今年6月份,豐田曾宣布最早將于2027年投放搭載“全固態電池”的純電動車型,支持超快充和超長續航,充電10分鐘可行駛1200公里。
早在2010年,豐田宣布計劃在2025年前實現固態電池小規模量產,在2030年前實現穩定量產。
固態電池本質上仍舊是鋰電池,其更準確的叫法是固態鋰電池。和傳統的鋰離子電池相比,固態電池使用固體電解質,取代原來的液態或凝膠狀的電解質和隔膜。
通俗的解釋是,市面包含三元鋰電池、磷酸鐵鋰電池在內的鋰電池,其電解質都是液態的,你可以理解為現在的鋰電池都是液態電池,只是從外部看起來是固態的。
而固態電池是采用固態化合物為傳導物質,取代傳統鋰電池的液態電解質。最大的優勢是能量密度很高,可以達到500Wh/kg、甚至600Wh/kg,是現有三元鋰電池能量密度的兩倍以上。
目前來看,固態電池在技術實現上沒有什么難度,主要的難題在于能否降低成本用于大規模量產。簡言之,固態電池造價太貴了。
歷史性突破
從時間線來看,從2010年到2027年,豐田量產固態電池的落地計劃一直在推進。不過,過程并沒有想象得那么順利。
最開始豐田預期固態電池上車時間在2020年至2025年間,2021年,豐田改變了“2025年量產”的口風,并在當年的“2030年電池戰略會”上表示,在全固態電池方面“進展不樂觀”。今年6月,豐田宣布已克服全固態電池的耐久性問題,等解決了成本問題后,就將全面投入量產并配備在純電車型上,豐田這次更新固態電池具體量產時間為2027年~2028年。
豐田這次是否會再一次跳票,還是吸引了很多人的關注。
固態電池面臨的主要難題就是其生產成本和制造工藝的問題,導致生產成本居高不下。主要原因是由于固態電池所使用的電解質材料和制造工藝相對復雜,使得成本難以降低。
日本專業機構估算,全固態電池(硫化物類)的制造成本為每千瓦時6萬-35萬日元,比現有鋰離子電池(1萬4000日元)高4-25倍。
且不說固體電池,就說半固態電池的生產成本都沒有降下來。我們以NCM811液態電芯和NCM811半固態電芯為例,半固態電芯成本相比液態電芯成本增加約80%。其中,固態電解質成本是主要成本,占比約50%。因為固態電池在電解質材料變化、生產工藝改變、產品質量控制等方面存在諸多問題。
另一方面,固態電池在實際制造過程中面臨諸多挑戰。例如,液態電解質可以很好地把電極包裹起來,貼合度相當好,而固態電解質要做到這一點卻相對困難。此外,固態電池的生產過程要求非常精細,對生產設備的要求也較高,
這些因素都使得全固態電池的成本居高不下。
隨著技術的發展和生產規模的擴大,固態電池的成本有望降低。根據一些預測,固態電池的成本可能會比現在的液態電池要低,估計會有10%-20%的跌幅。
然而,豐田一直以來都沒有公布具體的數據和證據,也沒有展示出他們的固態電池產品或測試結果,給到世人的印象就是,反正大家都沒造出來,我就是愿意老王賣瓜自賣自夸,這也不排除是給中美歐的競爭對手釋放壓力。
日本此前在戰略選擇上出現失誤,錯過了鋰電池發展期,而目前氫燃料電池乘用車還遙不可及。日本車企只能去大力布局作為下一代電池的全固態電池。
對友商的影響
關于豐田固態電池的進展,寧德時代的首席科學家吳凱有過這樣的評價:全固態電池目前還有些核心問題亟待解決,如果豐田說現在能量產全固態電池,我表示懷疑,但是到2027年,我也沒法預測,以寧德時代的技術水平而言,也很有難度。
筆者認為,未來即使固態電池生產成本真的降下來了,開始了大規模的市場推廣,也不見得就一定馬上就引爆市場,它還需要考慮市場的接受程度。
因為動力電池不是充電時間越短越好、續航越長越好,而是需要一個綜合對比。
從補能效率來看,現在的鋰電池可以做到充電10分鐘續航400公里。目前欣旺達SFC480超級快充電池技術和寧德時代的磷酸鐵鋰4C超充電池可以實現。
從續航層面和使用場景來看,目前新能源車主的通行場景還是以城市內的通勤為主,每天上下班通行50公里都算是多的。所以,主流的500公里續航對于這樣的通行強度來說完全夠用。即使在北方的冬天這種寒冷季節,即便打對折,4、5天充電一次的頻率對于大部分車主來說是可以接受的。
現在,新能源汽車最大的用車短板在于長途自駕,尤其是在節假日期間,公用充電樁需要排隊,且充電時間過長,體驗較差。除此之外,新能源消費者對于超過1000公里的長續航并沒有太大的需求。
可以下這樣一個結論,未來,只有固態電池的長續航產品達到和現在的磷酸鐵鋰和三元鋰電池同樣的價格,甚至更低,它才有可能沖擊現有的市場格局。
所以,豐田的固態電池要想贏得市場,沒那么容易。
據了解,截至去年9月初,在全球固態電池領域的專利申請數量中,近45%來自日本,共有2700余件相關專利申請,其中授權發明專利950余件。中國、美國、德國、韓國緊隨其后。
即便是豐田固態電池率先實現大規模量產,它勢必繞不開中國的產業鏈。中國電池企業完全有可能憑借產業鏈和規模優勢降低成本,迅速跟進,進而取得競爭優勢。
更何況中國的電池企業也在加速研發,注意力正在轉向新材料、新技術,如果日本不能維持新型電池的開發速度,在市場競爭中將處于劣勢。
從某種程度上說,中國汽車的確是強大了,再也不是被合資卡脖子的時候了。