前言
固态电池,被誉为电动车“终极技术”,承诺彻底告别续航焦虑与安全隐患。
然而,十余年重金投入,中日韩三大电池巨头,竟无一能将其真正量产,集体“全军覆没”。
那么“固态电池”的制作究竟有何难度?中国如今又进展如何?
重大的难度
在十五年前,就已经有人提出了固态电池的想法,说它能让电动车彻底告别起火的噩梦,轻松跑上一千公里,彻底终结里程焦虑。
然而,现实却像一盆冷水。
放眼望去,无论是技术狂人日本,还是产业链巨头韩国,亦或是市场霸主中国,在这个赛道上,竟然是“全军覆没”,没一家能把真正意义上的全固态电池装进量产车里。
因为固态电池在理论上同物理、化学和经济上有太多的牵扯。
先说固态电池在物理方面的概念,就是把传统电池里那些易燃的液体换成一块坚固的固体。听起来,既安全又可靠。可问题恰恰就出在这个“固”字上。
两个固体想要紧密贴合,在微观世界里几乎是不可能的任务。
液体可以像水渗入海绵一样,实现无死角的浸润,但两个固体表面再怎么打磨,放大到微观层面,都像是两座崎岖的山脉在硬碰硬,能完全接触相融是几乎不能做到。
离子们想要穿过这道鸿沟,就像千军万马过独木桥,阻力大到惊人,这就是所谓的“界面阻抗”。结果就是,电池性能一落千丈。
更要命的是,电池不是一个静态的东西。它在充放电时,电极会像人的肺一样,不停地发生膨胀和收缩。
这种反复的形变,会在固态界面间产生超过200兆帕的应力,这足以撕裂本就脆弱不堪的接触点。
一旦接触被破坏,麻烦就接踵而至。不稳定的界面会诱发一种致命的晶体生长,那就是锂枝晶。
这些针状的结晶体会像毒刺一样,疯狂地穿透固态电解质的重心,直接引发电池内部短路,让一切努力归零。
所以,看似简单的固换液,其实也是一场艰苦的战斗。
化学家的三难抉择
就算我们能奇迹般地抹平物理世界的鸿沟,化学家们又会递上一张更令人头疼的选择题。
寻找理想的固态电解质材料,本身就是一个困境,目前主流的探索方向有三条:聚合物、氧化物和硫化物。
聚合物的优点是加工工艺成熟,质地柔韧。可它的缺点也同样致命,它的离子导电率低得像一只蜗牛在散步,根本无法满足汽车的动力需求。
而且,它还很怕冷,常常需要在60摄氏度这样的高温环境里才能打起精神工作。
而氧化物就像一块陶瓷片,它很稳定,成本也相对可控,但毛病和聚合物一样,离子跑得太慢。
而且它本身非常脆,你很难想象能把一块陶瓷一样的东西,安全又高效地加工成大尺寸的动力电芯。
硫化物它的离子导电率高到爆炸,甚至能超过现在的液态电解液。性能上,它几乎是完美的。
但它的化学性质极不稳定,一遇到空气或者水汽,就会立刻发生反应,生成剧毒的硫化氢气体,就像是臭鸡蛋的那个味儿。
一个会自己产生毒气的电池,谁敢放在车里?
就算解决了这一麻烦,制造硫化物电池也必须要在比医院手术室还要洁净、干燥无数倍的环境里进行,一条产线的投资成本,是现有产线的几十倍。
更别提它还依赖锗、镧这些稀有贵金属,光是材料成本就可能是传统电池的四倍。
化学家们的处境,就是这么尴尬。
摆在面前的,是一个跑不快的“蜗牛”,一个一碰就碎的“脆片”,还有一个性能超神却又贵又毒的“毒药”。
任何一条路走到黑,似乎都看不到光。
不同的路径
面对物理和化学设下的双重僵局,全球都没有放弃,而是更加卖力,就像是在进行技术之争。
以丰田为代表的日本,选择了“完美主义”的豪赌。他们几乎把所有筹码都押在了理论上限最高,但也最难啃的硫化物路线上。
他们的算盘是,只要能一举攻克,就能靠一次颠覆性的技术革命,赢下整个牌局。
但这无疑是一场高风险的赌博,长达十五年的巨额投入,一旦硫化物在成本或安全性的最后一公里上无法突破,这些钱很可能就付诸东流了。
而中国没有把鸡蛋放在一个篮子里,聚合物、氧化物、硫化物三条路都在布局,以此分散风险。
在产业化层面,中国从半固态电池产品切入过渡,所谓的半固态,就是不追求极致的全固态,而是保留少量的液体或凝胶。
这种“不完美”的方案,却巧妙地绕开了最棘手的物理难题,大大降低了技术难度。
更关键的是,它能和现有的锂电池生产线高度兼容。
这意味着,车企不需要砸下天文数字的资金去建新产线,就能快速把产品推向市场。蔚来的150度电池包,就是这个战略下的产物。
量产半固态电池,不仅能在真实的市场应用中,不断迭代技术、积累数据、降低成本,更重要的是,它激活了从上游材料到下游整车的整条庞大产业链。
这给商业化带来的利润,可以源源不断地为最终攻克全固态技术的长期研发,提供资金支持。
与此同时,快充技术、换电模式的成熟,也在很大程度上缓解了用户的续航焦虑。
让全固态电池从一个“非有不可”的救命稻草,变成了一个“锦上添花”的升级选项,为这场持久战赢得了宝贵的战略纵深和时间。
韩国虽然选择了氧化物和硫化物两条路,但并未投入过多的资金和技术,距离成果更加遥遥无期。
结语
全固态电池的难度,注定了它的商业化量产之路必然是漫长而曲折的。
最初设想的今年实现量产的目标,如今看来已经是一个笑话,普遍的预期已经推迟到了2028-2030年,甚至更晚。
就连中国科学院院士欧阳明高也预测,能量密度达到400Wh/kg的全固态电池,可能要到2027-2028年才能看到产业化的曙光。
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