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新出行百科 | 一文带你了解固态电池
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长续航是伪需求?快充才是王道?这个问题其实已经讨论了许久了,早在前几年新能源车型的续航开始跃升之前,这个话题就经常被人们所拿出来讨论。

但我认为,续航与补能仍然是需要齐头并进的,单方面发展一项都会造成新能源车型不佳的用车体验。补能再便利,这个过程也是需要占据时间与个人安排的;续航再长,最终也是需要补能去辅助的。

所以在当下超充技术不断发展的当下,相应的电池技术与电动车续航也来到了瓶颈,是否能完成涅槃,还得看我们今天的主角-固态电池。

一、什么是固态电池?

首先我们先来了解一下,目前常见的几种电池形态,此前我们也针对各种电池名词做过解析,大家可以点击:新出行百科 | 新能源汽车名词解析(电池篇)

目前按照大的类别来看,市面上常见主要有三元锂电池与磷酸铁锂电池:

三元锂电池: 一般采用镍钴锰酸锂或镍钴铝酸锂作为正极材料,石墨作为负极材料的锂电池。在正极材料上,将镍、钴、锰(或镍、钴、铝)作为三种不同的成分比例进行不同的调整,所以称之为“三元”,包含了许多不同比例类型的电池。 

优点:具有更高的能量密度、较好的使用寿命、充放电效率高、耐低温

缺点:热稳定性不高、含重金属和稀有金属:钴(原材料成本高)

磷酸铁锂电池: 正如其名,它是用磷酸铁锂作为正极材料,碳棒或石墨层作为负极材料的锂离子电池。

优点:高安全性、使用寿命长、不含任何重金属和稀有金属(原材料成本低)、耐高温

缺点:能量密度较低、一致性较差、低温充放电性能差。

而随着电池技术的不断发展,这两种电池基本已经发展到了一个十分成熟状态,但相应的技术瓶颈也随之到来。

首先是电池的尺寸/重量与电池容量之间的相爱相杀,高容量的电池所带来的就是电池尺寸与重量的攀升,当然还有电池的成本。现在一些大电池的车型,电池的重量动辄都在 600-900kg 左右,这也是为什么现在的纯电动车型都是动辄两顿以上的体重。

而想要在不想电池包尺寸与重量飙升的前提下,想要提高电池容量就得提高其能量密度。 而能量密度表示的是电池在单位质量或单位体积内能够储存的能量,一般以 Wh/kg 作为计量单位。

例如现在的量产三元锂与磷酸铁锂电池,能量密度都在 150-200Wh/kg 上下,并且量产的瓶颈期已经到来。而蔚来的 150kWh 超长续航车载动力电池包,能量密度高达 360Wh/kg ,这也是为什么其能在不改变电池包尺寸的前提下,做到 150kWh 的电池容量。

而我们所说的固态电池,言简意赅来说,就是采用了固态电解质的电池。并且其中还分为半固态、准固态、全固态三种发展形势,现在量产上车或者即将上车的固态电池,其实都是半固态电池。

那么这些类别有什么差距,固态电池的优势又在哪里?让我们接着往下看。

二、固态电池的优势在哪里?

前面我们提到,固态电池就是采用了固态电解质的电池。目前的三元锂与磷酸铁锂电池,其实都是采用液态电解质的,也就是我们常说的电解液。需要明确的是,固态电池也是属于锂离子电池的一种。

固态电池相较于传统的液态电池,其优点在于高安全性、高能量密度、宽温域、体积更小等几大特点。

- 高安全性

首先是高安全性,液态锂电池在遇到撞击、挤压、短路等情况时会发生热失控现象,虽说目前各家都在通过各种技术来减少因为电池热失控所带来的安全隐患,但由于这是液态锂电池天生的特性,所以还是无法根除的。

而固态电池得益于更稳定的内部结构,可以更好的抑制锂枝晶生长,并且也不会存在电解液泄露的问题。

- 高能量密度

前面我们也提到过,目前已量产的车载动力电池,能量密度大都在 150-200Wh/kg 上下,蔚来已量产的半固态电池可以做到 360Wh/kg ,而全固态电池则可以轻松做到 500Wh/kg。

- 宽温域

“冬季续航打骨折”,相信这是许多纯电车主都体验过的。现在的液态锂电池,在遇到低温时都会电解液变粘稠,电导效率降低、锂离子迁移速率降低等等。也就是我们所常说的,电池活性降低而导致的续航下降。

新出行冬测

但固态电池则不受电解液低温凝固的影响,在遇到低温时能展现出更佳的电池活性,并且对于高温也有着更好的耐受性。

- 小体积

传统的液态电池,需要有电解液与隔膜的存在,根据相关专业分析,这两者在电池内部要占到 40% 。而固态电池通过固态电解质取代了这两者,使得其能够在相同的电池容量下做到更小的体积。

传统的液态电池有电解液与隔膜的存在

三、我们真的需要固态电池吗?

- 固态电池目前所遇到的问题

2024 年 4 月,中国动力电池装车量达到 35.4 GWh,同比增长 40.9%,新能源汽车产销量分别达到 87 万辆和 85 万辆。

其中,三元锂电池装车量占总装车量的 28.0%,达到 9.9GWh,同比增长 24.1%;磷酸铁锂电池则占据绝大多数,装车量达 25.5GWh,占比 71.9%,同比增长 48.7%,环比增长 7.8%。

从以上的数据我们可以看到市场的选择,磷酸铁锂还是占据大部分市场份额的,并且随着 800v 技术的加入,成本更低磷酸铁锂电池也成为更多主机厂的选择。

而固态电池虽然有着种种优点,甚至可以说是电池的最佳形态,但是其也受制于高额生产制造成本,纯固态电池目前都无法量产。

根据相关机构分析,目前常见的液态锂电池的成本大约在 200-300 美元/kWh ,即便是这样,许多车型后期更换电池的费用也是令人瞠目结舌,动辄 10 万元或者以上的电池更换费用也是令人止步选择纯电车型的原因之一。

而纯固态电池,据悉即便是为手机供电的那种容量,根据现有技术其成本也需要上万美元,更不用提车载的动力电池。

所以目前的解决方案大家也看到了,那就是半固态电池。而半固态电池相较于固态电池,只是将纯固态的电解质变成了固液混合电解质,这个“半”也是出自这里。

而半固态电池相较于纯液态电池,已经在性能上实现了大幅的跃进,目前已经进入商业化的也都是半固态电池。

但相较于售价还在不断下探的传统液态电池,半固态电池的成本还是偏高的,例如蔚来的 150kWh 电池包虽然是半固态电池,但其高额成本也注定其只能以 BaaS 日租的形式向用户提供,买断的成本将会十分高昂。

而前段时间上市的智己 L6 也将会推出搭载 133kWh 半固态电池的光年版车型,其整车价格还算可以接受,但交车还需要等到 10 月份,届时我们期待这块电池能给我们带来怎样的体验。

- 各家对于固态电池的动作

虽说目前固态电池商业化开发面对着种种困难,但是各家在这个赛道也都在紧锣密鼓的布局。

首先我们在前面也已经看到,蔚来与智己的半固态电池已经投入商业化量产,供应商分别为卫蓝新能源与清陶能源。

东风汽车也正在研发的第二代固态电池,在高安全性的基础上,还具备更高能量密度的特点,预计 2024 年可实现量产搭载,届时整车续航里程可达 1000km 以上。 但需要明确是,该电池的技术路线依旧是半固态电池。

而全固态电池方面,宁德时代早前时间对外透露,全固态电池有望2027年小批量生产。而大部分主机厂的纯固态电池推出计划都在 2030 年左右。

此前日产也宣布, 2028 年正式量产上市固态电池,但目前的信息还停留在纸面,并未公布什么实际性的进展。

总的来说,纯固态电池目前来说,距离商业化还有要很长的路要走,降本是最为重要的。而半固态电池作为过度产品,凭借着较为成熟的生产制造方式,已经成为各个主机厂以及电池制造厂商下一步的选择,逐步搭载于各家的高端车型之上。

但其能否竞争的过传统液态电池,目前还需要打上一个问号,毕竟成本问题还是最为重要的。但我们也希望,电池技术能够不断地发展与突破,为用户带来更好的体验。

作者结语 ... /

在传统液态电池发展进入瓶颈期之后,各项指标都更加优秀的固态电池无疑会成为未来的首选。从液态锂电池从开发到大规模运用也走过了几十年的时间,相信在现在的科学技术推动下,纯固态电池不会让我们等待太久,未来就让我们一同期待。

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