新能源车主的“续航心病”,固态电池能解?

2023-02-17 16:40:46 0 171

去年十一小长假,国内许多高速公路出现了堵车现象,在油车车主坐在乘坐空调时,纯电动汽车的车主们却要忍受炎炎夏日。

你要问原因,燃油车没油了,完全可以打电话送油,如果买了全套保险,每年还会有几次免服务费高速送油的机会。如果是电动汽车高速没电,懂行的人可能会知道打电话叫蔚来的充电车,不懂的车主恐怕只能打道路救援电话叫拖车来了。

更令人头疼的是,由于不知道下一个服务区是否有空闲的充电桩,堵车后服务区又容易爆满,因而许多车主被迫“排队四小时,充电一小时”,充完电才敢离开。很明显,续航已成为新能源汽车需要解决的首要问题。

续航焦虑困住了电动汽车

燃油车与电动汽车都存在续航焦虑,不同之处在于加油仅需要几分钟,充电则通常半小时起步,如果是不兼容的充电站,很可能十几个小时才能充满。再加上电动汽车的电池会受到温度和老化影响,宣传续航与实际续航又会有一定的差距,因而车主的续航焦虑会更严重一些。

解决续航焦虑要么实现几分钟充满电池,要么增加续航里程,相比之下后者更容易实现。2022年,蔚来、埃安等车企,均有续航达到1000公里的纯电动汽车面世,即便因路况、气温等条件影响,续航有所下降,这些汽车的表现依然不差,但购买1000公里长续航纯电动汽车的车主却不多,因为这种车实在太贵了。

埃安AION LX Plus 1000公里续航版的现价46.96万元起,蔚来的150Wh电池还未正式推出,但蔚来整车均在32万元以上,1000公里续航的版本预计会在50万元以上。昂贵的价格注定受众群体不会太多,20万元以内才是广大普通劳动者买车考虑的价格区间。

图源:埃安

长续航车型价格贵,车企也没有太多办法,目前三元锂电池的能量密度通常也就200Wh/kg~250Wh/kg,想要通过增大电池的方式提升续航,第一关是汽车设计。以蔚来ET7举例,在售车型有75kWh和100kWh两个版本,1000公里则需要150kWh的电池,如果不能提升电池的能量密度,就要增加50%以上防止电车的空间。

其次,车用三元锂电池的成本大约在500元/kWh左右,从75kWh升级到150kWh,意味着电池成本也要增加近40000元。

因此,除了提高锂电池的能量密度,还有一些企业正在研发新型电池,比如宁德时代押宝钠离子电池、格力开发的钛离子电池,以及极为先进的固态电池等等。

现有的锂电池、铅酸电池等都属于液态电池,能量密度较低,高能量密度的固态电池这几年成为了许多企业的重点研发方向,比如说蔚来的150kWh电池包,就采用了半固态电池技术。

固态电池,新能源汽车的救世主?

简单来说,固态电池就是使用固体电极和电解质的电池。液态锂电池在充电过程中会生成树枝状的金属锂(锂枝晶),有可能刺破隔膜,导致电池燃烧甚至爆炸。比亚迪之所以放弃能量密度更高的三元锂电池,选择能量密度低的磷酸铁锂电池,就是为了提升安全性。

相比之下,固态电池的安全性就高多了,不存在电解质漏出、气体燃烧等情况,也不会在高温下发生副反应。这些年国内电动汽车发生过多次起火事件,原因各不相同但却存在一个相同的情况,那就是因锂电池自带氧化剂,导致起火后很难扑灭。安全性层面的领先,被认为是固态电池能够发展的根本因素。

其次,固态电池的能量密度远超液态电池。液态锂离子电池能量密度上限大约是300Wh/kg,而固态电池能量密度轻轻松松可以达到400Wh/kg。更关键的是,固态电池不易受低温影响,夏天能用,冬天也能用,且支持超级快充,循环充电可达45000次以上,比三元锂电池寿命更长。

从功能特性了来看,固态电池优势很多,但没有完美的东西,固态电池最大的缺点就是成本。现阶段固态电池的每千瓦时固态电池的成本大约为150美元(约合人民币1000元),几乎是三元锂电池的两倍。

企业可以通过技术迭代实现降低成本,当前全球五大电池企业分别是宁德时代、LG、松下、比亚迪、SK On,几乎都在研究固态电池,但已确定固态电池商用时间的并不是他们,而是日本汽车行业巨头日产。

图源:pixabay

2021年日产正式启动固态电池研发项目,欧洲研发高级副总裁David Moss近期确认,将于2025年发布低成本的全固态电池,2028年发布首款搭载固态电池的电动汽车。为了尽早实现固态电池普及,日产的目标是2028年将固态电池的成本降低至每千瓦时75美元(约合人民币508元),此后还会降低至每千瓦时65美元(约合人民币440元)。

508元/kWh的价格,已经与三元锂电池现阶段的成本相差不多,足以实现商用,等待技术逐渐成熟,相信固态电池的成本会更低。

当然,这并不意味着固态电池能够取代传统锂电池,成为电动汽车企业的救世主,高昂的成本就会限制固态电池应用。

多种电池面世,互为补充才能促进行业发展

锂电池普及那么多年,都没能完全取代铅酸电池,时至今日依然有铅酸电车的两轮电动车售卖。固态电池同样如此,它的商用无法完全取代锂电池,钠离子电池、钛离子电池等,不会成为锂电池的取代者,各种电池商用,互相之间成为补充,才是电池与新能源汽车行业发展的未来方向,在地域辽阔的中国,这点尤为明显。

固态电池优势众多,唯一的缺点是成本高昂,预计到2028年生产成本才能降低到508元/kWh,届时锂电池的成本大概率会更低。因而高端汽车可以使用固态电池,相同体积的电池,能够支持更高的续航,甚至超过1500公里。

低端汽车则可以使用锂电池、钠离子电池、半固态电池等,南方天气暖和,不用担心冬季续航下降,首选技术成熟的锂离子电池。北方冬季天气寒冷,电池续航会衰减,可以考虑适应低温天气的钠离子电池。

中高端汽车可以均衡考虑,使用能量密度相对较高,但成本又不会太贵的半固态电池。蔚来的150kWh电池包,就采用了半固态电池,说明这种电池技术已经可以商用,未来成本下降,或许能成为中高端汽车的首选。

现在正处于新能源汽车行业发展的黄金时期,但没有石头给电池企业摸着过河,锂电池、钠离子电池、固态电池等,都是发展过程中出现的一个个方向,谁也说不准哪个才是未来的最佳选择。好在行业拥有足够大的市场,给了企业充足的发展空间,而且这些企业都是行业内的巨头,能够承担试错的成本。

当前新能源汽车的份额并不算高,还有许多老牌车企未能完成转型,预计到2030年前后,新能源车型将会井喷式涌现,各种新技术也将爆发式增长和使用。

封面图源:pixabay

本科来自雷科技。

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