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首发2024-07-03 16:12·铀235放映厅
想起尼采在《善恶的彼岸》中所说：“当你凝视深渊时，深渊也在凝视你。”轻松实现1000公里续航的固态电池，注定不属于所有人原创2024-01-11 19:01·电车通阵阵寒风袭来，看着上千公里的回家之路，纯电动汽车车主脸色阴沉。明明标称续航600公里的车，才开了200多公里，电量已不足20%，进入服务区后，连个停车位都找不到，更别提充电桩了……每年冬季，续航焦虑就会萦绕在纯电动汽车车主心头，只有更大容量的电池商用，将纯电动汽车续航提升至上千公里，哪怕冬季缩水后也有五六百公里，恐怕才能彻底解决用户的续航焦虑。日前，哈佛大学约翰?A?保尔森工程与应用科学学院 (SEAS) 研究人员公布另一种新型锂金属固态电池，或许可以解决纯电动汽车的续航难题。固态电池，解决续航焦虑的希望续航焦虑之所以存在，是因为当前电动汽车所搭载的锂电池能量密度太低，国内汽车较为普及的三元锂电池或磷酸铁锂电池，能量密度通常不超过250Wh/kg。普通B级轿车、SUV百公里能耗一般在15kWh左右，若想实现续航1000公里，则需要大约150KWh电池，重量大约600kg。但与此同时，大电池需要占用太多空间，同时自身的重量也会影响到续航。因此，对于高能量密度电池的研发从未停止，而目前看来最有可能实现的方案就是固态电池。与传统电池相比，固态电池核心区别在于以固态电解质取代电解液，用锂金属阳极取代石墨阳极。特斯拉21700锂电池能量密度不过300Wh/kg，已经达到了锂电池的天花板，很难突破这一瓶颈，但300Wh/kg只是固态电池的起步级别，稍强一些的固态电池，能量密度就能达到500Wh/kg。SEAS材料科学副教授Xin Li表示，锂金属阳极电池的容量密度，可以达到商用石墨阳极电池的十倍，大幅提升电动汽车的续航里程。同时，该团队开发的新型固态电池还支持超级快充，大约10分钟即可充满电，充电速度堪比5C麒麟电池，充放电6000次后健康度依然在80%以上。1000公里长续航的固态电池包，重量可能在300kg以内，并且占用的空间更少，有利于车企充分利用车内空间。当前不少汽车采用天幕设计，其中就有电池的原因，大量电池堆挤在汽车底部，车顶采用传统设计，有可能导致车内空间不足，或车身整体偏高拉低颜值。固态电池的高能量密度则可以充分解放车企设计能力，令电动汽车动力、颜值、实用性、舒适性各方面均拥有更广阔的提升空间。国内外对于固态电池的研究已有多年，前段时间丰田汽车也公布了新一代固态电池，号称能量密度可达传统三元锂电池的七倍，充电十分钟续航1000公里。似乎，固态电池上商用节点已至，续航上千公里的纯电动汽车距离我们不远了。但事情真的是这样吗？商用近在咫尺，却无法惠及大众固态电池距离我们远吗？不远了！当然，也要分车企，丰田固态电池预计2027年-2028年商用，其他海外车企的固态电池，大多也计划2028年前后商用。一向积极的国内新能源车企却不打算等待海外车企，上汽计划2024年实现固态电池商用，首发该电池的品牌为智己汽车。长安汽车则计划2025年实现固态电池落地商用，广汽、奇瑞、蔚来等车企也在加速推动固态电池技术发展，2025年或许可以被称为「中国固态电池元年」。需要注意的是，初期固态电池技术不够成熟，能量密度可能只有300Wh/kg~500Wh/kg，能够达到三元锂电池的两倍。后期随着技术进步，更高能量密度的固态电池才会逐步商用。然而，无论固态电池能量密度、安全性表现多么优秀，都与绝大多数国内消费者无关，我们买不起搭载固态电池的汽车。阻挠固态电池商用普及最大的问题不在于技术难度，而是该产物超高的成本。蔚来汽车的150kWh半固态电池，成本大约22万元-25万元，全固态电池成本更高，一块电池能买一辆理想L7 Air。尽管通过批量生产平摊成本，可以一定程度降低生产成本，但材料成本无法克服，固态电池注定只能用于50万元（包含固态电池包）以上的高端产物。好消息是，2023年中国科学技术大学开发出了新型固态电解质——氧氯化锆锂，其电解质成本大约为主流硫化物和稀土基、铟基氯化物的4%，并且充放电次数可达2000次（电池健康度不低于80%）。电池从实验室走上生产线，往往需要数年时间研发和验证，氧氯化锆锂电解质能否商用，还需要时间检验。另外，近几年随着锂元素开采与冶炼技术的升级，锂资源价格持续走低，但可开采锂矿资源终究有限，未来电动汽车份额持续提升，锂矿涨价不可避免。这些固态电池也属于锂电池，成本难免随着锂矿涨价而上涨。因此，除了固态锂电池，车企与动力电池公司还需要考虑，是否要加入固态钠电池技术的研发。固态钠电池，更适合未来的选择？2023年是中国钠离子电池元年，搭载钠离子电池的汽车已陆续下线。相较于锂元素，钠元素在地球上的储量更加丰富，成本相对低廉。目前钠离子电池的主要问题在于能量密度太低。早在2020年中科院大连化学物理研究所就公布了一款固态钠电池，具有高能量密度、长寿命、低成本等优势。该电池循环放电535次后，能量密度依然保持在355Wh/kg。尽管低于其他研究机构开发的固态锂电池，但已经高于普通的三元锂电池。中国科学院物理研究所（北京凝聚态物理国家研究中心）与中国科学院青岛能源所也先后提出了一些固态钠电池解决方案，广州昊威新能源科技有限公司于2023年宣布，将在重庆投资100亿元，建立固态钠电池生产线。高工产研GGII咨询公司预测，现阶段，（半）固态钠离子电池仍处于开发初期，随着专利技术储备增加与突破，（半）固态钠离子电池有望在2026-2027年实现规模量产。显然，短时间固态钠电池能量密度无法追上固态锂电池，但较低的成本却可以辐射中低端车型。未来中低端车辆借助高能量密度的固态钠电池实现上千公里长续航，高端车型则凭借固态锂电池实现更长的续航，或许是车企与消费者都愿意见到的最好局面。