自从2021年1月,李斌在NIO DAY 2020里发布了150kWh固态技术电池包/蔚来ET7(参数丨图片)最高NEDC续航超1000公里至今。整个2021年,“固态电池”绝对是新能源关键词之一,且在最近热度升温愈演愈烈。蔚来汽车在谋求固态技术电池的发展,且因为其此前的履约能力一向不错,直接引发了众多车企的新思考。
一直以来,“固态电池”在宣传与实验室数据之中有着“充电几分钟,续航500-800公里”这样的性能表现,在补能速度上追平甚至领先燃油车,同时因为不采用电解液直接解决了传统动力电池“自燃”的问题,被誉为终极解决方案之一。
而热度升温,源自于近期一系列全球巨头级车企纷纷发表关于固态电池的推进速度,包括丰田、大众、宝马、福特。
固态电池:参数存疑,重在履约
汇总近期集中发布的固态电池消息,能找到一个关键信息,2025年将是可预见的变革点,但因为尚未有可借鉴的具体关键信息,参数存疑。第一轮的固态电池量产能否改变现有电动汽车的格局,有较大概率不会发生。
目前在固态电池领域,仅有4家积淀颇深的巨头企业发力入局,其他企业尚未有明确的新一步官方动作:分别为,最早入局的丰田汽车,以及后续的宝马汽车、福特汽车、大众汽车。
根据2021年发布的最新消息,丰田汽车接下来的节奏为:
2021年推出一款固态电池成品,提供500公里续航,10分钟可从空电完成充满,搭载固态电池的原型车,计划在2022年推出,量产时间在2025年左右;
宝马汽车接下来的节奏为:
福特和宝马曾在2017年宣布投资一家名为Solid Power的电池初创企业,开发新型电池。就在2021年9月,有消息显示Solid Power正在对其在科罗拉多州的工厂进行扩建,同时准备在2022年初开始试生产其自主研发的固态电池产品。2022年开始进行测试产品,并在2025-2030年间进入实际道路测试阶段;
大众汽车接下来的节奏为:
2012年,其与初创公司QuantumScape进行合作,该公司现已上市,2018年,大众汽车对该公司投资了1亿美元,成为最大股东。2021年大众集团的Power Day上,大众集团宣布2025年将使用固态电池,车辆续航从0-80%的充电时间可以缩短到12分钟。
上述四家企业,均在寻求加速完成新能源汽车关键新技术的落地,以拿下技术优势,继续享受市场红利。同时,整个汽车行业中,除了上述的四家企业之外,也有车企选择了其他的技术解决方案,如氢燃料电池、如混合动力+PHEV的组合、再比如石墨烯等材料的加入,以及400V、800V架构等方面的应用。
从目前的固态电池具体消息来看,中期时间内(10年左右),未来哪种技术能实现的效果最佳,尚未有定数。
固态电池中,大众汽车的压力最大
另外,在上述四家企业的相关信息中,还能够看出几个与此前预期相左的新局面。分别关乎,充电速度的实际效果、大众汽车的技术路线、技术细节的实际效果等。
充电速度的实际效果方面,“充电几分钟 续航800公里”的目标,难度极高。根据目前所发布的具体信息,宝马/福特尚未给到明确的技术参数与目标,丰田/大众两家给出了相应目标,但并未公布具体细节。
丰田将在2021年推出的,为电池容量较小的产品,从其500公里续航水准可见一斑。500公里续航,在三元锂电池技术车型中,属于2019-2020年时中国汽车市场的主流水准,距离如今已有2-3年的技术代差。即便如此(容量小、技术相对保守),其充满电的时间依然需要10分钟左右。当然,这较之如今的电动车补能速度已有了显著提升,目前保时捷Taycan所应用的800V超充,满电时间需35分钟左右。
而从大众汽车的相关参数来看,它的补能速度较丰田更慢,0-80%充电时间需12分钟左右。且更为关键的一点是,它并未说明80%-100%的相关时间,这十分关键,因为直接关乎是否解决了电池充电进入涓流之后的解决方案是什么,且是否安全/有效,同时如果涓流充电速度过慢,则直接拖累整体充电速度能否“颠覆”现有800V/三元锂电池等方案,影响用户体验,并直接与销量相挂钩。
造成这一局面的结果,从目前的有效信息来看,大概率与企业所选择的技术方向息息相关。
目前的固态电池解决方案中,主要分为硫化物/氧化物两种,丰田/宝马/福特所选择的是硫化物,而大众汽车则单刀赴会的选择了氧化物方案。
两种解决方案各有利弊,同时难度基本相当,但后续的潜力有着极大差异。
氧化物解决方案,优势在于更容易实现量产,难度在于高分子材料的离子电导率提升。但,劣势也是显而易见,根据大众控股的QuantumScape专利布局来看,它的关键词为锆酸镧锂。锆酸镧锂目前属于技术成熟度相对较高的路线,大众汽车更看重其短期内能实现落地的量产能力,但它的性能表现并不能称“强”,因为其电导率很低,10^-4的级别甚至比目前使用电解液的三元锂电池低了2个量级。另外,虽然它的量产能力较高,但大规模量产极难,因为元素稀缺,同时因为锆酸镧锂中包括稀土,这一方面与高成本相关,另一方面则与全球节能环保绿色的大方向相违背。
至于丰田/宝马/福特所选择的硫化物方向,元素充沛,但需要相关企业进一步解决高分子材料、电导率等难题,量产难度需时间以及更高的技术进步。
在目前的动力电池行业中,主流技术观点对于大众汽车的判断更多是,初期量产之后能很好的拉高企业声望,不过一旦丰田/宝马的相关产品落地,大众会丢掉优势,甚至需要转换技术路线。
写在最后:
从上述一系列关键信息来看,对于新能源汽车来说,“固态电池”一事不该被抬高到“封神”的地步。首先是量产速度存疑,其次是量产之后的实际效果存疑,再次是其能否大规模量产。
另外,在固态电池的发展过程中,氢燃料电池的进步速度以及相关布局,也会影响到企业之间对其注入的精力/财力等。
电机的效率有待进一步提升、电动机高效状态下的持续时间有待提升,400V架构有待提升,800架构有待提升,同时三元锂电池/磷酸铁锂电池尚未到达明确天花板。本质上,新能源汽车动力层面还有着极大的提升空间,固态电池能否一步到位并不算特别重要。但,当固态电池走到真正的可大规模量产状态时,大众/丰田/宝马谁来进一步引领汽车发展的态势,将分出新的高下。
而对于大众汽车来说,还有一个需要砸入大量精力/财力的事件,标准化电芯。目前,在其全球最大的中国市场里,此方面尚未有明确进展,一切充满变数。
同时,其变数还将来自于,目前进不去速度最快的中国新能源汽车市场,之中的本土企业,可能给到更好的解决方案。
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