然进入“军备竞赛”阶段,其中海外企业以丰田最为出众。如果不是因为疫情,原本在2020年东京奥运会上,丰田将亮相旗下的固态电池电动汽车,但真正量产或许要等到2025年。

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『丰田固态电池基于e-Palette概念平台进行研发』

  为什么日本的固态电池可以在这个夏天“早熟”?在电动化浪潮开启之初,各大汽车制造商纷纷推出纯电动汽车,但丰田在这方面的表现并不积极,原因就是在等待自家固态电池的成熟。丰田官方发言人Kayo Doi表示,丰田希望能在二十一世纪20年代初期将全固态电池商业化,以此来弥补丰田与日产、特斯拉等电动车先导企业之间的差距。

  这并不是一句空想。事实上,丰田早在2008年就举全集团之力研究全固态电池。在取得成果方面,丰田在该领域专利数量占据全球固态电池专利数量的13%,是全球拥有固态电池专利数量最多的企业。开句玩笑话,丰田免费开放了5680项汽车氢燃料电池专利使用权,此后又免费开放了23740项混合动力车的相关技术专利,那么“大方”的丰田怎么不开放固态电池专利呢?这就很耐人寻味了。

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  另一个有意思的案例,戴森日前展示了其已经放弃的代号为“N526”的电动车。之前因造车成本太高,戴森果断停止了造车项目。值得一提的是,虽然戴森放弃了制造电动车,但却投入25亿英镑(约合210亿元人民币)用于固态电池及相关技术的研发。可见固态电池这一“金矿”还吸引了跨界玩家纷纷参与。

  实际上,从汽车产业链到电子电器产业链,甚至许多固态电池初创企业,全都卯足劲希望能在固态电池领域抢占先机赢得市场份额。

主流海外车企在固态电池领域研发布局一览
车企进展量产时间
宝马2018年9月与美国Solid Power公司在固态电池方面合作,新一代产品将在宝马xEV上应用。2026年
大众2018年向美国Quantum Scape公司投资1亿美元以合作开发固态电池,并在欧洲建厂生产。2025年
通用2019年收到美国能源部拨款910万美元,其中200万美元明确用于研究固态电池。——
福特2019年投资美国固态电池公司Solid Power。——
宾利2020年宾利首席执行官表示,宾利纯电动车型将考虑使用固态电池技术。2025年
丰田在固态电池领域拥有大量专利,计划2020年推出固态电池(非全固态)电动汽车,并于2022年量产2022年(非全固态)
现代2018年投资固态电池材料企业Ionic Materials;2020年5月与三星合作研发电动车,或搭载固态电池。2025年
雷诺-日产-三菱联盟2018年投资固态电池材料企业Ionic Materials——
资料来源:公开资料整理;制表:汽车之家行业组

  从国内整体形势上看,部分企业也已进入固态电池(半固态电池)中试阶段,2025年前可能实现固态电池量产,其中以蔚来、天际及爱驰为代表的中国造车新势力品牌,在固态电池的布局上表现更为积极。

主流中国企业在固态电池领域研发布局一览
企业进展量产时间
比亚迪2016年确定固态电池为未来发展基调,将在未来10年内推出。2026年
蔚来汽车

2019年8月,蔚来宣布将打造采用辉能科技MAB固态电池包的样车。

——
天际汽车2019年初展示了国内首台固态电池电动车ME7;2021年固态电池能量密度达300Wh/kg以上。2021年(非全固态)
哪吒汽车2019年与清陶科技合作,推进固态电池研发应用。——
宁德时代2016年宣布在硫化物固态电池上的研发路径,未来能量密度超300Wh/kg。2030年(全固态)
国轩高科2017年着手研发固态电池,2019年推出半固态电池试生产线。——
蜂巢能源2019年2月宣称开发四元正极材料,在此基础上研发固态电池。——
辉能科技2013年实现消费电子领域固态电池商业化,2021年达到1GWh固态电池产能(非全固态电池)。2024年(全固态)
万向A1232018年与宝马合作研发固态电池;2019年在英国建立固态电池研发中心;2020年为Karma电动汽车提供固态电池解决方案。2022年-2024年
资料来源:公开资料整理;制表:汽车之家行业组

动力电池江湖将被颠覆

  任何一个美好事物在诞生前,都要经历一番血与火的淬炼,通往固态电池之路同样并非一帆风顺。

  关于实验室研究和产业化的差异,中科院院士南策文有个经典的论述:“做研究追求1%的可能性、可行性,可以通过不断试错创新;产业界追求的是99%甚至100%的可靠性和一致性,各个方面都要考虑周到,要把1%变成99%甚至100%,中间需要一个转化的桥梁和过程,需要逐渐完善,直至完全可控。”业内专家预测,在2025年前后,半固态电池可以实现大规模量产,2030年前后可实现全固态电池的商业化应用。

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  在固态电池还未真正量产之际,眼下主流的三元电池、磷酸铁锂电池,乃至新晋的镍锰酸电池,都会在近5-10年内占据主导地位,但固态电池一旦量产,整个动力电池江湖将会翻天覆地。

  首先,一旦全固态电池量产,锂离子电池所诟病的安全和续航问题将不再是障碍,这将真正拉开电动车替代燃油车的大幕。

  其次,全固态电池的上游正负极材料、固态电解质、设备和制造等环节业将会发生变化。这不但会给新玩家机会,也会重重的捶打原有的玩家。

  最后,电池要达到商业化需要在规模和成本方面都能达到完美的平衡点,使用的材料不能是高成本且稀有的,并且要有实现大规模应用的可能。不过,根据辉能科技的估算,在量产规模达到20GWh之时,全固态电池组的成本将降至三元锂电池的98%,并形成替代作用。

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编辑有话说:

  科技进步的力量是无穷的,当电池技术解决了电动车的续航不足、充电缓慢等硬伤,电动车便可自然而然取代燃油车。目前,离我们最近的新电池技术应该就是眼下最热门的“无钴”电池,但真正意义上的更深层次的技术革新,可能还要属全固态电池。全固态电池将在接下来的几年内拨开云雾见月明,我们也更期待中国汽车品牌给我们带来惊喜。(文/汽车之家 彭斐)

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预售价:36.68万
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