固态电池普及之日 就是燃油车退出历史舞台之时！怎么这么难？
2023-05-04 13:24:48 快科技
“固态电池普及之日，就是燃油车退出历史舞台之时。”
这是多年前流传于新能源行业的一句话。大众汽车电芯中心负责人弗兰克·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设备终点。
(相关资料图)
仿佛谁能率先造出固态电池并实现其大规模商业化，谁就将获得锂电技术的“圣杯”，成为能量魔方的解密者，和全球新能源行业的霸主。
正是在这样的背景下，全球新能源从业者、分析师和投资人们都开始疯狂追逐这一方向。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材料方面的企业，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强大，包括大众汽车集团和比尔·盖茨。
QS也不负众望，在2020年上市前，QS已经验证了他们的单层电池在室温加压的情况下，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宣布他们已与大众合作启动生产线的建设，预计在2025年可投产。这直接把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，毕竟单层电池距离实际应用还非常遥远，即便技术问题解决了，能否商用化也成问题。
QuantumScape采用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加，使得电池的能量密度降低，有行业资深专家告诉品驾，QuantumScape电池能量密度难以超过350Wh/kg，无法和主流传统锂电高端产品水平拉开差距，想要达到固态电池理论能量密度的峰值水平，更是难上加难。
事实上，人们认为固态电池是因为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关键在于使用硅或者锂金属负极。这两种负极也正用于液态电池，以提升能量密度。
另一方面，固态电池的更高安全级别同样经不起推敲。人们普遍认为，固态电解质绝缘性好，不可燃、不挥发，即便发生了形变，也不会导致电解质外漏，但物理性能的安全只是电池安全的一个侧面，其他任何一个侧面的高危都可能让固态等于不安全。
美国能源部的一项研究发现，全固态电池在因为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附近的其他材料而起火；并且当固态电解质层因为各种原因而完整性受损的时候，反应更是会释放巨大的热量。有趣的是，QuantumScape公司的万圣节活动上，连续很多年都会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采用的氧化物片电解质硬度太高，不得不增加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安全性。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安全含糊其辞，当时该公司勉强造出了首批原型固态电池并交付给汽车客户，创始人、CEO兼董事长Jagdeep Singh提到这批电池产品的可靠性方面“仍有很大提升空间”。
不仅如此，量产也仍有许多问题没有解决。虽然氧化物基电解质这种材料在空气中具有更好的稳定性，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。
在生产环境和原材料纯度方面，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困难，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报告指出，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”背道而驰。
固态电池的狂欢盛宴里，最聪明的资本最先冷静下来。同样在去年底，摩根士丹利分析师Adam Jonas发布研报，将QS评级从“持股观望”下调至“减持”，并将目标价从12美元下调至仅4美元，创华尔街新低。原因包括规模化和获得整车厂认可的时间线的不确定性，以及公司面临更困难的融资环境。Adam Jonas表示，虽然固态电池可能仍然代表着能源存储的未来，但事实证明，实现这一目标的道路比我们和市场预期的更困难，也更遥远。
由于市值也不断脱水，股价从高位的132美元跌至今天的7美元，QS公司也开始裁员，似乎进入了 Gartner 技术成熟度曲线的“泡沫破裂谷底期”。结果，环绕在这匹曾经的黑马周围的泡沫，开始崩塌。
在QS仍然在技术和资本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计划，转而推出搭载液态锂离子电池的普通电动车。许多人或许还记得2018年，该公司就表示将在数月之内量产固态电池。如今该公司创始人只能用这样的解释来掩盖当初的尴尬，“固态电池是一种这样的技术，当你觉得你已经完成了90%，几乎达到目标时，然后你意识到剩下的10%比前面的90%困难得多。”
丰田的固态电池故事里跳票是个关键词。在新能源方面一直押注油电混动路线，导致纯电技术落后的丰田，一直希望通过提早布局固态电池技术进行超车。其布局固态电池最早可以追溯到2008年，当时该公司宣布和英国创业公司伊利卡（Ilika）合作共同研发固态电池材料。
10年过去了，丰田在固态电池上的合作伙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，数量遥遥领先，是排名2-5的四家日韩企业的相加之和。可惜的是，从技术落地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”的活动上，丰田表示在高能量密度的全固态电池方面研发进展不乐观，在合适的硫化物电解质材料这一关键课题上一直未能破局。
图片来源：丰田
在技术困难无法攻克的背景下，丰田不得不一再推迟全固态产品的量产，其2019年就表示，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路线：将固态电池技术优先投放混动汽车产品，而非面向纯电车型一步到位。
考虑到电动化，特别是纯电化在中国已经形成了不可阻挡的趋势，燃油车的黄昏壮丽，纯电车型的曙光刺眼，让非增程混动车型的市场前景一片黯淡。加之丰田本身的车辆技术迭代周期太长，普遍达到4-5年；其唯一的一辆纯电车型bZ4X初战告捷，又遭遇大规模召回（尽管是非电池原因），在前几天终于官宣项目彻底停产。
丰田的决策，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，尽管丰田表示要在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技术上的预期。
留给丰田兑现承诺的时间或许已经不多，在刚刚过去的上海车展宁德时代已经发布了凝聚态电池，最高500Wh/kg的高比能、高安全，关键在今年就可量产。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的可能性。
如今固态电池这个曾被万众期待的终极电池技术，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技术路线上，共同做了一场梦。
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