大众一亿美元落注的固态电池,能成为三元锂电池的终结者吗?

发布日期:2018-09-18
核心提示:前几天,大众宣布向电池技术公司QuantumScape投资1亿美元。作为电池行业的新兴企业,成立于2010年的QuantumScape有着相当雄厚的

前几天,大众宣布向电池技术公司QuantumScape投资1亿美元。作为电池行业的新兴企业,成立于2010年的QuantumScape有着相当雄厚的背景。比如它是斯坦福大学的衍生公司,拥有200多项固态电池技术专利和专利申请量。

按大众计划,他们将成为QuantumScape的最大股东,并将会加入QuantumScape董事会,说明大众对技术的掌控力要求很高。大众还表示,计划与QuantumScape组建合资公司,让生产固态电池的技术达到产业标准,以便在2025年建成一条固态电池生产线。

花大手笔在固态电池上的不仅仅是大众一家,去年底宝马也提出与美国固态电池商Solid Power达成战略合作,虽然未公布投资金额,但提出将会在技术共享的前提下加快固态电池的研发和产出。不久前,Solid Power公司又完成了A轮2000万美元融资,前景一片大好。

其他科技巨头也不甘落后。

比如今年3月份,包括三星、戴森等科技业巨头集体向一家初创公司Ionic Materials投资6500万美元,而这家公司只在固态电池方面有尚佳表现。美国戴森公司可能觉得这还不够,大手笔的他们还计划投资10亿英镑用于研究固态电池技术,早期他们还以9000万美元收购了固态电池公司Sakti3。

传统电池市场目前主要被松下、日本电气(NEC)等日本公司,LG、三星等韩国公司,比亚迪、宁德时代等中国公司占据,但固态电池市场还有待开发。

这也让一众汽车企业和科技企业对此大为看好,毕竟大家都想要摆脱传统豪强的束缚,不被扼住命运喉咙的前提下,多从新能源市场分一杯羹。

固态电池是未来,三元锂电池是现在

固态电池前景一片大好,但它对于我们来说却还很陌生。

因为现在听到最多的还是磷酸铁锂电池和三元锂电池,特别是后者市场需求非常火爆。比如特斯拉、宝马i3都是配备的这类电池;国内市场,像江淮、比亚迪、北汽等厂家也开始将旗下原本使用磷酸铁锂电池的车型换装三元锂电池。

三元锂电池之所以如此火爆是因为它有着很高的能量密度,循环性能和一致性也要好于磷酸铁锂电池。举例来说,特斯拉的三元锂电池能量密度已经达到330Wh/kg,这比还在100 Wh/kg波动而且上限很低的磷酸铁锂电池有明显优势。

从今年4月份工信部公布的《新能源汽车推广应用推荐车型目录(2018年第3批)》报告看,304款新能源车型配备三元锂电池的车型占比高达53%,首次对磷酸铁锂电池实现反超(后者为36%),大有“改朝换代”的意思。

另外,三元锂电池在轻量化方面也要好于磷酸铁锂电池。

以比亚迪E5为例,磷酸铁锂电池版本电池容量为52kWh,重量517kg,续航350公里。换装后的三元锂电池电池容量达到61kWh,重量反倒降低至444kg,续航也升至400公里。你看,现如今各大厂家都在和轻量化死磕,比亚迪通过此方式减轻了73kg的重量,成效大大的。

不过三元锂电池也并非完物,比如它的安全性就一直受到质疑。特别是三元锂电池热稳定性较差,燃烧温度在300℃以下,而且因为会分解出氧分子,起火后很难控制,比如特斯拉今年以来发生的几件起火事件,消防员都没能及时将火势制止,就是三元锂电池的“锅”了。

去年在奥地利发生的Tesla Model S撞击起火事故,当地消防更是出动了35位消防员和5部车辆才顺利将火势安全扑灭。据消防员称,必须将 Tesla Model S的高性能电池组电线切除后,才能顺利控制火势,不然车辆将不断燃烧。

相比之下,磷酸铁锂电池的燃烧点高达700-800℃,而且不会分解出氧分子,安全性要高得多。正是基于安全性考虑,在中国,搭载三元锂电池的客车一度无法进入工信部新能源汽车推荐车型目录。

2016年,源于2015年12月份香港发生的一起采用三元材料动力电池的电动大巴发生着火爆炸事件。经中国化学与物理电源行业协会与工信部、中汽协等部门和机构商定,特指商用车中的客车暂停使用三元材料动力锂电池。这在当时是很轰动的一件事。

所以除文章开头我们提到的垄断原因,固态电池还因为能量密度、安全性和体积等优势,在行业看来是非常有前景的一类电池产品。

固态电池真有这么神奇?

日期,丰田公布了全固态电池的框架,作为松下的亲密合作伙伴,他们计划于2020年起实现商业化,彼时,丰田会将全固态电池的功率密度提高至400Wh/L,这比现今傲视群雄的特斯拉还要雄壮威武!刚刚宣布与丰田就混动技术合作的吉利,未来或许还有机会赶上这波福利呢。 

固态电池可以使用金属锂来做负极取代石墨负极,而金属锂的容量是石墨容量的10倍,这就是固态电池神奇的玄机。

在安全性上,固态电池也有明显优点。现在的锂离子电池基本都是“石墨做负极,中间液体电解质,含锂过渡金属氧化物做正极”的模式。但由于使用了可燃的有机溶剂做电解质,安全性一直不稳定。相比之下,固态电池由于中间的电解质是固态,局部发生短路的时候,只会发生聚合物熔化,而且熔化以后可成为绝缘体,所以不存在燃烧、泄露和爆炸等问题了。

在轻量化上,固态电池也是一把好手。单就电池结构对比,三元锂电池的基本结构为正极、负极、电解液、隔膜与结构壳体等。而固态电池则省去了其中的隔膜和电解液等,会更小更轻。

比如特斯拉的85kWh电池组质量达到了900kg,而Seeo Inc公司生产的相同容量的电池组重量只有323kg。 另外他们还展示过一款50kWh,重量为190kg的电池产品,相当有诱惑力。

比亚迪E5磷酸铁锂电池版本重量为517kg,而Seeo Inc则为150kg,差距太明显了。

不过固态电池仍然有亟待解决的问题。

不久前德国能源与气候研究院发布研究论文称,固态电池的充电效率并不比当前的锂电池高很多,在同能量密度下,固态电池的充电时间也要1小时左右,但当前的锂电池充电时间也差不多。

另外在电池寿命方面,固态电池在完整充放电500次之后还能保持84%的使用寿命,数据同样与当前的电池技术基本相符。

虽然曾经视特斯拉为死对头的Fisker在年初申请了一项“充电1分钟,续航800公里”的固态电池专利,但他们可是采用了三维电极设计(表面积是普通固态电池薄膜电极的25倍),只能说这还是转载专利阶段的一项技术而已。

除此外,由于固-固界面相容性等一系列科学问题亟待解决,以及固体电解质规模制备技术不成熟等原因,至今尚未有商业化的高能量密度固态电池问世。这也是开头提到的,为什么大众会特意指明“让生产固态电池的技术达到产业标准”的原因之一。

比大众更为谨慎的是博世。事实上上文提到的Seeo Inc公司在去年被大众收购了。但博世在今年3月份就提到将放弃固态电池的量产计划,重新投入到锂离子电池技术的研发中。

按他们的说法,虽然仍会研发固态电池,但不会自行制造,因为投入量产固态电池的风险太高了。

如果说磷酸铁锂电池是“以前”(当然它现在的市场份额依然很大),三元锂电池是“现在”,那么固态电池就是“未来”。

现如今汽车市场讲究概念先行,卖了不到两千辆的蔚来汽车市值都能超过长城汽车,特斯拉市值更能跑在通用汽车的前头,谁都说不好下一波富翁会出现在哪里。泡沫也好,实力所然也好,固态电池我们多少还是应该关注下,你说是吧!



 
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