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日产成功开发出全固态电池

文/王新喜

近日,日产欧洲研发高级副总裁David Moss表示,日产已经成功开发出全固态电池,目标是2025年开始试生产,2028年生产一款由固态电池驱动的全新电动汽车。早前德国宝马集团也宣布,宝马将打造全固态电池中试生产线,2025年推出首辆原型车。

国内固态电池板块也在爆发,不少企业也下场开始了固态电池的研发进程,国内已经有部分车企推出了搭载半固态电池的电动车。我们知道,对于电动汽车的发展来说,电池技术的进步是整个电动汽车发展与竞争的关键一环。

由于固态电池有续航持久,回血快,寿命长的特点,因此,它很可能是下一阶段的电动汽车竞争的重要的变革性技术。日本固态电池研发成功,中国车企要有危机感。

从4680电池到固态电池,电池创新突破节点来临

电动汽车的核心成本就在电池上,从电动汽车的未来方向来看,电池技术的瓶颈是限制整个电动汽车突破的核心一环,目前电池存在续航短板、充电时间长以及电池寿命衰减、冬天怕冷、夏天怕热等局限,谁能在这一环攻克行业痛点,实现用户体验层面的突飞猛进,弯道超车的可能性是存在的。

特斯拉日前的重大进展也是在电池技术上——4680电池,相较于前一代电池,4680电池在能量方面提高5倍、续航里程提高16%、动力方面提高6倍、成本方面降低14%。

这种圆柱电池采用大电芯,单体比小圆柱电池要大5-6倍,系统集成效率会更高;并且其生产自动化程度高,标准比较统一,后期的能量密度也会较高。特斯拉提出的干电极技术相比传统的湿法技术,干法电极成膜的均匀度和一致性更难控制,而电动汽车电池的电极又较大较厚,因此生产的难度更高。

不过, 从进展来看,特斯拉正在将4680电池带入规模量产的前夜,也加速了行业对于大圆柱电池的关注与跟进。目前已经有不少整车厂、电池厂商已经在快速跟进。

不过特斯拉的4680电池依然是液态电池的延续性创新,而固态电池其实已经走出了这种延续性创新路径。

从类型来看,目前市面上的动力电池主要有两种,一种是磷酸铁锂电池,另外一种三元锂电池。三元锂电池能量密度更高,续航里程更长,但由于安全性差的短板,已经逐步被磷酸铁锂所取代,目前大多数新能源起火事故,都和三元锂电池有关。

这两种电池的结构差不多,主要由正极、隔膜、负极,再灌上电解液制造而成,它们统称为液态电池。

固态电池与现今普遍使用的锂离子电池和锂离子聚合物电池不同的是,它是一种使用固体电极和固体电解质的电池,固态的电解质具有的密度以及结构可以让更多带电离子聚集在一端,传导更大的电流,进而提升电池容量。此外,它采用锂、钠制成的玻璃化合物为传导物质,取代以往锂电池的电解液,大大提升锂电池的能量密度。

简单来说,与目前的锂电池相比,固态电池优势相当明显:首先是它的充电速度可提高几倍以上,而且不受温度限制;其次是能量密度翻倍,续航里程达到1000km以上;更重要的是,由于固态电解质具有不可燃性、无腐蚀性、无挥发、不会漏液等特性,化学性质更稳定,穿刺后也不用担心安全问题。

某种程度上,固态电池算是一种革命性的突破。

虽然目前包括大众、丰田等传统车企,蔚来、合创等新势力品牌,以及宁德时代等电池企业,都对固态电池有研究开发规划。不过截止到目前,固态电池在全球范围都没有落实到工程量产阶段,而日产是首家宣称已经成功开发出全固态电池,国内更多企业是采用半固态电池作为过渡方案。

半固态是过渡方案,避免陷入重营销、玩概念的路子

当前,许多国内企业已经实现量产半固态电池,搭载半固态的车型有东风E70、岚图追风以及搭载赣锋锂电三元固液混合锂离子电池的纯电动SUV赛力斯SERES-5计划于2023年3月开始交付。此前,蔚来、赛力斯、长安深蓝、岚图等多家新能源车企披露了半固态电池装车进展。

半固态虽然名字上跟固态电池很相似,可实际上反而与当前的液态锂离子电池关系更近,它仍需要电解液和隔膜,产品形态上并没有本质上的创新,仍属于改良型的方案。

不过在清陶能源联合创始人李峥看来:从产线和工艺的角度来说,这种半固态跟传统锂离子电池相比,有30%的创新。但它实际上并没有解决固态和固态之间相接触的界面不够完美的问题,界面浸润和黏合形成了工艺壁垒。

但从目前来看,日产的固态电池完全去除了电池中的液体元素,将大大提高存储和电力传输的效率。不仅比锂电池节省50%的成本,还将能源密度提高一倍,充电速度提高三倍。

简单来说,日产汽车的固态技术是‘全固态’,去除了所有液态部分,这是它的领先之处。但是半固态仍然有液体电解质,液体会沸腾,依然会让能量的储存和传输的效率受到影响。

因此,全固态与半固态其中还是存在差距,但许多车企为了尽早能上新概念好卖车,因此在大力推进半固态电池,作为一种过渡方案,同时蹭上“固态”电池的概念。

简单来说,对固态电池研发的急迫性要有,但是如果仅仅是借助固态电池的概念来卖车,其实就进入了急功近利、重营销而轻研发的路子了。

正如有业内从业者指出了当前国内固态电池行业的一些弊端与发展模式的痼疾:固态电解质的好处有很多,提升安全安全性,提升能量密度,这个是大家都喜欢的事情,但是国内现在号称采用固态电解质的公司相关表现又怎么样了?有没有经过严格的第三方测试,有没有实际装车测试?我想大部分还停留在自我吹嘘的份上。起码几年内单纯的电解质是上不了车,固液混合不能保证。

日本固态电池弯道超车的可能性存在:中国车企要有危机感

从目前来看,日本固态电池研发成功,并且降低了电池成本的消息,我们一定不能掉以轻心,低估日本在新能源汽车领域研发能力。

因为在过去看来,固态电池的研发为何迟迟推进不下去,一大原因在于固态电池的成本非常高,全固态电池的成本是液态电池的四倍,这是它的核心难题。如果把固态电池的成本打下来,固态电池的普及难度就会极大降低。

事实上,日本较早就在规划固态电池方面的弯道超车。如丰田2010-2014年就出现了一波专利申请的热潮,研究方向聚焦在硫化物体系固态电解质。

丰田、松下、京都大学、日本理化学研究院等38家汽车、电池、材料企业和科研机构联合,计划到 2030 年前后将固态电池组每千瓦时的成本降至锂电池的 30%。

日本之外,韩国三星 SDI 和 SK电池企业也在联合研发固态电池。德国宝马,已经在自建电芯研发中心,并和 Solid Power 合作,有望于 2026 年实现固态电池突破和量产。

中国在新能源汽车在三电技术到全产业链,都逐步走入到前列,在国内,比亚迪的刀片电池也可以说是支撑比亚迪品牌溢价的一大杀手锏。

但国内车企依然需要对未来的趋势保持敏锐,固态电池是行业一个关键拐点,如前所述,带来的优势包括充电速度更快(正极)、能量密度大幅提升(负极)、安全性更高(隔膜)、低温不怕电量跳水(电解液)、循环寿命更长以及对热管理的需求会降低,它更好的解决了现有的电池短板。

国内在新能源汽车产业规划中,提出希望到2030年,国内液态电解质可以演变为固态。但是从进度来看,日产提出的规划似乎要更提前了3~5年。

如果日本在固态电池量产装机层面提前3~5年完成,那么首先这种电池给日本汽车产品的竞争力带来极大提升,包括提升电动汽车在长途续航、充电速度极大提升、高温寒冷天气的稳定性、耐用性等问题上的一系列用户痛点,这可能会推动汽车产品的销量提升,并且对现有国内的电池企业的产品造成降维打击,固态电池技术的突破可能给了日本车企一次弯道超车的机会。

如果在固态电池领域,国内没有抢到先机,在固态电池的供应链环节或将受制于人,国内建立起来的电车优势可能要被打掉一部分。

因此,对于固态电池的研发,我们不能掉以轻心,国内企业在技术研发层面需要多点耐心并沉下去研发推进,从国内电池技术的积累与各家的推进来看,国产的固态电池的突破或许也只是时间问题,只不过,从当前来看,国内需要有更早的准备,以及更大的危机感来面对未来的竞争,我们对国产电池技术的突破也始终保持期待。

作者:王新喜 TMT资深评论人 本文未经许可谢绝转载

网友看法

1、网友Da Guan:蔚来ET7就是半固态,比亚迪的u8也是

2、网友謝中祥:比亚迪也有固态电池了[机智]

3、网友无尽苦行:印度出的铝电池是现在锂电价格的三分之一,容量是锂电的八倍,耐高温,不怕冷,还不会燃烧。

4、网友东方旭旭旭旭:如果在固态电池领域,国内没有抢到先机,在固态电池的供应链环节或将受制于人,国内建立起来的电车优势可能要被打掉一部分。

5、网友浩瀚星空cnwx:国家专利局资料,可查。比亚迪固态锂电池专利技术申请日期为2019年7月25日,申请公布日期为2021年1月29日。也就是说,早在蔚来、广汽们炒作固态电池之前,比亚迪就已经拥有了相关的技术专利,并且一直在研发、进步。比亚迪的顽证就是,一旦竞争压力到来,就从科技池中掏点出来。

6、网友煮酒狂徒李四爷:固态电池早就开发出来了,只不过市场推广需要一段时间而已

7、网友博学巴里3J1:德国早就出 固态电池了,高端的UPS就是用固态免维护蓄电池的。10年前就有了呀!

8、网友六六的日常生活:说什么好呢!不否认日本的技术能力,但是也别低估我们的自主创新能力!固态电池国内其实也有,宁德时代、比亚迪一直都在研究,但是距离量产还有段距离。日本这个其实一样不具备量产能力,现在也只是有了技术而已!

9、网友来自魔都的我:我给你讲一个非技术问题 日本有个公司“古河电池”,老牌企业了,2014年的时候他们开发出一个用纸制容器的“空气电池” 往里面放入普通水或者海水,就可以发电,5v的,可以用于地震等灾害用。 据说技术上很牛X,消息发布之后,股票大涨3天,其他我就不知道了。 然后现在2023年了。[红脸][红脸]

10、网友POPO鱼:我理想的汽车电池应该是像加油站一样,全国各地都有更换电池站,而电池就是一块插在车油箱位置的卡槽里,他的一块电池续航能力就能达到四五百公里,而没电时开到更换站直接从充好电的电池柜里取下来与没电的直接更换即可,而费用也是一块充好电的更换费用,这才是今后新能源汽车走向普及乃至完全碾压油车的最强实力,这才是新能源车成熟的表现!

11、网友吾i咸鱼:从类型来看,目前市面上的动力电池主要有两种,一种是磷酸铁锂电池,另外一种三元锂电池。三元锂电池能量密度更高,续航里程更长,但由于安全性差的短板,已经逐步被磷酸铁锂所取代,目前大多数新能源起火事故,都和三元锂电池有关。

12、网友sun:能不能利用无线输电的思路改造道路驱动电动汽车,不用再安装电池了,只要汽车有接收器,哪里都能跑。

13、网友太六了:如果电池耐低温,零下50度不衰减,那燃油车以后基本没什么市场了.

14、网友湛蓝天空jk:一直没搞懂,为什么国家或国际组织不制定标准,电动汽车的电池应该是可快速拆卸的模块,也就是电池无论怎么迭代,车子不受影响只要电池给输出标准普的电压就行。电动车也就可以跑长途,加油站配备共享电池,这不就能让电动汽车快速替代燃油车了吗?

15、网友jjhhhkggkgkh:网传比亚迪仰望用的就是固态电池,售价百万了。

16、网友明天更美好284731097:不研究电池,就想买车赚快钱,早晚还得让人家日本超越,干什么事情要脚踏实地,不要以欺骗消费者生存,这样的日子是常不了的,更不要炒作,卖车的说一百个好,不如用户一个肯定,当年日本车为什么卖的好,就是人家的车有个好的心脏。

17、网友独路探行者:网友们,你们对固态电池技术的认知是错误的,目前在做的,活着说是炒作的都是半固态电池。日本在十年前就炒作全固态电池技术,好久没有这方面消息了,现在又重新炒作了。前段时间有日本的固态电池技术原理信息,分析了一下,还是在现有技术方面的改进提高,谈不上是重大突破。导流与内阻是无法回避的瓶颈。不是全固态电池最新技术突破。不要老是盯着国外,要学会自己走路,跟着别人走,永远是跟随者。科技没有弯道超车,只有另辟新路径。

18、网友金色的丁丁猫:把电池做成现在铁塔换电一样,电池不再作为一辆车的自带核心部件,像加油一样,弄成电池站,充电和维护是电池站的事,车子只需要去换电池就可以了,这样不用担心车跑远路没有电的情况,电池车应该普及得非常快

19、网友真诚橙子Z0:我觉得市场这玩意真的很重要,当初日本最早发展氢能源,结果别人都不用,有锤子用,还不是转过头来发展电池技术。日本发展固态电池,首先就动了日本那庞大的传统发动机汽车的奶酪。但我国路面上跑了多少电动车,我依然认为,固态电池,依然还会是我们的天下。

20、网友用的时候就:4680电池在能量方面提高5倍、续航里程提高16%、动力方面提高6倍、成本方面降低14%。-----我数学认真学过,但看不懂,谁能解释一下

  固态电池有隔膜吗

  有的。

  固态电池有隔膜,但仍处于准固态阶段。2020年发布的专利CN111799513A描述了无隔膜准固态电池的制作方法,认为通过双层涂覆可替代隔膜。但目前还处在准固态电池阶段,隔膜、电解液体系可能会发生技术升级,但不会直接被替代。全固态电池的大规模应用预计要到2030年才能实现。公开的多种固态电池的专利中,也提出了复合隔膜,例如无机-有机复合的隔膜。

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