固态电池,我们一直等待的电池技术革命

我们一直等待的电池技术革命,从目前看,最靠谱的只有固态电池,但依旧充满技术挑战。

所谓的固态电池,就是采用固态电解液的电池,相比较液态电解液来讲,固态电池的能量密度高得多,如果放在电动汽车里面应用,相同情况下,车辆会变得更小更轻,当然了我们一直心心念的超越燃油车续航、彻底摆脱里程焦虑的电动汽车也就不在话下了,听上去是不是有些心动了?

一名丰田汽车的高管对固态电池技术的发展信心满满,他认为"我们已经进入了一个全新的时代",固态电池发展速度远超预期,丰田势要在2020年东京奥运会上拿出搭载固态电池的新车。一向饱受谦虚的丰田汽车能够放出这么大的"卫星",恐怕是内部对于固态电池的看法已经"稳"了。而且目前动力电池产业的技术进步只能说是演进式前进,而只有到了固态电池量产的时候,才真正称得上革命性了。那么,固态电池真的如丰田汽车形容的那么信手拈来吗?

丰田汽车也不是孤军奋战的,在电池领域它选择跟松下电池进行合作,笔者此前已经在其他文章介绍过这个背景。丰田汽车跟松下电池合作的项目就是固态电池,而且是以合资公司的形式,深度绑定利益。因为松下电池是距离固态电池量产落地最近的供应商之一,丰田汽车绝对不能让它跑了。

众所周知,困扰动力电池发展的一大技术瓶颈就是电池材料的能量密度。这里面有质量能量密度(瓦时/公斤)和体积能量密度(瓦时/升)两个区分维度,不过核心思路都是大同小异的。目前主流的电池电芯能量密度可以达到250瓦时/公斤或者600+瓦时/升。我们很少在汽车厂商的参数表里看到体积能量密度的显示,但是它在开发电池包时也是极为重要的,谁也不希望电池包又重又大的对吧?

根据宝马的测算,理论上动能回收可以最高收回60%的动能,这意味着起步加速的过程实际上消耗了三成以上的电能输出,所以电池包轻量化是很重要的。另一方面,在越来越多模块化设计里,电池包变成模块化的组成部分,比如大众的MEB平台,电池包的三维空间尺寸跟乘员舱空间是此消彼长,也跟轴距空间密不可分,所以说在空间占用上也必须纳入核心的考量当中。

体积能量密度暴增70%

而我们要讲的固态电池,就是解决上述掣肘的突破点。固态电池可以增加40%的质量能量密度和70%的体积能量密度,也就意味着固态电池更轻、更小、更强大、更安全,而且由于搭配使用了有机薄膜和玻璃、陶瓷等无机材料,制造成本也会更低。

金属锂电极是核心

在目前的锂离子电池当中,液态电解液充当非活性介质,用来让锂离子在正负极之间移动。然而在固态电解液当中,就可以直接使用金属锂充当电极,不再需要石墨充当电极,极大提升了锂离子的密度,也就提升了能量密度。

正如一切革命性技术都伴随着技术挑战,固态电池之路也不是一马平川。

固态电池虽好,但前景依旧不够明朗

大多数电池行业专家对固态电池的发展持偏保守的态度,甚至比丰田汽车还要保守,普遍认为固态电池在2025年前后才可能搭载到量产电动汽车上。目前而言,还没有一种固态电池能够在可靠性、耐久性和制造成本等综合能力上跟现有的电池技术PK,更不用说淘汰现有电池技术了。更不用说如何安全生产处纯度高的金属锂电极,目前还是搞不定的。

与之相对应的是,常规液态电解液的锂离子电池生产起来几乎是没有技术挑战的,全世界都在大规模量产,成本已经几何级下降,所以固态电池想要短时间内取代常规电池,从成本角度,就是不太现实的。

总体来讲,笔者看好固态电池的发展,与所有的技术革命类似,固态电池取代液态电解液电池,看上去还有些遥不可及,然而也许技术奇点的到来,就在明天。


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