为什么多家车企和电池巨头,几乎同时把全固态电池的量产装车时间点锁定在2027年前后?此前专家普遍认为全固态还比较遥远,为何形势突然发生变化?要把这个问题讲清楚,得先从当下这批电动车所处的技术节点说起。 很多车主现在开着新能源车,会觉得续航六七百公里已经够用,快充十几分钟能顶一阵,辅助驾驶也基本够日常使唤。于是不少人默认电动车的故事基本讲到头了,接下来无非是各家车企降降价、换换外壳。 但事实恰恰相反,这轮围绕汽车工业的全球角力,才刚刚进入最核心的中场战事,而真正的胜负手,正藏在电池那块黑色方块里。 目前路上跑的这批车,绝大多数仍在沿着液态锂电池体系做迭代,从材料配方到封装结构,不断挖掘现有技术的潜力。继续提升性能越来越需要材料和工艺的配合,这也是企业同时布局下一代技术的原因。 但既有体系仍在改进,全固态电池也有自己的难题,不能把换代理解为某一年现有技术突然失效。 正是在这样的背景下,近期有两条消息格外值得关注。一是奇瑞也要推出全固态电池,续航达到1500公里。 奇瑞目前的电池来源主要有三家:宁德时代、国轩高科和奇瑞自身。前两者在固态技术上都有深度布局,奇瑞与其联合研发的可能性较大。 二是中国首条全固态电池生产线在北京的纯锂新能源启动,不过这条生产线做的并不是动力电池,而是用于两轮车和消费类产品。总之,半固态还没完全普及,全固态已经在赶来的路上。 按照宁德时代用1到9来评估固态电池成熟度的说法,1是起步、9是成熟,当前整体处于4的位置。按理说还远未到装车阶段,但如果2027年要装车,减去验证和匹配所需的时间,就意味着现阶段的全固态电池其实已经可以用了。 背后的关键在于"全固态电池"这个概念本身的定义。 全固态电池之所以叫全固态,是因为采用固态电解质。传统锂离子电池需要液态有机溶剂和锂盐组成的电解质体系,锂离子在正负极之间来回迁移会经历溶剂化与去溶剂化,相当于被有机溶剂分子包裹起来、像坐船一样在两极之间摇摆。 固态电解质则意味着没有任何液态成分,是纯粹的固态基体加锂盐。 2023年前后出现的几款所谓"固态"电池,其实是半固态——仍保留质量分数在5%到10%左右的液态成分,但同时已经用上了固态电解质。由于液态成分依然存在,这种电池的结构与传统锂离子电池相同:正极、电解质、隔膜、电解质、负极。 其中隔膜的作用是绝缘,只允许锂离子通过而阻断电子传导,否则就会短路。传统锂离子电池一旦被刺穿、隔膜被穿透,两边就短路,继而冒烟甚至起火。 全固态电池则是把所有液态成分去除,只保留固态基体。此时锂离子的穿梭不再"坐船",而是在固态电解质的晶格中跳跃。 从目前情况看,这种跳跃过程的效率要低于、甚至远低于"坐船",这也是限制其商业化、尤其是作为动力电池应用的一个根本原因。 因为固态电池发展的目的是大幅提高能量密度、提升续航,而续航动辄1500公里,补能速度必须跟上,于是倍率性能、也就是充放电速度就要跟上节奏,而决定倍率性能的主要因素正是电解质的离子电导率,也就是传导锂离子的效率。 在固态电解质对锂离子的传导还不够出彩的时候,它的商业化就存在天然障碍。 目前在动力电池领域,主要有氧化物和硫化物两条技术路线。 氧化物电解质的离子电导率偏低,远不及液态电解质,而且性质较脆、不好加工,因此当前多是把氧化物涂敷在隔膜上组成半固态电池,或者与凝胶聚合物配合使用,用来改善离子电导率,以及缓解因质地较硬而带来的与电极之间的界面接触问题。 相比之下,硫化物电解质的离子电导率要高出很多,接近液态电解液,在实验室中某些配方甚至已经超过液态;而且硫化物电解质质地偏软,容易加工,可以通过冷压工艺与电极表面紧紧贴合,是目前行业内公认非常有潜力的方向。 这种从液态向固态的切换,不只是把电池里的"水"抽干那么简单,它牵涉到正极、负极、电解质、隔膜整个体系的重新匹配。 正因如此,看上去只是电解质换了形态,背后其实是材料配方、封装结构、生产工艺的一次系统性重构,难度和投入都远高于常规的产品迭代。 现在各家宣称的2027年量产装车,装的到底是什么样的"全固态"?从现实约束推测,第一批落地的产品,很可能匹配高端车型,不会过于冒险。 在经典锂离子电池框架下,把电解质从液态替换为固态,取消隔膜,当然算全固态电池。但业界真正期待的那种颠覆性电池,终极形态是金属锂负极。 电解质固态化的一个重要目标,就是为了用上金属锂作为负极——分为有锂和无锂两种,总之负极不再有石墨或硅,只有金属锂在该位置沉积和消融。这样能量密度会大幅提升,因为金属锂的比容量高达3860毫安时每克,是石墨的10倍、硅基石墨的3到4倍。 这才是真正意义上的全固态电池形态。它的正极可以非常多元,高镍多元、富锂锰基,甚至硫、空气都有可能。 电解质到底走氧化物还是硫化物,目前各企业都在研究,没有绝对答案。氧化物路线上可能匹配固体聚合物组成复
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