作者/星空下的夾心糖
編輯/菠菜的星空
排版/星空下的韭菜
(資料圖片僅供參考)
據(jù)悉，蔚來汽車在5月24的發(fā)布會上表示，150kWh電池包將于7月上線。該電池采用半固態(tài)電解液、硅碳復(fù)合負(fù)極材料、超高鎳正極材料，單體能量密度達(dá)360Wh/kg，續(xù)航里程可達(dá)1000公里。
按照蔚來自己的說法，150kWh電池的最大亮點(diǎn)在于“原位固化固液電解質(zhì)”，所謂原位固化，就是逐步把當(dāng)前的液態(tài)電解質(zhì)轉(zhuǎn)換為固態(tài)，而不是一步到位全固態(tài)的方法。簡而言之，蔚來的這款電池是一款半固態(tài)電池，“安全性”和“高能量密度”是它的標(biāo)簽。業(yè)界對于這款新電池充滿了期待，今天，我們也來聊聊半固態(tài)電池。
一、修修補(bǔ)補(bǔ)，就成了半固態(tài)電池
雖然半固態(tài)電池里面帶著“固態(tài)“兩個字，但半固態(tài)電池距離真正的固態(tài)電池還有相當(dāng)長的距離。半固態(tài)路線對于現(xiàn)有液態(tài)鋰離子電池體系更迭較小，半固態(tài)路線仍然會使用隔膜與液態(tài)電解液，其制備方法大部分沿用傳統(tǒng)鋰離子電池工藝與裝備技術(shù)。
固態(tài)電池發(fā)展路徑 資料來源：汽車人參考
以衛(wèi)藍(lán)新能源的半固態(tài)電池為例，其制造工藝流程和裝備與目前鋰電池的90%以上通用。當(dāng)然，關(guān)鍵的工藝環(huán)節(jié)，比如混料、注液和原位固態(tài)化等環(huán)節(jié)，仍然有一些技術(shù)難點(diǎn)，產(chǎn)能依然受限，生產(chǎn)成本也有所增加。
前文我們提到了蔚來的150kWh電池，按照蔚來汽車2021年的計劃，這款電池原本2022年第四季度交付，但延遲到了2023年第三季度才交付，肯定是在核心技術(shù)上遇到了難點(diǎn)。另外，這款電池實(shí)在是太貴了，蔚來的聯(lián)合創(chuàng)始人兼總裁秦力洪曾透露，150kWh度固體電池包當(dāng)下所面臨的最大難題就是制造成本過高，其成本甚至與一輛蔚來ET5（約33萬）相當(dāng)。半固態(tài)電池作為一款新產(chǎn)品，研發(fā)費(fèi)用高昂，產(chǎn)線的投入也不小，加上早期量產(chǎn)數(shù)量較少，每個電池分擔(dān)的固定成本很高，電池這么貴也不足為奇了。
二、安全性和能量密度之間需要權(quán)衡
使用固態(tài)電解質(zhì)確實(shí)可以提升電池的安全性。最新的研究表明，固態(tài)電解質(zhì)具有低可燃性和低揮發(fā)性，因此，它們可以緩和熱釋放的傳播并減緩燃燒；更重要的是，固態(tài)電解質(zhì)類似于一個超級穩(wěn)定的隔膜，具有一定的溫度耐受性和機(jī)械強(qiáng)度，可以避免陽極-陰極（或正極-負(fù)極）的直接反應(yīng)，進(jìn)一步減少燃燒的風(fēng)險。
固態(tài)電池相對液態(tài)電池的安全性 資料來源：Safety perceptions of solid-state lithiu
不過，固態(tài)電池（包括半固態(tài)電池）本身也并非完美無缺。首先，固態(tài)電池的安全性是相對的，固態(tài)電池在循環(huán)過程中會產(chǎn)生鋰枝晶，固-固界面的不穩(wěn)定性也會導(dǎo)致局部溫度升高。另外，固態(tài)電池（或者說固態(tài)電解質(zhì)）本身對能量密度的提升有限，能量密度的提升來自新型正負(fù)極而非電解質(zhì)，而正負(fù)極會帶來額外的安全風(fēng)險。
能量密度和安全性之間需要更為慎重的權(quán)衡，因為二者很難兼顧。將于2024年在日本橫濱建立首家全固態(tài)電池試點(diǎn)工廠的日產(chǎn)汽車，其負(fù)責(zé)先進(jìn)電池研發(fā)的副總裁土井三浩（Kazuhiro Doi）就說，“固態(tài)電池的能量密度是目前鋰離子電池的兩倍，因此就像一個更危險的潛在炸彈。如果發(fā)生重大事故，固態(tài)電池可能會比現(xiàn)在的電池更具災(zāi)難性。”所以，需要針對固態(tài)電池進(jìn)行更加全面的安全驗證。
三、全固態(tài)電池，依然是空中樓閣
眼見得半固態(tài)電池呼之欲出，那么全固態(tài)電池離我們還有多遠(yuǎn)呢？筆者認(rèn)為，至少還有5-10年的路要走。
首先，全固態(tài)電池實(shí)在是太難做，存在著天然的缺陷，這些劣勢是由“固態(tài)”本身決定的，很難通過技術(shù)進(jìn)步來完全解決。固態(tài)電解質(zhì)材料離子電導(dǎo)率偏低，從而在提升倍率性能和功率密度上先天不足。固-固界面的穩(wěn)定性本就比固-液要差，在工作過程中，電解質(zhì)和電極之間的接觸很可能會產(chǎn)生裂縫，也更容易發(fā)生副反應(yīng)，進(jìn)而降低鋰離子的遷移速率，影響電池綜合性能。界面問題是固態(tài)電池最難逾越的一道鴻溝。為解決這些問題，固態(tài)電解質(zhì)形成了聚合物、氧化物、硫化物等不同的技術(shù)路徑，但每種路徑都難言完美。
固態(tài)電池的技術(shù)路徑 資料來源：汽車公社
另外，哪怕全固態(tài)電池在實(shí)驗室能跑通，也依然不能代表量產(chǎn)。一項新技術(shù)從0到1的過程固然艱險，但從1到100的過程也難如登天。我們跨界拿光伏舉一個例子，1979年的夏天，美國總統(tǒng)吉米·卡特在白宮屋頂新裝的太陽能系統(tǒng)前進(jìn)行了一番演講，他慷慨激昂地表示：“太陽能，才是未來!”。雖然1979年光伏即有產(chǎn)品問世，但時至今日，光伏行業(yè)依然處于日新月異的技術(shù)變更當(dāng)中。汽車是一個精密的系統(tǒng)，安全、壽命、品質(zhì)、成本和高能量密度必須實(shí)現(xiàn)平衡，在追求極致的同時又不能有任何短板，固態(tài)電池從實(shí)驗室走向江湖仍需時日。
至于當(dāng)前大火的半固態(tài)電池，本質(zhì)上沒有顛覆性技術(shù)，更多的是沿著行業(yè)公認(rèn)主流技術(shù)路線的推進(jìn)和落地，并不是真正意義上的固態(tài)電池。不過，半固態(tài)電池本身也是一種非常有意義的嘗試，對推進(jìn)新型添加劑、復(fù)合涂層薄膜、凝膠態(tài)電解質(zhì)、高性能正負(fù)極等關(guān)鍵材料和體系創(chuàng)新具有重要意義。
古語云，行百里者半九十。從這個意義上講，固態(tài)電池才剛剛起步。
在寓言故事里， “還有半杯水” 和“只剩半杯水”是不同的心態(tài)，前者樂觀而后者悲觀。因此， “半固態(tài)電池”可能不如“半液態(tài)電池”貼切——我們依然不能避免使用“討厭”的液態(tài)電解質(zhì)。對于全固態(tài)電池，我們可能需要再悲觀一點(diǎn)。
注：本文不構(gòu)成任何投資建議。股市有風(fēng)險，入市需謹(jǐn)慎。沒有買賣就沒有傷害。
