固态电池的竞争表面上是材料、能量密度以及充电速度之间的较量,在产业化阶段之后还会有生产成本、设备能力、使用安全等其他的较量。
在此背景下,由中国主导提出的电动汽车驱动用固态电池应用指南、测试项目和条件已经进入国际电工委员会相关技术委员会的立项程序。它并不表示固态电池已经完成了商业化,但是说明竞争重点开始发生变化,“谁先做出样品”,逐渐转向“样品是否可以按照统一规则被验证”。
从实质意义上来说,只有当固态电池真正实现从实验室到工厂的跨越之后,才算是完成了它的工业化过程。
因此本文在结构上就分为三个部分进行阐述。第一部分介绍的是关于中国新能源汽车市场的发展现状和特点;第二部分主要研究中国新能源汽车产业发展的前景以及其面临的挑战;第三部分内容主要是对中国新能源汽车产业未来发展的建议。
过去几年里,丰田、三星、LG等企业不断公布固态电池研发计划。丰田曾提出在2020年东京奥运会期间展示相关车型,并且后来多次调整了量产时间表,现在对外公布的节点主要集中在2027到 2028 年之间。三星和LG也将大规模量产安排在 2019 年之后。
这些计划虽然有技术基础,但是从样品到量产车之间存在着一系列复杂的工业问题。以硫化物固态电解质为例,它离子电导率高,在充放电性能上具有优势。但是这类材料对水分和空气比较敏感,在生产过程中需要更严格的环境控制。厂房、设备、材料处理和良品率都会直接引起制造成本的上升。
这也是为什么固态电池迟迟没有全面取代液态锂电池的一个原因。
实验室里做出一个性能出色的电芯,不能保证可以稳定地生产出几十个甚至上百个电芯。“而且”后面跟着的是“这些电芯装车后”,而前面的部分却是关于“经受高低温、碰撞、长期循环和不同工况的考验”。中国电池产业走出的道路各不相同。
与其等待全固态电池一步到位,很多企业先从半固态、凝聚态等过渡路线入手,使固态电解质逐步走入实际产品。蔚来搭载卫蓝新能源150千瓦时半固态电池包的车型,在低温环境下可以完成超过1000公里的续航测试;宁德时代公布的凝聚态电池,单体能量密度达到500瓦时/千克,并将应用探索延伸至电动航空等领域。
这些产品距离真正的全固态电池还存在着差异,但是它给人们提供了一种现实的道路,即把新的材料装入到车辆以及设备当中去之后,在实际的使用过程中不断地产生数据从而反向促进工艺的改进和成本降低。
产业规模也会起作用。中国有比较完整的正负极材料、电解液、隔膜、设备和电池制造体系,新能源汽车市场规模又很大。技术路线只要能够满足部分性能要求,就有机会在实际应用中获得验证,而不是长期停留在展示样品阶段。
因此固态电池国际标准的推进,并不是简单地给某一种技术贴上“合格”标签,更重要的是建立一把可以比较不同的方案的尺子。
固态电池究竟应该测什么?针刺后是否起火?单个电芯发生热失控时,是否会波及到相邻的电芯呢?经过高温、低温以及反复充放电之后,其容量和内阻又会发生怎样的变化呢?电解质与正极材料之间的界面可以长期保持稳定吗?
标准化之后,企业就不能只展示最理想状态下的实验室数据了,而要接受相对一致的测试要求。从消费者角度看来说,可以缩小概念宣传和实际性能之间的差距;对企业来说,则意味着研发重点必须由“做出一个高指标样品”转为“把产品稳定做出来,并且经得起验证”。
立项并不等于标准已经完成、也不等于中国已经取得了全固态电池量产上的胜利。
国际标准的制定一般需要经历技术讨论、文本完善、成员协商和后续程序,产业化还会有成本、产能、寿命和安全等各方面的问题。但是规则制定权一般是由长期工程所形成的。只有在材料,设备,制造以及应用端都具有足够的经验之后,才可以将生产中出现的问题转化为可以执行的测试项目。
固态电池最终的竞争者不是发布会上的能量密度数字决定的。
谁能够把电芯做得稳定、把成本降低下来、把安全边界讲清楚,并且用一套可以重复的标准去检验它,就才是真正的产业优势。从这个意义上讲,中国推动固态电池测试规则走向国际并不是提前宣布量产结果的举动,而是试图在技术竞争尚未完全定型之前参与定义什么是可靠的“产品”。