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这几天两起悲剧又把电池推到了风口浪尖。一起在高速公路上,一辆电动汽车撞洒水车燃爆,3人包括丈夫、弟弟和两岁幼儿不幸遇难,一个家庭就这样没了。一起在成都街头,一辆电动汽车熊熊燃烧,然后就没有然后了。感觉很痛心,命若蝼蚁啊,说没就没了,这是不是属于液态电池的“不可抗力”呢?如果固态电池早点出来,这些悲剧是不是就可以避免了呢?

然后看到两个新闻,一个是宁德时代发布充电10分钟,续航600公里的快充电池升级版,真正实现“1秒1公里”,但这款电池仍然是液态的磷酸铁锂电池。另一个也是宁德时代,称自己在固态电池上目前只达到4的成熟度,2027年可能能达到7-8,但即使到那时,大规模量产也不现实。

是不是很悲观?虽然今年以来固态电池热闹非凡,但都是只闻雷声大,不见雨下来,马路上至今没见固态电池量产车的轱辘印。现在连全球最大汽车动力电池生产商都说固态电池还是夹生饭,不可抗力的悲剧真的还要继续吗?固态电池的发展究竟是个什么水平,真正安全的电动汽车究竟还要等多久?宁德时代的固态电池研发或许可以让我们管中窥豹,认清现实。

固态电池要实现的最重要目标之一就是安全性,因为全固态电池没有易燃的液体电解质,被认为是本质上安全,即使撞车了刺穿了,也不会燃爆燃烧。丰田说电动汽车最多只能占30%的市场,最大的理由可能也是安全问题,绝大多数人还是心知肚明,惜命观望的。

各个国家现在都在制定固态电池发展规划和战略,重金投入,就是因为电池在未来的重要战略地位。我曾多次说过,未来信息社会最基础最重要的战略产品就是芯片和电池,相当于农业社会的铁锹和粮食,工业社会的机器和石油。我们人体天然能够储能,所以已稳定运行了几百万年,而未来车辆、船舶、飞机、机器人、人工智能等需要稳定地运行,容量大、充电快、安全性高的电池是必不可少的,所以固态电池的到来,可能才是智能文明真正腾飞的起点。

宁德时代认为按固态电池电解质区分,主要有聚合物、氧化物和硫化物3个路线,其中聚合物离子电导率和氧化稳定性较差,氧化物电解质太硬,会导致刚性界面接触问题,硫化物容易和空气中的水反应产生有毒气体,而且制备工艺复杂成本较高,所以没有一种是十全十美的,但相对比较好,进展比较快的是硫化物路线,率先量产的可行性较大。

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这和我们以前听到的看法可能有所不同,很多人都认为氧化物电解质进展最快,前段时间声称已量产半固态的蔚来和“固态电池”的智己,研发企业走的都是氧化物路线,还有美国号称进展较大的几家,也是氧化物,也就是陶瓷。

不过固态电池专利最多,公认研发领头羊的日本,几家走的都是硫化物路线,宁德时代的主攻方向可能也是硫化物,但进展可能不容乐观。根据首席科学家吴凯近日的说法,目前还有四大问题需要解决:

第一是固-固界面问题。包括正极与电解质间界面接触不充分,阻碍离子传输,负极充放电时体积膨胀,导致界面的动态损伤,难以修复,严重影响全固态电池的循环寿命和倍率性能。

第二是锂金属负极问题。锂金属负极能量密度高,但锂枝晶问题难以解决,容易引发电池短路失效,这可能也是液态电池本质上不安全的由来。

第三是最有希望的硫化物电解质,在空气中容易与水发生反应生成硫化氢,也就是化学书中我们耳熟能详的具有臭鸡蛋气味的有毒气体,这会导致电解质结构坍塌,离子电导率急剧下降,从而破坏电池整体结构。然后就是硫化物电解质合成困难,成本畸高。

第四是全固态电池的生产难题,从液态到固态,各种工艺都要重新设计,遇到的问题也迥然不同,需要解决的问题多而繁复,导致技术、时间和资金成本很高。

宁德时代在固态电池上已有10余年的研发和积累,团队近千人,目前在正极材料、锂金属负极、硫化物稳定性及工艺难点等问题上都有一定进展,复合正极已实现了6000次循环,锂金属负极循环的平均库伦效率也超过了99.9%,并建成了10Ah级全固态电池验证平台。

这些其实也都是我们在国内外其他竞争对手那里看到的进展,所以在固态电池的研发上可能都处于差不多的进度,那么宁德时代说2027年基本量产,可能也就是固态电池能够达成的平均进度了,刚好龙头丰田也是说差不多这个时候,所以我估计固态电池可能还真的还要再等3年。

但固态电池出来,就能真正解决安全问题吗?这其实也是不确定的,电池燃爆本来就是小概率事件,只是在庞大的装车量面前,小概率也会变成必然。令人痛心的是,这种小概率需要用生命去买单。而且随着电动汽车保有量的不断增加,电池使用寿命的不断增加,发生的燃烧燃爆事件可能也会越来越多。2023年全球电动汽车保有量约4000万辆,按每辆车平均2000颗电池来算,就是800亿颗,其中的任何一颗出问题,都有可能毁掉一辆车。

固态电池是在小概率事件上再降低概率,即使本质上安全,也无法完全打消人们的疑虑,还需要漫长的时间去检验,所以目前很多人认为要到2030年才可能全面普及,应该还是比较客观的,只是这种等待未免让人有些泄气。