今天小编分享的汽车经验：日企想靠固态电池弯路超车？先量产再说，欢迎阅读。
俗话说，鱼和熊掌不可兼得，这句话放在汽车动力电池身上也很形象。
锂离子电池身上的一个矛盾，就是高安全性和高能量密度的冲突，能量密度越高，材料体系越活跃稳定性就越差。
一个不太恰当的例子就像是烧壶开水，水倒的越满烧开后越容易溢出来，想要水不撒，只能壶内少装水多留冗余。
但固态电池可以很好的解决这个矛盾。
鱼和熊掌，真的可以都要？
传统锂离子电池不管是三元锂还是磷酸铁锂配方，材料都是由正极、负极、电解液、隔膜等组成，通过锂离子在正负极之间的来回移动即实现电池的充放电，其中隔膜是将正负极活性物质分隔开，防止两极接触产生短路。
但不管是电解液还是隔膜，在传统锂电池中本就都属于相对不稳定因素，电解液是有机液体，易燃抗氧化性较差，隔膜则容易被锂枝晶刺穿。
而固态电池中的固态电解质化学特性却比较稳定，不像液态锂电池中有机电解液较难兼容的金属锂等高比能量电极材料。
稳定的固态电解质可以通过适配高能正极与锂金属负极来增加电池能量密度，比如无需担心镍含量越高对电解质的分解催化带来的安全挑战，这就带来固态电池安全性的提高。
此外，针对液态锂电池锂枝晶直接刺穿隔膜造成电池内部短路这些问题，也就是常见的针刺试验模拟的场景。
首先固态电解质本身就起到隔膜作用没有刺穿风险，也就不会短路，再加上本身固态电池电解质可燃性也低，以及由于是固态电解质不存在液态电解质泄露等风险，所在在电芯封装上可以简化，既降低成本，也提升整体电池包的能量密度。
目前主流的磷酸铁锂电池单体能量密度在 200Wh/kg 以下，三元锂电池的单体能量密度在 200-300Wh/kg 之间，很难再往上突破，但半固态电池已经可以做到 350+Wh/kg，而全固态电池能量密度还会更高，目标是要到 500Wh/kg。
全固态太难，半固态落地已在眼前
只是在当下技术条件下，全固态电池的量产尚需时日，在此之前先一步得到应用的还是半固态电池。
比如，不久前蔚来李斌开着搭载半固态电池的 ET7 测试车，完成了纯电续航超过 1000 公里的 " 壮举 "，证明了技术的力量，其固态电池能量密度就达 360Wh/kg。
当然，这款半固态电池成本虽然 " 差不多一辆 ET5 的价格 "，但是好处是即将量产，2024 年 4 月就会正式落地。
蔚来的 150 度电半固态电池来自卫蓝新能源，除了蔚来，明年在上汽智己也会有搭载半固态电池的车型推出，其半固态电池来自清陶能源，且成本与液态锂电池相当，单体能量密度达 368 Wh/kg。
早蔚来、智己一步，在岚图追光上其由孚能科技生产的半固态电池已经正式装车量产，而目前国内市场，包括东风、蔚来、赛力斯、高合、上汽、哪吒等多家车企都官宣了自己的半固态电池量产计划。
在供应链方面包括宁德时代、中创新航、蜂巢能源、辉能科技、赣锋锂业、亿纬锂能、国轩高科等十几家动力电池企业也都已在布局半固态电池，
可以说如今不管是车企自研还是通过产业链合作，半固态电池的落地已经是呼之欲出，就在眼前。
那么半固态和全固态的区别又是什么？
电池通过离子在正负电极之间流动进行充电和放电。目前锂电池作为离子通道的电解质是液体。而全固态电池是以固体作为离子通道。在固态电池里，离子移动速度会更快。
但我们知道液体对于物体的包裹又好于固体，全固态电池的挑战就在于电解质全部替换成固态之后，原本液态电解质可以把很好地电极包裹住，但固态电解质和电极之间却不容易保持长期稳定接触。
这反而又导致了离子电导率比液态电解液低 1-2 个数量级，导致固态电解质与电极界面阻抗过高电池内阻明显。
此外固态电池的电极在充放电时会膨胀收缩，在正极、负极和固态电解质之间极易产生裂缝也会增加上述问题，这都是全固态电池目前无法解决的。
而此前我们曾参观上汽清陶实验室，采访环境面对固态电池界面阻抗问题，清陶能源总经理李峥对 AutoLab 表示：固态电池所有的固态材料挤在一起是硬碰硬状态，界面接触不充分，离子从一个颗粒传导到另一个颗粒的阻抗一定比液态电池大。所以这个阶段我们对其增加了一部分浸润液体，才有半固态电池的概念。
所以目前固态电池中是即有固态电解质，也依然会有部分电解液和隔膜结构，这就是 " 半固态电池 "。
以清陶能源的第一代量产的固态电池，其中液态电解液占比就依然达到 5%-15% 之间，而根据清陶能源的规划，明年量产的第二代固态电池，液态电解液占比就将小于 5%。
可以说半固态电池是发展全固态电池的一个必然阶段，但另一方面半固态电池的出现也是一定技术条件下相对妥协的结果。
如果能够解决了固态电池的耐久性，电池界面阻抗等问题，固态电池想要普及，必须先在材料上有突破，然后再谈生产工艺，最后通过大批量生产降低成本等问题。
何时能够落地？
而全固态电池领網域，我们也可以先看看国外厂商的发展。
今年 10 月，丰田宣布他们的全固态电池已经接近量产。这个新闻在国内倍受关注，日本车厂要在电动车领網域实现弯道超车了？
丰田发布的全固态电池
事实上这是出光兴产和丰田汽车，两家公司共同发布的技术。目前的实用化目标是：丰田计划于 2027 至 2028 年推出装备固态电池的纯电动车。
丰田大家已经熟悉了，那么出光兴产是什么公司？
如果这里有日系车的车主，经常在外面做保养，应该会知道出光机油。没错，现在日系几大品牌原厂机油都是由出光提供的。
故事是这样的，上世纪 70 年代石油危机，日本出光从那时起便着手研究替代能源和材料。
硫化物固态电解质
全固态电池材料中最重要的材料是一种 " 硫化物系 "，这种硫成分是在石油制造过程中得到的副产品。这就是在 90 年代中期被发现并开始了相关研究。
目前这项固态电池技术当中，材料成分的专利为丰田所有。出光的强项在于极强的技术力，其制造的材料，具有耐水性强、离子传导性好、柔软性好。
目前两家公司在全固态电池和其材料硫化物固态电解质方面的专利数量都很高。
前面我们提到固态电池缺点是耐用性差，因为正极、负极和固态电解质之间极易产生裂缝，导致电池性能劣化。
而经过 10 年的反复试验和经历失败，丰田和出光两家公司的技术相融合，最终他们研发出柔软、密合性高、不易破裂的固态电解质材料。
新材料，再结合丰田研发的正极、负极材料以及培养的电池化技术，最终有了今天这种兼顾性能和耐久性固态电池。
所以整个流程就是：由两家公司的材料研发技术、出光的材料制造技术、丰田的电池量产技术将结合起来。
不过丰田这款全固态电池也不会马上量产，因为按计划丰田要在 2027 至 2028 年才会量产装车。
插一句，丰田关于固态电池的发展其实与国内清陶能源的规划时间也是一样的，清陶能源的最终目标也是在 2027 年实现全固态，届时能量密度高于 500Wh/kg，且相对目前液态电池成本下降 40%。
清淘能源固态电池规划节点
可以说站在现在的时间点来看，全固态电池的规模化上车其实离我们也并不遥远了，尤其是国内在半固态电池的应用上也更快一步。
而丰田在具体生产进度方面，固体电解质的试验工厂将于 2027 年开始运转，这时候还在为大批量生产作实证试验，丰田和出光计划年产能为数百万吨。
只有到了 2030 年，这种材料年产数量将达千吨级别，这时候可能满足年产数万辆纯电动车的装车要求。
不止是丰田，国外固态电池技术方面，本田和日产两家日系车企也有技术储备。
本田原来的计划是在 2024 年春季启动投资约 430 亿日元（21.7 亿人民币）的全固态电池建设示范生产线，加快固态电池的研发进度，并在 2020 年代后半期推出的车型上装车。
而在去年 4 月的发布会上，本田承诺推出两款运动型电动汽车，包括一款 NSX 继承者。
这辆 " 旗舰 " 车型有着 NSX 的造型：拥有中置引擎的超级跑车比例，低矮的车身，更短的车头设计。而另一辆 " 特别版 " 拥有较长的车头和稍高的车身。而作为旗舰的 NSX，如果研发进度没问题，用上固态电池是很正常的事情。
其实早在 2022 年 CES 期间，本田就宣布与电池公司 SES 研发固态电池。
按之前本田计划，2022 年起的未来 10 年本田将投入约 8 万亿日元（约合 4058 亿元人民币）研发经费，其中在电动化和軟體领網域共计投入约 5 万亿日元（约合 2536 亿元人民币）。
计划到 2030 年，本田将在全球市场推出 30 款纯电动汽车，计划年产量超过 200 万辆。而这期中有多少会采用固态电池，值得关注。
另一方面，在 2023 年日本移动展上，日产发布了它的压轴之作——日产 Hyper Force 概念车，这是一辆电动 GT-R 概念车。
与战神 GT-R 一样，日产 Hyper Force 概念车同样是由 NISMO 赛车团队一起开发的，它有强大的空气动力学部件，能产生强大的下压力。
日产 Hyper Force 概念车就采用了全固态电池，轻量化的电池更有利于车身的质量平衡。所以 Hyper Force 是以打造绝佳的车身平衡，以及强悍的动力输出为目标。
再换一个领網域，其实固态化已经是电池的一个趋势，例如储能电池方面，领先企业开始研发固态钠金属氯化物电池。
汽车行业熟悉的，帮助无数车企业建车身和动力电池生产线的柯马，也在研发下一代动力电池制造技术。
柯马最新的动作是宣布与 LiNa 合作，为固态钠金属氯化物电池设计了一种创新、可扩展的制造解决方案。LiNa 是低成本固态钠电池技术领军企业，柯马能帮助这种电池生产实现自动化。
固态电池生产过程明显与现在不同，例如柯马的工程师为固态电池的特定组件设计了外壳和装卸设备。同时应用到了柯马的洁净室级别高速 Racer-5 关节型机器人。
钠基电池包括国内宁德时代也在研发，它的成本更低更安全。但钠电池的目标不是动力电池，而是储能电池，例如用在光伏电站和别墅光储一体系统中。
可以看到在各个领網域，固态电池相比现在的液态电池，它的进步是革命性的。变化之大就像当年从碱性电池到镍氢，从镍氢到锂电池一样大。
写到最后
回到纯电动汽车领網域言，仅高安全性、高能量密度优势的固态电池上车，好处也是鲜明的。
比如在增加续航方面，做到同样的续航目标时，使用固态电池包可以减重几十公斤，重量少了，百公里电耗也会降低。
反过来相同的重量，也可以做到更长的续航，比如目前蔚来使用 150 度半固态电池对比 100 度传统锂电池包。
虽然电量增加了 50 度，但 150 度半固态电池包的重量和体积几乎没变，重量也仅比蔚来 100 度电池多了 20 公斤。
且未来若是固态电池即便保持相同成本，在在电芯相同单价的情况下，装更少的电池实现相同的续航，车价也会降低，对于消费者而言好处也更是摆在眼前的。
届时到了固态电池时代，当纯电动车动力电池高能量密度和高安全性不可兼得的软肋被解决之后，纯电动车也必将形成比传统燃油车更大的优势。
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END
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