前些天分享另一篇國產以及全球主要國家固態電池的最新進展情況;詳見:最新進展!國產固態電池遙遙領先?盤點全球固態電池最新進展,誰更勝一籌?
在后臺有不少網友問,目前固態電池還無法量產的主要問題出在哪兒呢?今天我們就一起聊聊。
一、寧德時代,2027年固態電池小批量生產
在回答當前量產面臨主要問題之前,我們一起看看作為全球動力電池龍頭的固態電池時間表。
4月28日,寧德時代首席科學家吳凱在重慶舉辦的第十六屆國際電池技術交流會中首次分享了寧德時代固態電池的時間表。

他說:全固態電池的成熟度指標,若用1-9數字表示,寧德時代目前的成熟度在4的水平,目標到2027年到7-8的水平。2027年,寧德時代全固態電池小批量生產機會很大,但受成本等因素制約,大規模生產尚不能實現。
在固態電池即將量產的信息頻繁出現的當前,作為全球動力電池龍頭的寧德時代保持了少有的冷靜和理性。

從寧德時代首席科學家吳凱的分享之中,我們很容易捕抓到兩個方面的信息,其一,全固態電池技術尚未成熟,還有不少問題亟待解決;其次,就是即使全固態電池技術問題解決了,但大規模應用繞不開的成本問題目前沒有好的解決方案。那到底有哪些亟待解決的問題呢?
二、量產全固態電池問題多達數百個
我們知道汽車、手機、平板電腦和筆記本電腦等大多數現代電子設備都使用鋰離子電池,其中含有攜帶離子的液體電解質,這些離子在充電和放電過程中沿一個方向流動。
而全固態電池就是用固體代替這種液體,電池內部無需任何介質流動。打了比方,液態電池里,電子就像在水里游泳,而固態電解質里則像在沙子里游泳。

顯而易見,在沙子里游泳的最大好處莫過于是否能徹底解決電池自燃問題;恰恰最大的挑戰也在“沙子游泳”問題。
首要,就是解決固固界面的問題。正極材料與電解質之間固固界面接觸不充分,阻礙離子傳輸;負極在充放電過程體積膨脹大,導致固-固界面的動態損傷,難以修復,持續惡化固-固界面。這些都嚴重影響全固態電池的循環壽命和倍率性能。
就目前固態電池主要3個路線(聚合物、氧化物和硫化物)來說,解決方案進展比較快的硫化物路線。
即使是最有希望的硫化物電解質路線來說,硫化物電解質在空氣中不穩定的主要原因是容易發生化學反應, 電解質在空氣中水分子的作用下會發生水解生成有毒的H2S氣體,在水解的過程中電解質結構還會發生坍塌,離子電導率急劇下降。
因此,如果電池在事故中被刺破,其泄漏物會與氧氣發生反應,產生對人體有毒的氣體,而這種氣體會阻止救援人員接近車輛,從而增加對車輛造成嚴重損害的可能性。
從這個角度而言,固態電池最大的優勢“安全性”也僅僅是理論上的,實際應用中還需要時間和實踐去驗證。而這可以說是固態電池過去幾年進展較為緩慢的主要原因。
其次,大規模生產技術存在不少障礙。根據業內人士說法,量產還面臨電導率均勻的超薄固態膜制備、面容量和致密度都在合格線以上的電極卷法、氧化物高溫燒結成型等,類似的問題可能多達數百個,都需要在小批試制中逐漸摸索克服。

因此,短期內固態電池最大的技術問題,還在于解決“安全性技術問題”。接下來才是解決量產和應用,這就是必然要面對的“成本問題”。
三、解決成本,生產線適配
對于固態電池的應用,不僅涉及到技術問題,另一個重要的制約因素在于成本問題。成本問題的核心在于是重新搭建固態電池生產線,還是繼承現行生產線進行適配?

顯然,充分利用現有產線是更為經濟的方式。而這也決定了,寧德時代在固態電池的量產和應用上具有不可替代的作用。
據了解,寧德時代正在解決未來固態電池對現行生產線的繼承性適配問題,即現有產線小改就可以生產固態電池。
但即使如此,寧德時代估計,從規模量產算起,有望兩年內做到1.6元/mWh。而當前鋰離子電池,特別是鐵鋰,都在價格都在0.3元-0.4元/mWh之間。
也就是說,理想狀態之下,固態電池的成本是現行鋰電池的4倍左右。而我們知道,動力電池作為新能源汽車的核心部件,約占整車制造成本的30%—40%。
如果固態電池強行上車會造成什么樣的后果呢?以一輛20萬的新能源汽車為例,現動力電池成本約為6-8萬;而一旦使用固態電池,動力電池成本飆升到25-30萬左右。
這意味著,原本20萬的車,用上固態電池之后立馬翻倍還不止。試問,這樣的成本用戶能接受嗎?即使是固態電池徹底解決了“自燃”的安全問題,用戶可接受一定的溢價;但2倍以上的價格顯然還是無法接受的。
因此,如上述寧德時代首席科學家吳凱所言,全固態電池2027年左右進行小批量生產是較為現實與合理的。這也意味著,首批全固態電池將會首先應用在百萬級別的豪車序列之中。
從國內固態電池產業來看,雖然眾多廠商相繼宣布其路線圖,但真正的全固態量產,或許來得沒那么快,2026年左右小規模量產之后,預計還有3-4年,也就是2030年前后才能真正進入大規模生產和應用階段。
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