自從2021年1月,李斌在NIO DAY 2020裏發佈了150kWh固態技術電池包/蔚來ET7最高NEDC續航超1000公里至今。整個2021年,“固態電池”絕對是新能源關鍵詞之一,且在最近熱度升温愈演愈烈。蔚來汽車在謀求固態技術電池的發展,且因為其此前的履約能力一向不錯,直接引發了眾多車企的新思考。
一直以來,“固態電池”在宣傳與實驗室數據之中有着“充電幾分鐘,續航500-800公里”這樣的性能表現,在補能速度上追平甚至領先燃油車,同時因為不採用電解液直接解決了傳統動力電池“自燃”的問題,被譽為終極解決方案之一。
而熱度升温,源自於近期一系列全球巨頭級車企紛紛發表關於固態電池的推進速度,包括豐田、大眾、寶馬、福特。
固態電池:參數存疑,重在履約彙總近期集中發佈的固態電池消息,能找到一個關鍵信息,2025年將是可預見的變革點,但因為尚未有可借鑑的具體關鍵信息,參數存疑。第一輪的固態電池量產能否改變現有電動汽車的格局,有較大概率不會發生。
目前在固態電池領域,僅有4家積澱頗深的巨頭企業發力入局,其他企業尚未有明確的新一步官方動作:分別為,最早入局的豐田汽車,以及後續的寶馬汽車、福特汽車、大眾汽車。
根據2021年發佈的最新消息,豐田汽車接下來的節奏為:
2021年推出一款固態電池成品,提供500公里續航,10分鐘可從空電完成充滿,搭載固態電池的原型車,計劃在2022年推出,量產時間在2025年左右;
寶馬汽車接下來的節奏為:
福特和寶馬曾在2017年宣佈投資一家名為Solid Power的電池初創企業,開發新型電池。就在2021年9月,有消息顯示Solid Power正在對其在科羅拉多州的工廠進行擴建,同時準備在2022年初開始試生產其自主研發的固態電池產品。2022年開始進行測試產品,並在2025-2030年間進入實際道路測試階段;
大眾汽車接下來的節奏為:
2012年,其與初創公司QuantumScape進行合作,該公司現已上市,2018年,大眾汽車對該公司投資了1億美元,成為最大股東。2021年大眾集團的Power Day上,大眾集團宣佈2025年將使用固態電池,車輛續航從0-80%的充電時間可以縮短到12分鐘。
上述四家企業,均在尋求加速完成新能源汽車關鍵新技術的落地,以拿下技術優勢,繼續享受市場紅利。同時,整個汽車行業中,除了上述的四家企業之外,也有車企選擇了其他的技術解決方案,如氫燃料電池、如混合動力+PHEV的組合、再比如石墨烯等材料的加入,以及400V、800V架構等方面的應用。
從目前的固態電池具體消息來看,中期時間內(10年左右),未來哪種技術能實現的效果最佳,尚未有定數。
固態電池中,大眾汽車的壓力最大另外,在上述四家企業的相關信息中,還能夠看出幾個與此前預期相左的新局面。分別關乎,充電速度的實際效果、大眾汽車的技術路線、技術細節的實際效果等。
充電速度的實際效果方面,“充電幾分鐘 續航800公里”的目標,難度極高。根據目前所發佈的具體信息,寶馬/福特尚未給到明確的技術參數與目標,豐田/大眾兩家給出了相應目標,但並未公佈具體細節。
豐田將在2021年推出的,為電池容量較小的產品,從其500公里續航水準可見一斑。500公里續航,在三元鋰電池技術車型中,屬於2019-2020年時中國汽車市場的主流水準,距離如今已有2-3年的技術代差。即便如此(容量小、技術相對保守),其充滿電的時間依然需要10分鐘左右。當然,這較之如今的電動車補能速度已有了顯著提升,目前保時捷Taycan所應用的800V超充,滿電時間需35分鐘左右。
而從大眾汽車的相關參數來看,它的補能速度較豐田更慢,0-80%充電時間需12分鐘左右。且更為關鍵的一點是,它並未説明80%-100%的相關時間,這十分關鍵,因為直接關乎是否解決了電池充電進入涓流之後的解決方案是什麼,且是否安全/有效,同時如果涓流充電速度過慢,則直接拖累整體充電速度能否“顛覆”現有800V/三元鋰電池等方案,影響用户體驗,並直接與銷量相掛鈎。
造成這一局面的結果,從目前的有效信息來看,大概率與企業所選擇的技術方向息息相關。
目前的固態電池解決方案中,主要分為硫化物/氧化物兩種,豐田/寶馬/福特所選擇的是硫化物,而大眾汽車則單刀赴會的選擇了氧化物方案。
兩種解決方案各有利弊,同時難度基本相當,但後續的潛力有着極大差異。
氧化物解決方案,優勢在於更容易實現量產,難度在於高分子材料的離子電導率提升。但,劣勢也是顯而易見,根據大眾控股的QuantumScape專利佈局來看,它的關鍵詞為鋯酸鑭鋰。鋯酸鑭鋰目前屬於技術成熟度相對較高的路線,大眾汽車更看重其短期內能實現落地的量產能力,但它的性能表現並不能稱“強”,因為其電導率很低,10^-4的級別甚至比目前使用電解液的三元鋰電池低了2個量級。另外,雖然它的量產能力較高,但大規模量產極難,因為元素稀缺,同時因為鋯酸鑭鋰中包括稀土,這一方面與高成本相關,另一方面則與全球節能環保綠色的大方向相違背。
至於豐田/寶馬/福特所選擇的硫化物方向,元素充沛,但需要相關企業進一步解決高分子材料、電導率等難題,量產難度需時間以及更高的技術進步。
在目前的動力電池行業中,主流技術觀點對於大眾汽車的判斷更多是,初期量產之後能很好的拉高企業聲望,不過一旦豐田/寶馬的相關產品落地,大眾會丟掉優勢,甚至需要轉換技術路線。
寫在最後:從上述一系列關鍵信息來看,對於新能源汽車來説,“固態電池”一事不該被抬高到“封神”的地步。首先是量產速度存疑,其次是量產之後的實際效果存疑,再次是其能否大規模量產。
另外,在固態電池的發展過程中,氫燃料電池的進步速度以及相關佈局,也會影響到企業之間對其注入的精力/財力等。
電機的效率有待進一步提升、電動機高效狀態下的持續時間有待提升,400V架構有待提升,800架構有待提升,同時三元鋰電池/磷酸鐵鋰電池尚未到達明確天花板。本質上,新能源汽車動力層面還有着極大的提升空間,固態電池能否一步到位並不算特別重要。但,當固態電池走到真正的可大規模量產狀態時,大眾/豐田/寶馬誰來進一步引領汽車發展的態勢,將分出新的高下。
而對於大眾汽車來説,還有一個需要砸入大量精力/財力的事件,標準化電芯。目前,在其全球最大的中國市場裏,此方面尚未有明確進展,一切充滿變數。
同時,其變數還將來自於,目前進不去速度最快的中國新能源汽車市場,之中的本土企業,可能給到更好的解決方案。