全固态电池砸钱百亿,中日韩为何卡壳?

全固态电池砸钱百亿,中日韩为何卡壳?-有驾

福冈县苅田町有一块28万平米的土地。丰田原本打算在上面建立第一座固态电池生产线,但是到了2025年的一年内里,这个项目就推迟了两次。社长佐藤恒治还专门表态:这块地的重要性不会有任何改变。

地还在,电池没来。丰田从2006年开始研发固态电池,拥有1000多项专利,在量产时间表上一推再推,最新落到了2028年。

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除了丰田之外。到二零二六年为止,中日韩三国全部毁灭,全世界再也没有哪个企业能够实现全固态电池的大规模量产了。花费数十年的时间来布局,但是它到底卡在哪里呢?

从2006年押到2028年的三年期间,三国仍然站在门口

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再说说为什么每个人都想要它。今天电动车里用的锂电池,正负极之间灌的是液态电解液,主要成分是易燃的有机溶剂。电池一旦热失控,烧起来的就是它。

全固态电池把电解液和隔膜换成了一个固体。该固体并不会燃烧,安全性从根源上得到了提高;它可以配以锂金属负极,同样大小的电池包可以多装不少电。车主的话就是不怕自燃、跑得更远。

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日本下注最早,而且下得非常重。丰田公司从2006年开始研发固态电池项目,并且得到了日本经济产业省绿色创新基金的支持,该基金后来把对固态电池项目的资助额度上调至1518亿日元。

车企和政府部门一起推动,时间表还是一个轮一代往后挪。2026年二月的时候丰田把原先计划的在2026年的量产目标推迟到了2028年,并且理由很简单——电动车的需求没有达到预期水准,在从实验室到大规模生产的转变过程中还存在着一座巨大的工程化的鸿沟。

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韩国口号喊得最响的是2030年前把固态电池商业化。

计划非常激进,但是到了企业身上却磕磕绊绊。据报导,现代汽车因为电极涂布均匀性难题,量产时间推迟到2030年。

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电极涂布的均匀性,听上去好像只是工艺中一个小小的环节一样,但是足以把一家车企的时间表拖后好几年。

中国走的是更加务实的道路,在2024年5月的时候有报道指出,中国政府将会投入大约60亿人民币来支持全固态电池的研发工作,宁德时代、比亚迪等企业可能会因此而获得支持,但是具体的金额还没有最后确定。

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另外,以氧化物为主导的半固态电池已经大批量装车,并且蔚来ET7、智己L6上面都可以看到。所谓半固态就是指在固体电解质中保留5%-15%的液态电解液,相当于给固体之间抹上了一层润滑剂。

它已经规模装车,在实际应用中积累了大量的数据,但是这只是过渡款,并不算是全固态量产。三国路线不同,但全固态尚未实现规模化量产。为什么偏偏卡在门口?得从电池最底层的那件事说起。

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锂离子进入固体之后,跑不掉了也粘不住

电池的充电和放电过程很简要地说就是锂离子在正负极之间来回运动。电池中的液态电解液就像游泳池里的水一样,可以在四面八方都有通路的地方自由游动。

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换成固体,就相当于从泳池跳到沙坑里一样,在密实的晶体格子里一点点往前挤。衡量跑得快不快的指标叫离子电导率,这是全固态的第一道坎。

三条主要路线在这道坎上差别很大。硫化物最快,室温下就可以达到10⁻² S/cm左右的水平,跟液体电解液的水平是一样的。

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氧化物浓度在10⁻⁶~10⁻³之间,好的勉强可用,差的比液体慢上万倍。聚合物最慢,必须加热才能正常使用。

跑得慢的结果很直观:离子运动不起来,内阻就变大了,在充电时就会发热,在放电的时候也受到了限制。

世界上真的有这样的人,他们硬着头皮用过。2011年的时候,法国Bolloré集团把聚合物全固态电池装到了巴黎的Autolib共享电动车上,并且该电池需要持续加热到60℃以上才能正常运转,续航里程可以达到250公里左右。

车还没有发动,就要给电池预热起来,好像背着一个保温箱一样跟着车子走动。用的是自己身上的电。说明了全固态可以把路上了,也体现了这条路付出的成本之大。

第二个台阶在界面上,液态电解液会流动、能渗进电极的每一道细缝。氧化物电解质本质上是陶瓷,硬而脆,在和电极贴在一起的时候,微观上总是留着缝隙,界面阻抗居高不下,电池用着用着容量就往下掉。

两道坎放在一起,要离子跑得快又不用液体帮忙的话,就只能选硫化物。丰田押的是它,韩国电池企业主攻它,宁德时代全固态中试线走的也是它。偏偏这条跑得最快的路,最难造。

实验室里可以制造出来,但是生产线却不能计算出账来

硫化物电解质具有一个致命的特点:怕水。空气当中哪怕有一丝一缕的水分,它就会发生水解反应,并且会释放出剧毒的硫化氢气体。

因此整条生产线都要做到绝对干燥,车间里充满惰性气体,储存和运输也一样讲究。实验室里面做了几克几克地做试验,戴着手套箱就可以伺候;放大到一颗颗电芯的制造上,则是难度成倍翻升的过程。

到2025年5月的时候,宁德时代在合肥建设了硫化物全固态电池中试线,并且良率达到大约65%,换算一下就是每生产一百个电芯就有三十五个不合格。良率卡在这个地方就使得产线越大而报废也就越多,规模反而扩大亏损。

原料上的一笔大账也是不小的数目。以锂磷硫氯体系为例,其中的硫化锂在电解质成本中所占的比例为82%。它2026年9月的价格大约是130万元一吨,比液态电解液的核心原料六氟磷酸锂(约11万元一吨)贵十倍以上。

原料价格高,最后都摊到了电芯上。目前全固态电芯大约在1.6~2.2元/瓦时之间,磷酸铁锂电芯已经降到0.39~0.5元/瓦时左右。装一样电量需要多花三到五倍的钱,哪个车企敢用进去走量车型?

因此真正懂行的人反倒最能保持镇定,比如在2023年宁德时代的首席科学家吴凯的发言中就提到,“目前宣布未来两年内全部使用全固态电池就会上车了。”基本上都是忽悠。

账难算,也有人一笔笔往下计算。国轩高科就给出过降本的测算思路:硫化锂和固态电解质的价格都得大幅下探,全固态电芯的成本才可能逼近主流水平。离这个目标,价格还差着相当长的一段距离。

目前中国进度最快,宁德时代计划在2027年小批量生产全固态电池;据公开报道显示,长安、广汽、奇瑞等车企也已经制定了从2026年开始到2027年前后装车的计划。这些都是计划中的内容,原料正在扩产中,中试线也在不断爬良率,并且工程化进展顺利。

回到刚开始的问题:布局了十几年,为什么还不能实现量产?锂离子在固体中跑不快、固体和电极粘合不上、跑得最快的硫化物要在无水无氧的车间里伺候、核心原料一吨以上就要上百万元。几道坎摞在一起,只能靠时间与工程一点点磨平。

中日韩全军覆没,在量产之门之前被全部毁灭,没有一家能后退。福冈那28万平方米的土地仍然存在,并且在合肥有一条中试生产线仍在一颗一颗地筛选电芯。谁能先跨过这道道坎,下一代动力电池话语权就是谁手里的。

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欧阳明高:早期固态电池并不是“六边形战士”上车不能操之过急。财新网

加快固态电池产业化。新华社(新华网)

知情人士表示,中国可能花费大约60亿人民币来鼓励全固态电池的研究开发。

韩国计划于2030年前后投入约2万亿韩元进行固态电池的研发工作。

到2027年全固态电池装车倒计时,硫化锂价格依然处于最后一公里。钛媒体

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