最近一段时间,固态电池一直是新能源圈子里热度最高的关键词。不少打算换新能源车的用户,都在默默观望,想着再等等固态电池量产上车,一次性解决充电慢、续航缩水、电池安全这些老生常谈的问题。就在大家把大部分期待都放在固态电池身上的时候,中科院电工研究所马衍伟团队公布了黑磷快充电池的最新研究成果。这款软包原型电池,可以做到10分钟充到80%,能量密度达到282Wh/kg,经过数千次充放电循环之后,性能依旧保持稳定。消息传开之后,很多人开始讨论,固态电池是不是优势不再,我们还有没有必要继续等固态电池落地。
网上的信息杂七杂八,有不少说法直接把两种技术放在对立面,要么说黑磷电池一出,固态电池直接被淘汰,要么继续吹捧固态电池才是唯一的终极方案。这两种说法都不够客观。今天我们抛开各种博眼球的传言,把现有车用锂电池、黑磷快充电池、固态电池三条技术路线讲明白,说清楚这次科研突破到底意味着什么,它和固态电池是什么关系,普通买车用户未来会受到哪些实际影响。
先从现在市面上绝大多数新能源车在用的锂电池说起,不管是磷酸铁锂还是三元锂电池,负极材料基本都是石墨。石墨负极发展到现在,产业链成熟,成本可控,生产工艺稳定,国内上下游配套已经非常完善,是现阶段性价比最高的选择。但石墨材料本身有物理上限,储锂能力有限,快充能力被牢牢限制。很多新能源车主日常充电都有体会,就算车辆搭载了高压快充平台,从30%充到80%普遍要半小时左右,电量超过80%之后,充电速度还会明显放缓。长时间大功率快充,电池发热更明显,长期使用电池衰减速度也会更快。
行业里面一直在寻找能够替代石墨的负极材料,希望突破快充和续航的瓶颈,黑磷就是被研究很久的一个方向。单纯看理论储锂容量,黑磷大约是石墨的7倍,如果能解决它本身的缺陷,快充速度和续航水平都有很大的提升空间。不过黑磷材料自身有两个很难跨过的短板,一个是导电性能差,锂离子在材料内部移动阻力大;另一个是充放电过程中体积膨胀幅度很大,反复充放电之后材料结构容易碎裂,电池很快失效。过去很多科研团队尝试改良方案,都很难同时兼顾快充速度和循环寿命,一开大功率快充,电池衰减就控制不住。
这次中科院团队的改进思路,不是推翻现有的锂电池整体框架,而是从原子层面调整黑磷的内部结构,依靠磷-氮键工程化方案,在黑磷晶格内部搭建稳定结构。相当于在材料内部搭建出锂离子快速通行的通道,同时把充放电带来的体积膨胀控制在合理范围,避免材料开裂损坏。最终研发出来的这款原型软包电池,正极搭配磷酸铁锂,负极采用改良后的黑磷材料,实测可以实现10分钟充至80%电量,能量密度282Wh/kg,数千次循环之后依旧可以稳定工作。
看到这个充电速度,很多车主第一反应就是跑长途再也不用在充电桩长时间等候。跑高速进服务区,停下车简单休整十几分钟,就能补充大部分电量,长途出行的补能焦虑会缓解很多。这里有一个非常关键的信息,一定要理性看待:这款电池目前还停留在实验室原型阶段,距离普通人能买到的量产装车电池还有很长一段路。
一款电池从实验室原型,到中试测试,再到符合车规标准量产,中间要解决一大堆工程难题。电芯一致性、温控系统匹配、原材料成本、生产线良率、整车适配、长期不同环境下的可靠性,都需要大量测试验证。不能看到实验室的测试数据,就认为搭载这款电池的新车很快就能上市。科研成果的突破,代表这条路走得通,但不等于马上就能商业化落地。
说完黑磷快充电池,我们再回头看大家期待已久的固态电池。固态电池最核心的改动,就是去掉传统锂电池里面的液态电解液,换成固态电解质。理论层面它有两大突出优势,一是没有易燃的液态电解液,起火风险更低,安全上限更高;二是有机会搭载锂金属负极,把能量密度进一步拉高,实现更长的续航里程。
但是这么多年研发下来,行业慢慢意识到,固态电池产业化难度,远比早期预估的更高。最大卡点就是固固界面问题。液态电解液可以充分浸润电极材料,锂离子流动顺畅。固态电解质和正负极属于硬接触,反复充放电之后,接触面容易出现缝隙,接触电阻变大,电池容量快速衰减。除此之外,固态电池的生产工艺和现在成熟的锂电池产线兼容性很差,想要量产,需要新建大量产线,设备投入成本极高,核心原材料价格昂贵,整体成本是现有液态锂电池的好几倍。锂枝晶、部分固态电解质怕水怕空气、电芯放大之后性能下滑等问题,暂时都没有成熟稳定的解决方案。
目前行业内比较统一的判断是,半固态电池会率先小批量搭载在高端车型试水,而全固态电池想要大规模普及,周期还很长,不少业内预测全固态大规模量产大概率要等到2030年前后。这也能解释,为什么科研人员会持续攻关黑磷这条路线。研发黑磷快充电池,并不是放弃固态电池,也不代表固态电池被淘汰。动力电池赛道从来都不是只有一条路线,市场用户的需求本身就是多样化的。
一部分用户最看重极致安全、超长续航,愿意耐心等待固态电池技术慢慢成熟;还有很大一部分普通车主,最迫切的需求就是缩短充电时间,希望补能速度接近加油。黑磷快充电池属于在现有液态锂电池体系上面升级,正极继续使用技术成熟的磷酸铁锂,原有产业链不需要全部推倒重建,如果后续中试测试顺利,它的落地节奏,大概率会比全固态电池快不少。
很多人容易陷入一个固定思维,一旦有新技术出来,旧的技术路线就会被彻底淘汰。但在动力电池行业,多种技术长期共存才是常态,不同方案对应不一样的使用场景。我们可以简单梳理各个路线适合的人群。
传统石墨负极磷酸铁锂电池,优势是价格低、稳定性强、循环寿命长,适合日常家用代步车、储能电站,用户对充电速度没有太高要求,更看重用车成本和稳定耐用。黑磷这类新型负极液态快充电池,主打极速补能,更适合网约车、经常跑长途、高频使用高速充电桩的用户,优先解决充电等待时间长这个痛点。半固态电池兼顾安全和续航,初期会优先配备在高端车型。全固态电池瞄准极致安全和超高能量密度,未来成熟之后,适合高端长续航车型以及特种储能、航空相关场景。钠离子电池原材料储量丰富,低温性能不错,成本低廉,更多用于低端代步小车和电网储能。这些技术路线不是互相替代的竞争关系,而是分别匹配不同的使用需求。
作为普通打算买车的消费者,没必要盲目追捧任何一种实验室新技术。买车的时候,真正和日常出行、用车成本挂钩的,是量产之后的真实表现:实际充电速度、高速和冬季续航衰减情况、电池质保政策、后期维修更换成本,这些远比电池材料听起来有多新潮重要。
如果黑磷负极电池后续能够顺利推进到量产阶段,最大的价值,就是释放现有800V高压平台的潜力。最近几年很多车企都已经布局800V高压硬件平台,但是受限于电池负极材料,快充能力一直没有完全发挥出来。黑磷负极如果稳定量产,不用等到固态电池普及,就能实现大家期待的十分钟级别快充。当然这条路线同样存在不少挑战,黑磷原材料成本控制、大批量生产的一致性、持续大功率快充下的整套温控方案,都是研发团队接下来需要持续打磨的地方。
还有不少人关心安全问题,充电速度这么快,黑磷电池会不会更容易发热、起火?从公开的实验室测试数据来看,这款电池搭配磷酸铁锂正极,磷酸铁锂本身热稳定性优于三元材料,材料结构设计阶段也考虑了抑制快充带来的结构破坏。但是实验室环境下的安全测试,和车辆上路之后复杂工况、长期使用、磕碰挤压的整车安全验证,完全不是一回事。想要拿到车规认证,还要经过一套严苛完整的测试流程,现阶段还不能直接判定它最终的安全水平。
从国内电池产业整体布局来看,研发方向越来越务实,不会把所有资源全部押在固态电池这一条赛道上。一边持续投入固态电池的技术攻坚,另一边同步推进液态锂电升级、新型负极材料、钠离子电池等多个方向的研发。多条路线同步突破,可以分散研发风险,不会出现单一技术卡壳,整个产业升级停滞的情况。不管哪一项新技术,最终能不能走进千家万户,评判标准始终只有三个:稳定量产、价格亲民、切实解决车主的真实痛点。
最近这两年,电池技术相关的消息层出不穷,经常有新的材料突破对外公布,网上各种标题满天飞,很容易让人眼花缭乱。看这类科研新闻,一定要分清两个概念:论文和原型电芯,代表原理层面已经跑通;量产装车,才代表这项技术真正落到普通人手里。原理突破是很关键的第一步,但是从原理验证到量产交付,中间大量工程化、商业化工作,往往需要好几年时间。
综合来看,固态电池并没有失去价值,它的定位和黑磷快充电池本身就不一样,高安全、超高能量密度的优势,依旧是其他路线短期内很难替代的长期方向。中科院这次黑磷快充电池的成果,属于液态锂电池体系一次很有价值的升级,为超快充找到了可行的发展方向,直击当前新能源车最突出的短板之一。两条技术路线会并行推进,谁先落地、谁能够大范围普及,最终由成本、良率和市场需求决定。
对于普通消费者来说,多条技术路线同步发展是好事。技术竞争越充分,未来新能源车充电速度更快、购车和用车成本更低的可能性也就越大。我们不用盲目站队,耐心等待技术一步步落地就好。
话题讨论:你更愿意等安全性和续航潜力更强的固态电池,还是期待这种可以快速快充的黑磷电池优先量产?如果新车可以做到10分钟充80%,会不会成为你换车的首要选择?欢迎在评论区分享你的想法,点个关注,后续持续分享新能源行业客观科普内容。
免责声明:本文基于公开科研信息整理解读,仅作科普参考,不构成购车、投资建议。电池技术尚在研发阶段,量产时间、实际性能存在不确定性,请理性看待。
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