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解决“续航焦虑”和“安全焦虑”,半固态电池YES or NO?

文|华夏能源网

关于半固态电池,又传来好消息。

不久前,国轩高科股份有限公司(简称“国轩高科”,SZ:002074)在投资者互动平台称,公司的高安全半固态电池今年年底实现装车,明年批量交付。

据介绍,国轩高科宣称即将量产的半固态电池,单体能量密度高达360Wh/kg,续航里程超过1000km。而在今年5月底举行的第十一届科技大会上,国轩高科则宣称,400Wh/kg的半固态电池在公司实验室已有原型样品。

值得一提的是,特斯拉所力挺的4680电池,是液态电池中的佼佼者,但其单体能量密度才约为300Wh/kg。国轩高科半固态电池的“牛刀小试”作品便将其超越,潜力可见非同一般。

按照规划,国轩高科的半固态电池首先应用在新能源汽车上。

在当前,无论是动力电池还是电化学储能电池,基本都是液态电池。在新能源汽车高速发展的驱动下,液态电池也不断进行迭代,产品也越来越成熟,但是,“续航焦虑”和“安全焦虑”始终困扰入局的车企、电池制造商和消费者,成为影响新能源汽车市场扩张的最大阻碍。

随着半固态电池的出现,人们仿佛看到了解决问题的曙光;国轩高科所标榜的“高安全”、“1000km续航”能力,更是吸引着人们的眼球。但是,半固态电池真的是一副良药,能彻底解决人们的这两大焦虑吗?

无奈的选择

从理论上说,半固态电池只是液态电池和固态电池的中间状态,固态电池才是发展的终极目标。电池制造商之所以选择半固态电池,并非是完全看好半固态电池,其中也包含着一种无奈。

所谓固态电池,就是将液态电池的电解液全部换成固态物质,因此,其比半固态电池具有更高的安全系数和更高的能量密度,具有不易燃烧、不易爆炸、无电解液泄露危险、不会发生电解液干涸问题、高温性能更好、无胀气等优点。但是,其缺陷也比较明显。

首先是成本问题。浙江锋锂新能源总经理许晓雄曾表示:摆在车企、电池厂商面前最大的问题也许还是固态电池的成本,这点主要是因为固态电池目前并没有完善的产业链来作为支撑,同时原材料成本昂贵,对生产工艺和生产设备也有着更高的要求。

其次是商业化问题,一些专业人士预判,全固态电池可能要10年后才具备完全商业化条件,甚至更远。

如全球知名电池独角兽企业SES最开始研发的就是全固态电池,但最终还是放弃了这条路线。SES创始人胡启朝表示,放弃全固态锂金属电池,是因为其主要性能指标很难与现有成熟的液态锂离子电池相媲美,且量产难度非常大。

在此背景下,半固态电池因可以兼容现有液态电池的工艺设备和材料,能够以比较低的成本量产,进而成为了现阶段电池厂商追求的方向。但这并不是说半固态电池已经“稳坐江山”,而全固态电池实现产业化遥遥无期。

今年3月,欧阳明高院士对国内固态电池技术给出了非常明确的发展节点:以产业化为衡量标准的话,2025年能量密度达到350Wh/kg,固液混合电解质的半固态电池出现;2030年能量密度达到400Wh/kg,液态电解质更少的准固态电池量产,真正的全固态产品预计不超过1%;2035年能量密度目标是500Wh/kg,全固态电池实现产业化。

最佳替代方案

即便欧阳明高院士推测准确,全固态电池能够如期实现产业化,但那也是十余年后的事了,当下市场对于电池的续航和安全焦虑已经等不了那么远,因此目前半固态电池已毫无疑问地成为了替代液态电池的最佳选择。

电池的能量密度与续航能力成正比。所谓能量密度,是指在一定的空间或质量物质中储存能量的大小,而电池的能量密度就是电池平均单位体积或质量所释放出的电能。

就目前而言,虽然许多液态电池都宣称已经突破300Wh/kg,但业内人士均表示,其发展已经到了瓶颈期,很难再有新的突破。

但半固态电池能做到更高的能量密度,从理论上说,半固态电池的能量密度可以做到400Wh/kg,甚至有望达到500Wh/kg。而且在提升能量密度的同时,半固态电池也将安全性提升到了一个新高度。

一般来说,液态电池发生安全问题表现为燃烧或爆炸,发生这些问题的根源在于电池内部的热失控。

液态电池主要由正极、负极、电解液、隔膜以及外部连接、包装部件构成。液态电池在充放电过程中会发热,如果产生的热量超过了电池热量的耗散能力,电池就会过热,就有可能引发隔膜和电解液热失控,最终引发燃烧。

而半固态电池则是使用固体电解质来替代部分电解液,半固态的电解液不易蒸发和膨胀,能在一定程度上抑制起火和漏液。相对于液态电池而言,半固态电池有着较高的安全性系数。

基于在续航和安全性方面的优异表现,业内均认为,半固态电池是下一代的电池技术体系,是目前主流液态电池的良好迭代。

可以预测,在未来几年,半固态电池凭借自身的优势,可能成为电池技术的重要路线之一,成为缓解人们“续航焦虑”和“安全焦虑”的重要实现手段。

但是,半固态电池也非十全十美,从能量密度与安全性上来说,与全固态电池相比还是逊色不少。因此可以说,当前半固态电池的发展,基本都是在为全固态电池的产业化打基础,未来,随着全固态电池产业化的推进,电池产业才将迎来真正的洗牌时刻,期间谁率先实现全固态电池的产业化,谁便具备了稳坐第一梯队的资格。

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