文｜新能源前瞻 沈十六
編輯｜和暢
日前，大眾旗下電池子公司PowerCo發(fā)布公告，稱公司試驗證實，其與QuantumScape合作打造的無負極固態(tài)電池樣本，能夠做到充放電1000次。且在測試完成時，電池“幾乎沒有老化”，仍能夠保持95%的電池容量。
這樣的數(shù)據(jù)無疑是在“革”液態(tài)電池的命，讓還未大范圍量產(chǎn)裝車的半固態(tài)電池陷入尷尬之地。
目前新能源汽車市場上，磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池是主流的動力電池技術，也均為液態(tài)電池。相對半固態(tài)電池和固態(tài)電池來說，液態(tài)電池在安全性和續(xù)航上較弱。
而在搭載150kWh的半固態(tài)電池的蔚來ET7“一口氣”跑出1044公里后，更多消費者忘記了續(xù)航焦慮這件事。據(jù)悉，蔚來的半固態(tài)電池將在4月量產(chǎn)。
固態(tài)電池則在安全、續(xù)航里程、不老化等方面優(yōu)勢更明顯，所以也被看做是“下一代電池技術”。
不過，也有業(yè)內(nèi)研發(fā)人員認為，固態(tài)電池技術瓶頸太高，太像“PPT騙局”，反倒是半固態(tài)電池已經(jīng)率先實現(xiàn)裝車，是優(yōu)秀的過渡產(chǎn)品。
據(jù)新能源前瞻不完全統(tǒng)計，衛(wèi)藍新能源、清陶能源、國軒高科、孚能科技、藍固新能源的半固態(tài)電池已經(jīng)悄悄在2023年上車。
隨著固態(tài)電池研發(fā)進程高歌猛進，半固態(tài)電池會“曇花一現(xiàn)”，還是會做好“固液”電池技術過渡期的守護者呢？
半固態(tài)電池裝車元年
蔚來ET7的長途測試，打響了半固態(tài)電池量產(chǎn)裝車的第一槍。
2023年12月17日，蔚來CEO李斌親自駕駛蔚來ET7，從上海出發(fā)，行駛到廈門龍掘東服務區(qū)。跑滿全程1044公里后，還剩下3%的電量。
蔚來ET7搭載的150 kWh電池正是半固態(tài)電池。
此前，業(yè)內(nèi)主流的動力電池是液態(tài)電池，主要材料為正負極、隔膜和電解液。著名的麒麟電池與神行超充電池也是液態(tài)電池的一種。液態(tài)電池的“反義詞”自然是固態(tài)電池，固態(tài)電池是指電池內(nèi)部的正極、負極和電解質均采用固體材料，并去掉隔膜的電池。
蔚來ET7搭載的半固態(tài)電池，夾在液態(tài)電池和固態(tài)電池之間。半固態(tài)電池的電芯同時存在固態(tài)電解質和電解液，電解液含量占比在5%-10%，而超過10%的就是液態(tài)電池。
該電池包的能量密度達360Wh/kg，續(xù)航里程突破1000公里。李斌在冬測結束后表示，“蔚來150 kWh電池是目前全球量產(chǎn)能量密度最大的電池包，能夠適配蔚來所有在售車型?！?/p>
半固態(tài)電池的能量密度可見一斑。
固態(tài)電池投資部研究員賈宇表示，“液態(tài)電池的理論能量密度上限在300Wh/kg左右，但僅僅是半固態(tài)電池的能量密度能達到350Wh/kg，而且這還不是半固態(tài)電池的極限?！?/p>
蔚來ET7在低溫之下也能取得上千公里的成績，與NEDC工況1000公里續(xù)航之間，差距極小，側面體現(xiàn)了半固態(tài)電池在低溫環(huán)境下的優(yōu)越性能，直接解決了用戶的“冬日續(xù)航恐慌”。
一位東北的蔚來ET5車主表示，“夏天能開350公里左右。但是冬天，東北的溫度降低到零下20度，大概只能開210公里?！?/p>
來源/蔚來汽車官方網(wǎng)站
事實上，蔚來，東風、賽力斯等車企已成功實現(xiàn)半固態(tài)電池的裝車，甚至已經(jīng)開始交付。而長安深藍、智己、埃安、高合等車企普遍規(guī)劃2025年前裝車半固態(tài)電池。
中國銀河證券的研報顯示，半固態(tài)電池2024年即有望在新能源汽車市場量產(chǎn)裝車，2030年可見大規(guī)模商業(yè)化的全固態(tài)動力電池。
2024或成為半固態(tài)電池“裝車元年”。
全固態(tài)電池困在研發(fā)階段
相較于半固態(tài)電池，全固態(tài)電池“上車”的腳步慢了不少。
大眾、寶馬、豐田、奔馳、日產(chǎn)等知名汽車品牌，規(guī)劃在2025年至2030年期間推出搭載全固態(tài)電池的純電動車。
值得一提的是，在2023中國汽車供應鏈峰會上，江西安馳新能源科技有限公司總經(jīng)理徐小明表示，雖然豐田說“2027年可以量產(chǎn)全固態(tài)電池”，但他們每隔三年時間就會提一次“大概五年之后會量產(chǎn)”也是人盡皆知。
“實際上，現(xiàn)在（情況）談五年之后（全固態(tài)）量產(chǎn)，基本上等于說，時間表是無限擱置的?！?/p>
賈宇也認為，全固態(tài)電池量產(chǎn)遙遙無期?！耙簯B(tài)電池轉固態(tài)電池，其實就是把電解液逐漸換成固態(tài)電解質的問題。最后，市場需要的是一個成本可控且綜合性能能打的產(chǎn)品，這種東西誰都說不準，只能廣泛布局、各自下注?！?/p>
現(xiàn)階段，固態(tài)電池主要分為聚合物、氧化物和硫化物三大類固體電解質，各有優(yōu)缺點。據(jù)財信證券研報，聚合物固態(tài)電解質存在電導率低、能量密度低等不足;氧化物固態(tài)電解質由于質地硬，界面阻抗大等問題，只能在薄膜電池、高溫、小電流條件下工作；硫化物固態(tài)電解質電導率最高，開發(fā)潛力大，但存在對濕度極其敏感等難題。
加工成本方面，硫系加工成本比較高，氧化物方面成本較低。此前全球調查機構SNE research的數(shù)據(jù)顯示，全固態(tài)電池中最有前途的硫化物固體電解質的主要原料硫化鋰（Li2S）為1500—2000美元/kg，是鋰離子電池電解液的200倍以上。
國內(nèi)主流路線以氧化物為主。衛(wèi)藍新能源、清陶能源、輝能科技等中國頭部固態(tài)電池公司，都是以氧化物材料為基礎的固液混合技術路線為主。
國泰君安證券認為氧化物電解質在國內(nèi)發(fā)展較快，目前常用氧化物體系跟電解液或聚合物復合制成固液混合電池，產(chǎn)業(yè)鏈基本成熟有望率先大規(guī)模生產(chǎn)，成為液態(tài)鋰離子電池體系的有效補充。
從長遠的角度來看，硫化物固態(tài)電解質的研發(fā)難度高，但因其優(yōu)異的性能和較大的潛力，豐田、LG、松下等日韓企業(yè)選擇其為主要技術路徑。
一位固態(tài)電池的研究員表示，“全固態(tài)電池決定電池內(nèi)阻和倍率性能的離子電導率、固-固界面接觸和循環(huán)性能等問題，目前還處于研發(fā)階段，距離量產(chǎn)的距離較遠。我個人偏保守，預計在2030年左右，全固態(tài)電池都不一定能產(chǎn)業(yè)化?！?/p>
半固態(tài)電池會否“曇花一現(xiàn)”？
顯然，率先上車的半固態(tài)電池前行步伐穩(wěn)健。
據(jù)業(yè)內(nèi)人士介紹，半固態(tài)電池制備工藝流程可以更多地兼容傳統(tǒng)鋰電池生產(chǎn)工藝。例如衛(wèi)藍新能源半固態(tài)電池之所以能快速推向市場，就是因為它盡可能地借用現(xiàn)有液態(tài)電池裝備和工藝，其中僅有10%-20%的工藝設備要求不同。
業(yè)內(nèi)人員聞舟就表示，“后期如果能夠實現(xiàn)技術水平突破，就可以通過改造液態(tài)電池產(chǎn)線生產(chǎn)半固態(tài)電池?！?/p>
而全固態(tài)電池雖然可以兼容液態(tài)鋰電池正、負極材料、電極極片制備等工藝流程，但需要額外的工藝。比如，把電解質涂覆在電極片上、UV照射消除靜電電荷、烘烤等，與傳統(tǒng)液態(tài)電池的差異較大。
財經(jīng)評論員張雪峰向新能源前瞻表示，半固態(tài)電池借用現(xiàn)有液態(tài)電池設備和工藝，相對于全固態(tài)電池來說，僅有少量工藝需要進行調整，這降低了產(chǎn)業(yè)轉型的門檻。
在成本方面，固態(tài)電池數(shù)倍于半固態(tài)電池的造價，也給了半固態(tài)電池“機會”。
根據(jù)中郵證券測算，目前半固態(tài)電池較液態(tài)電池成本高出30%以上。預計半固態(tài)電池規(guī)?；慨a(chǎn)后，成本比液態(tài)鋰電池高10%-20%。而據(jù)日本科學技術振興機構估算，制造全固態(tài)電池所需的設備成本是鋰離子電池的10-20倍。
聞舟表示，半固態(tài)電池目前成本比傳統(tǒng)鋰電池略高，相較全固態(tài)電池處于較低位置。
就有消費者咨詢了特斯拉Model 3長續(xù)航版78.4kWh三元鋰電池的更換費用，在包含工時費的情況下，費用為14.9萬元。
作為對比，蔚來汽車聯(lián)合創(chuàng)始人、總裁秦力洪也說到了150kWh半固態(tài)電池的價格，“該電池包成本相當于一輛蔚來ET5”，而蔚來ET5的起始價為29.8萬元。
顯然，這也論證了聞舟的觀點。
另一方面，半固態(tài)電池的生產(chǎn)過程變化不大，有利于其產(chǎn)能提升以及搶占市場。所以聞舟就認為，半固態(tài)電池雖然是折中路線，在未來仍然會有一席之地?！爱斎唬簯B(tài)電池也在能量密度、安全性等方面不斷改進，未來很長一段時間里，它依然是主流技術。”
在談到動力電池的發(fā)展方向時，張雪峰則表示，全固態(tài)電池在安全性和性能上更具優(yōu)勢，可能最終成為行業(yè)主流。隨著技術的不斷進步，全固態(tài)電池有望逐步降低成本并實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)，從而更好地滿足未來電動車和儲能市場的需求。
“雖然半固態(tài)電池結合了液態(tài)電池和全固態(tài)電池的特點，但其發(fā)展可能更像是過渡方案，逐步推動市場向更先進的全固態(tài)電池演進?！睆堁┓迦缡钦f。
*文中賈宇、聞舟為化名。