实验室电芯数据十分惊艳,各家企业样品接连亮相,硫化物固态电池为什么装车时间一再延后?

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资本市场对硫化物全固态电池抱有极高期待,它拥有远超传统锂电池的理论上限,不使用易燃易爆液态电解液,安全性大幅提升,被视作下一代动力电池的终极方向。各种展会上,企业展出的实验室电芯,能量密度、循环寿命数据十分漂亮,不断刷新大众认知。但落到中试、量产环节,整套技术接连暴露出一堆棘手工程难题,量产装车时间不断向后推迟。

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硫化物固态电解质离子导电能力,是几条全固态路线里面最接近液态电解液的,这也是它被行业寄予厚望的根本原因。但它天生自带致命短板,化学性质极度敏感,只要接触空气中微量水汽,就会快速发生化学反应,释放有毒硫化氢气体。这就意味着,硫化物电池整套生产,必须全程隔绝水汽,整条产线都要维持高纯氩气惰性气氛。厂房建设、设备维护、环境管控,会带来巨额的投资和运营成本,产线建设成本远远高于传统锂电池工厂。

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比环境敏感更棘手的,是固‑固界面难题。液态锂电池内部电解液可以自由流动,完美浸润电极颗粒,不管充放电电极怎么膨胀收缩,电解液都可以维持导电通路。固态电池内部,电极和电解质都是坚硬固体,只能依靠物理压紧实现接触。充电放电过程中,正负极材料会发生膨胀收缩,几百次循环之后,固体接触面就会出现开裂、脱层,离子传导通路断裂,电池容量直接断崖式衰减。

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实验室当中,科研人员可以给电芯施加巨大外部压力,维持界面紧密贴合,以此拿到好看的循环数据。但这套加压装置体积重量很大,直接搬到汽车上完全不现实。行业尝试热压、等静压等多种工艺改善界面接触,但放到大尺寸汽车级电芯,良率会快速下滑。行业调研数据,硫化物路线全固态电池中试阶段综合良率不足 32%,距离传统液态锂电池 90% 以上量产良率,还有巨大鸿沟。

原材料成本同样是绕不开的坎。硫化锂是硫化物电解质最核心原料,当前价格高达 200 万元每吨,直接推高电芯整体成本,现阶段电芯综合成本达到传统液态锂电池 7 倍以上36氪。即便未来规模化降本,想要降到可以大规模装车的水平,还要跨越很长的周期。

很多报道会把半固态电池和全固态硫化物电池混为一谈,半固态已经实现小批量装车,但依旧保留部分电解液,和真正的硫化物全固态,属于两代完全不同的产品。丰田等头部企业已经持续研发硫化物路线二十余年,试产线样品性能优秀,但至今也没有实现大规模汽车量产交付。

硫化物固态电池不是原理行不通,而是大量工程化难题还没有得到解决。实验室小电芯的优秀数据,不能直接等同于汽车可以大规模装车的成熟产品。

在你看来,硫化物固态电池,最先落地会是高端旗舰车型,还是储能这类对重量不敏感的场景?

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