新能源市场发展迅速,消费者对新能源产品的要求也在提高,尤其是在续航和补能的关键问题上,也因此各家车企都在动力电池上发力,尤其是关乎纯电产品未来发展的固态电池。消费者关注,车企、动力电池企业更是上心,最近丰田、本田、宁德时代、奇瑞等不少企业都公布固态电池的研发成果和量产计划,看上去离普通我们越来越近,所以普通消费者应该按照规划现在就选择合适的新能源产品,还是做“等等党”,等待搭载固态电池的车型上市?
固态电池之所以受到广泛关注,是因为相较于现在的传统液态锂电池,因为用固态电解质替代了液态电解液,固态电池在能量密度和安全性方面有着显著提升。首先是密度方面,固态电池的能量密度能轻松超过600Wh/kg,传统液态电池的理论极限则仅为350Wh/kg,而目前某续航超700km的纯电车型,搭载的三元锂电池能量密度仅为190Wh/kg,这样来看固态电池密度确实很高,也意味着能提供的续航更长。
另外,由于固态电解质可以承受更高的充电电压,并且可以使用更薄的电解质层,这使得固态电池在理论上能够实现更高的能量存储能力。例如,丰田宣布其全固态电池充电速度快,仅需10分钟即可充满,续航里程可达1000公里,甚至有望超过1200公里。再看广州车展上搭载的奇瑞猎风,将首发搭载800V固态电池,纯电续航有望达到1500km。这一数据远超当前主流的三元锂电池和磷酸铁锂电池,极大地缓解了消费者的续航焦虑。
其次,固态电池在安全性方面表现出色。液态锂电池中的有机溶剂具有易燃性、高腐蚀性等特点,一旦电池出现撞击、进水、高温等情况,就有可能引起燃烧、爆炸等安全问题。而固态电池将原本的电解液部分或全部替换成了固态电解质,大幅提升了电池的安全性。固态电解质不易燃、不挥发,大大降低了电池发生热失控和燃烧的风险。这一特点使得固态电池在电动汽车、航空航天等安全要求高的领域具有显著优势。
不过固态电池真有那么好?虽说固态电池在续航和安全性方面表现突出,但其技术路线并非完美无缺。目前,固态电池主要有聚合物、氧化物、硫化物三种技术路线,每种路线都有优劣势。松下和三洋选择的就是聚合物路线,也是最早实现小规模量产的技术路线,虽然成本低,技术也相对成熟,但室温下的导电率低,且能量密度有限,简单来讲就是续航不长,也没法满足新能源车大功率充放电的需求,即动力性能差。要想解决这一问题,需要把温度提升到60°C以上,这显然不太适合应用在汽车上。
再看氧化物路线,氧化物固态电池的热稳定性好、电化学窗口宽、机械强度高,但其电导率一般,且脆度高难以加工,界面接触差,为了解决这一问题,一些厂家尝试通过添加润滑液来填补缝隙,也就有了半固态电池,这种电池比起液态电池的确更有优势,但和固态电池相比,还是逊色了不少。
最后一种是硫化物固态电池,硫化物的离子电导率高,与液态电解质相近,甚至更好,并且材料相对柔软,易加工。这些优势都意味着硫化物固态电池能量密度大、功率大、充放电都很快。但这并不代表着它没有缺点,首先是技术难度高且不够环保,硫化物在空气中不稳定,容易产生有毒气体,且合成成本较高,其中硫化锂的价格不低于650美元每公斤,这也意味着硫化物固态电池成本较高。
固态电池的优势在于续航长、安全性高,但其劣势也不容忽视。除了技术成熟度低、制造成本高、界面阻抗问题等挑战外,固态电池的生产工艺也相对复杂,需要全新的生产线和设备。这增加了固态电池产业化的难度和成本。
尽管如此,各大车企和电池制造商仍在积极推进固态电池的研发和量产计划。宁德时代、比亚迪、国轩高科等企业均在固态电池领域投入了大量研发资源。宁德时代已建成10Ah全固态电池性能验证平台,并计划在2027年实现小规模量产。同时,宁德时代也坦言,固态电池的充电速度和循环寿命仍需进一步改进和优化。
虽说没有明确数据,但有传言,磷酸铁锂电池使用寿命在20年左右,固态电池的使用寿命只有磷酸铁锂电池的十分之一,也就是2、3年。而从循环寿命(充放电)来看,磷酸铁锂电池能做到3000次以上,而半固态电池通常仅在 800到1000次,而固态电池据说基本都只在数百次左右。
这样来看,固态电池的量产和普及并非一蹴而就,还有很多问题需要解决,根据各家车企和动力电池企业的进度来看,基本要在2027年左右才能量产装车,真正大概规模应用基本要等到2023年。即便如此,因为固态电池的成本仍然较高,最初预计也只会应用在高价车上。真正下放到经济型车上,还需要较长时间。
因此,对于有计划购买新能源车的消费者来说,不必盲目等待固态电池。当前市场上的三元锂电池和磷酸铁锂电池已经能够满足大部分消费者的需求,续航达到700km的纯电车型不在少数,4C、5C快充也很大程度上提升了补能效率,另外,这些产品的价格也在逐步下探,所以消费者在购买新能源车时,应根据自身需求和预算做出合理选择,不比盲目去做“等等党”。