为了兼顾高能量密度、高安全性和长寿命这些综合性能,固态电池需要对电池的正负极做出调整,例如用高镍三元正极、硅碳负极、金属锂负极。低成本方案可能性很小,在整个电池的开发过程中,无论是新材料开发、使用,还是老方案的改良、实验,都需要耗费大量时间成本和资金成本。
不要把固态电池当做一个“爆炸性”的革新产品,锂电池也不是一步到位发展到如今的600km续航的实力。我们可以把固态电池分为三个迭代版本:
- 传统电解液换成固态电解质+电解液形成半固态电池,正负极材质和传统锂电池一样不变;
- 正极依旧使用三元材料或者磷酸铁锂,负极用金属锂提高电池能量密度,依旧还是半固态电池形态保留电解液;
- 找到固固接触最安全、效率的解决方案,去除电解液,更换负极可以换上更高比能的硅碳负极、金属锂负极。
我们现在所谈、所见的固态电池大多数都处于最初阶段的固态电池,在真正的固态电池大批量量产之前,半固态电池会暂时成为市场主流。
已经有车企发布了自己品牌固态电池上车时间表:
- 福特、宝马在2022年开始用硫化物固态电解质电池,宝马可能会在2030年正式量产(可能是上文投资的ONE公司产品);
- 大众计划在2025年使用固态电池,到2030年在欧洲建6家电池工厂;
- 现代计划在2030年推出固态电池产品。
固态电池之所以难搞,技术层面上几乎等同于从零开始,之前量产电池的技术储备关系不大。对于市场来说并非非固态电池不可,市场只是需要一款高续航里程的电池,根本不在乎你是固态、半固态,还是硅碳负极电池,最终的目的都是推动电池技术发展提高1000km续航电池的性价比和商业化落地。比起固态电池,硅碳负极电池已经更早的小批量的产业化应用了。
为什么说硅碳材料已经产业化应用了呢?举例,广汽埃安AION LX PLUS千里版最大续航1000km,用的是海绵硅负极电池,用硅元素代替了传统的石墨元素。
之外,还有我们更熟悉的产品/企业:
- 从2019年开始,特斯拉Model S动力电池的阳极掺入硅元素;
- 特斯拉Model 3,在人造石墨中加入10%硅元素,单体能量密度达到300Wh/kg;
- 宁德时代,高镍三元+硅碳负极电芯比能达304Wh/kg。
硅元素是地壳中含量第二丰富的元素,而且硅基材料有更高的能量密度,但它的弱点和难点就是充放电过程中体积会膨胀。硅元素频繁多次的充放电后,体积反复膨胀、收缩,可能会导致硅颗从内部堆积导致硅材料粉化,最终的结果就是循环性能变差。