欢迎访问锂电网(li-b.cn),锂电产业链服务全平台!
2024年06月17日   星期一    |  广告单价 |  锂电资讯
首页 > 资讯 > 供应 > 锂电梦碎 固态电池遭遇全球难产

锂电梦碎 固态电池遭遇全球难产

来源:品玩 | 作者:admin | 分类:供应 | 时间:2023-05-06 | 浏览:10949
文章顶部

锂电网讯:“固态电池普及之日,就是燃油车退出历史舞台之时。”

这是多年前流传于新能源行业的一句话。大众汽车电芯中心负责人弗兰克·布洛梅甚至将固态电池称为锂离子电池的“最终篇章”,和可控核聚变民用化之前的能源设备终点。

仿佛谁能率先造出固态电池并实现其大规模商业化,谁就将获得锂电技术的“圣杯”,成为能量魔方的解密者,和全球新能源行业的霸主。

正是在这样的背景下,全球新能源从业者、分析师和投资人们都开始疯狂追逐这一方向。以 QuantumScape、Solid Power 等为代表的美国创业公司,丰田、日产、松下等日本汽车和化工巨头,以及一些中国电化学材料方面的企业,纷纷加入了领域内的较量。

QuantumScape(简称QS)是其中的代表性企业,其背后的投资者也是阵容强大,包括大众汽车集团和比尔·盖茨。QS也不负众望,在2020年上市前,QS已经验证了他们的单层电池在室温加压的情况下,以1C的速率充放电循环1000次后还可以保持初始储能量的90%。同时QS宣布他们已与大众合作启动生产线的建设,预计在2025年可投产。这颗卫星直接把QS的股价推高了10倍。

然而,狂欢之后,越来越多的人提出质疑,毕竟单层电池距离实际应用还非常遥远,即便技术问题解决了,能否商用化也成问题。

QuantumScape 采用的无机氧化物固态电解质层,重量是传统锂电隔膜的10倍以上,由于固态电解质离子电导率低,影响了放电倍率和低温工况下的性能。该公司不得不在电池正极侧添加不少于20%质量的氧化物提供离子电导。

这些非活性物质的增加,使得电池的能量密度降低,有行业资深专家告诉品驾,QuantumScape 电池能量密度难以超过350Wh/kg,无法和主流传统锂电高端产品水平拉开差距,想要达到固态电池理论能量密度的峰值水平,更是难上加难。

事实上,人们认为固态电池是因为固态带来的高能量密度是完全错误的。真正提升电池能量密度的关键在于使用硅或者锂金属负极。这两种负极也正在用于液态电池,以提升能量密度。

另一方面,固态电池的更高安全级别同样经不起推敲。人们普遍认为,固态电解质绝缘性好,不可燃、不挥发,即便发生了形变,也不会导致电解质外漏,但物理性能的安全只是电池安全的一个侧面,其他任何一个侧面的高危都可能让固态等于不安全。

美国能源部的一项研究发现,全固态电池在因为锂枝晶引发短路的温度比传统锂离子电池更高,而热量的释放可能会通过易燃包装或者附近的其他材料而起火;并且当固态电解质层因为各种原因而完整性受损的时候,反应更是会释放巨大的热量。有趣的是,QuantumScape公司的万圣节活动上,连续很多年都会有人假扮成一个锂枝晶形状的怪物。

image.png

锂枝晶

更值得人们关注的是,QuantumScape 采用的氧化物片电解质硬度太高,不得不增加凝胶电解质来改善界面,而这样做将会降低固态电池的本征安全性。尤其是其氧化物片由于金属锂沉积的临界电流密度很小,在未来使用中将很容易发生短路。

QuantumScape 在去年年底也对电池安全含糊其辞,当时该公司勉强造出了首批原型固态电池并交付给汽车客户,创始人、CEO 兼董事长 Jagdeep Singh 提到这批电池产品的可靠性方面“仍有很大提升空间”。不仅如此,量产也仍有许多问题没有解决。虽然氧化物基电解质这种材料在空气中具有更好的稳定性,但对制造工艺要求很高,需要800摄氏度以上的高温烧结才可以致密成型,对于大尺寸、超薄和无缺陷的陶瓷制备工艺有着极高的要求,对电池规模化制造带来了更大的挑战。

在生产环境和原材料纯度方面,全固态电池的要求更是比传统锂电更高。批量生产大尺寸的电解质薄膜可能存在困难,因此全固态电池的量产初期或只能小规模生产,用于一些对于成本容忍度更高的领域。韩国新能源研究机构 SNE报告指出,即便到了量产阶段,全固态电池的成本至少也是锂离子电池的两倍,跟新能源汽车行业追求的“降本”背道而驰。

固态电池的狂欢盛宴里,最聪明的资本最先冷静下来。同样在去年底,摩根士丹利分析师Adam Jonas发布研报,将QS评级从“持股观望”下调至“减持”,并将目标价从12美元下调至仅4美元,创华尔街新低。原因包括规模化和获得整车厂认可的时间线的不确定性,以及公司面临更困难的融资环境。Adam Jonas表示,虽然固态电池可能仍然代表着能源存储的未来,但事实证明,实现这一目标的道路比我们和市场预期的更困难,也更遥远。

由于市值也不断脱水,股价从高位的132美元跌至今天的7美元,QS公司也开始裁员,似乎进入了 Gartner 技术成熟度曲线的“泡沫破裂谷底期”。结果,环绕在这匹曾经的黑马周围的泡沫,开始崩塌。

在QS仍然在技术和资本的双难中苦苦挣扎的同时,美国新能源汽车品牌菲斯克已经宣布放弃研发固态电池的计划,转而推出搭载液态锂离子电池的普通电动车。许多人或许还记得2018年,该公司就表示将在数月之内量产固态电池。如今该公司创始人只能用这样的解释来掩盖当初的尴尬,“固态电池是一种这样的技术,当你觉得你已经完成了90%,几乎达到目标时,然后你意识到剩下的10%比前面的90%困难得多。”

丰田的固态电池故事里跳票是个关键词。在新能源方面一直押注油电混动路线,导致纯电技术落后的丰田,一直希望通过提早布局固态电池技术进行超车。其布局固态电池最早可以追溯到2008年,当时该公司宣布和英国创业公司伊利卡 (Ilika) 合作共同研发固态电池材料

10年过去了,丰田在固态电池上的合作伙伴少说也有了七八家,甚至连这方面的专利都已经累积到了1300多项,数量遥遥领先,是排名2-5的四家日韩企业的相加之和,可惜的是技术到量产的难度不亚于一次西天取经。在前年一场名为“2030电池战略会”的活动上,丰田表示在高能量密度的全固态电池方面研发进展不乐观,在合适的硫化物电解质材料这一关键课题上一直未能破局。

image.png

图片来源:丰田

在技术困难无法攻克的背景下,丰田不得不一再推迟全固态产品的量产,其2019年就表示,将在2020年东京奥运会时推出一款搭载固态电池的新能源车型,然而即便奥运会推迟了一年,给了丰田更多的时间,消费者仍然未能等到固态电池搭载车型。同时在商业化方面选了一条令人扶额的路线:将固态电池技术优先投放混动汽车产品,而非面向纯电车型一步到位。

考虑到电动化,特别是纯电化在中国已经形成了不可阻挡的趋势,燃油车的黄昏壮丽,纯电车型的曙光刺眼,让非增程混动车型的市场前景一片黯淡。加之丰田本身的车辆技术迭代周期太长,普遍达到4-5年;其唯一的一辆纯电车型 bZ4X 初战告捷,又遭遇大规模召回(尽管是非电池原因),在前几天终于官宣项目彻底停产。

丰田的决策,再次令人感受到了这家日本汽车巨头在新能源时代的无所适从,尽管丰田表示要在2025年前推出固态电池。但“狼来了的故事”使人不得不降低对其在固态电池技术上的预期。

留给丰田兑现承诺的时间或许已经不多,在刚刚过去的上海车展宁德时代已经发布了凝聚态电池,最高500Wh/kg的高比能、高安全,关键在今年就可量产。因此更大的可能是,凝聚态装车后,固态电池或许将彻底失去商业化可能性。

如今固态电池这个曾被万众期待的终极电池技术,已经难再撑得起燃油车“终结者”、锂电“圣杯”的名号。它看起来越来越像一群人在错误的技术路线上,共同做了一场梦。

然而梦醒时分已到。

作者光谱

分享到:

合作机构: ofweek锂电网 | 电池在线网 | 亚太电池展 | 巨典展览 | 德泰中研 | 振威展览 | 亚化咨询 | 知行锂电 | 高工锂电 | 深圳市电源技术学会

关于我们 | 联系方式 | 免责声明 | 人才招聘

版权所有 copyright © 锂电网(li-b.cn) | 粤ICP备18158530号


扫码关注微信
获取更多商机
×