固态电池遭遇全球难产,锂电「圣杯」生怕只是

2023-05-04|来源:远大期货

“固态电池普及之日,就是燃油车退出历史舞台之时。”

这是多年前撒播于新能源行业的一句话。民众汽车电芯中央认真人弗兰克·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装备终点。

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

正是在这样的靠山下,全球新能源从业者、剖析师和投资人们都最先疯狂追逐这一偏向。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质料方面的企业,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壮大,包罗民众汽车团体和比尔·盖茨。QS也不负众望,在2020年上市前,QS已履历证了他们的单层电池在室温加压的情形下,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宣布他们已与民众互助启动生产线的建设,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,事实单层电池距离现实应用还异常遥远,即便手艺问题解决了,能否商用化也成问题。

QuantumScape 接纳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添,使得电池的能量密度降低,有行业资深专家告诉品驾,QuantumScape 电池能量密度难以跨越350Wh/kg,无法和主撒播统锂电高端产物水平拉开差距,想要到达固态电池理论能量密度的峰值水平,更是难上加难。

事实上,人们以为固态电池是由于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要害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,固态电池的更高平安级别同样经不起推敲。人们普遍以为,固态电解质绝缘性好,不能燃、不挥发,即便发生了形变,也不会导致电解质外漏,但物理性能的平安只是电池平安的一个侧面,其他任何一个侧面的高危都可能让固态即是不平安。

美国能源部的一项研究发现,全固态电池在由于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周围的其他质料而起火;而且当固态电解质层由于种种缘故原由而完整性受损的时刻,反映更是会释放伟大的热量。有趣的是,QuantumScape公司的万圣节省动上,延续许多年都市有人假扮成一个锂枝晶形状的怪物。

更值得人们关注的是,QuantumScape 接纳的氧化物片电解质硬度太高,不得不增添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平安性。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平安模糊其辞,那时该公司委屈造出了首批原型固态电池并交付给汽车客户,首创人、CEO 兼董事长 Jagdeep Singh 提到这批电池产物的可靠性方面“仍有很大提升空间”。

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不仅云云,量产也仍有许多问题没有解决。虽然氧化物基电解质这种质料在空气中具有更好的稳固性,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。

在生产环境和原质料纯度方面,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难题,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讲述指出,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”南辕北辙。

固态电池的狂欢盛宴里,最伶俐的资源*镇定下来。同样在去年底,摩根士丹利剖析师Adam Jonas宣布研报,将QS评级从“持股张望”下调至“减持”,并将目的价从12美元下调至仅4美元,创华尔街新低。缘故原由包罗规模化和获得整车厂认可的时间线的不确定性,以及公司面临更难题的融资环境。Adam Jonas示意,虽然固态电池可能仍然代表着能源存储的未来,但事实证实,实现这一目的的蹊径比我们和市场预期的更难题,也更遥远。

由于市值也不停脱水,股价从高位的132美元跌至今天的7美元,QS公司也最先裁员,似乎进入了 Gartner 手艺成熟度曲线的“泡沫破碎谷底期”。效果,围绕在这匹曾经的黑马周围的泡沫,最先崩塌。

在QS仍然在手艺和资源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设计,转而推出搭载液态锂离子电池的通俗电动车。许多人或许还记得2018年,该公司就示意将在数月之内量产固态电池。现在该公司首创人只能用这样的注释来掩饰当初的尴尬,“固态电池是一种这样的手艺,当你以为你已经完成了90%,险些到达目的时,然后你意识到剩下的10%比前面的90%困忧伤多。”

丰田的固态电池故事里跳票是个要害词。在新能源方面一直押注油电混动蹊径,导致纯电手艺落伍的丰田,一直希望通过提早结构固态电池手艺举行超车。其结构固态电池最早可以追溯到2008年,那时该公司宣布和英国创业公司伊利卡 (Ilika) 互助配合研发固态电池质料。

10年已往了,丰田在固态电池上的互助同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,数目遥遥*,是排名2-5的四家日韩企业的相加之和,惋惜的是手艺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”的流动上,丰田示意在高能量密度的全固态电池方面研发希望不乐观,在合适的硫化物电解质质料这一要害课题上一直未能破局。

在手艺难题无法攻克的靠山下,丰田不得纷歧再推迟全固态产物的量产,其2019年就示意,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蹊径:将固态电池手艺优先投放混动汽车产物,而非面向纯电车型一步到位。

思量到电动化,稀奇是纯电化在中国已经形成了不能阻挡的趋势,燃油车的黄昏壮丽,纯电车型的曙光耀眼,让非增程混动车型的市场远景一片黯淡。加之丰田自己的车辆手艺迭代周期太长,普遍到达4-5年;其*的一辆纯电车型 bZ4X 初战告捷,又遭遇大规模召回(只管是非电池缘故原由),在前几天终于官宣项目彻底停产。

丰田的决议,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,只管丰田示意要在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手艺上的预期。

留给丰田兑现答应的时间或许已经不多,在刚刚已往的上海车展宁德时代已经宣布了凝聚态电池,最高500Wh/kg的高比能、高平安,要害在今年就可量产。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。

现在固态电池这个曾被万众期待的*电池手艺,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手艺蹊径上,配合做了一场梦。

然而梦醒时分已到。

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