【全球車子網(wǎng) 技藝頻道】蔚來NIO Day 2020延后到2021年1月初才終歸發(fā)表，發(fā)表會(huì)全程高能，eT7實(shí)車、容納13塊電池的二代換電站、終歸上車的激光雷達(dá)、1016TOPS的最強(qiáng)盛腦都很騷包，自然最驚艷的要數(shù)150kWh固態(tài)電池包。

　　跟往前全部屆的NIO Day一樣，讀者/媒體對(duì)此毀譽(yù)參半，咱們無妨讓子彈飛一會(huì)（讓鍵盤俠胡謅多一陣子），先靜下去瞧瞧這一次發(fā)表的電池技藝能否能為當(dāng)前電動(dòng)車子續(xù)航難題解困。

　　NIO Day 2020的實(shí)況與復(fù)盤（敲擊鏈接），大伙可行看這種鏈接內(nèi)部的內(nèi)容集合，很詳盡，不丟幀。

　　NIO Day 2020讓固態(tài)電池重回公眾視野，但這一次蔚來發(fā)表的“固態(tài)電池”卻非真固態(tài)，嚴(yán)謹(jǐn)一絲來講是“準(zhǔn)固態(tài)電池”（液態(tài)電解質(zhì)少于50%），依舊須要運(yùn)用電解液和隔膜。

　　甚么才是固態(tài)電池（Solid-State Battery，SSB）呢？

　　電極與電解液皆是固態(tài)的，不存留全部氣態(tài)和液態(tài)的流體，即是。

　　蔚來“固態(tài)”電池包采納“原位固化固液電解質(zhì)”（這種后面再詳聊），實(shí)質(zhì)上并沒有做到全固態(tài)，但在同樣規(guī)格的電池包空間中（蔚來換電體系只能兼容一個(gè)外大小）達(dá)成360Wh/千克的整包能量密度和150kWh的整包容量，不得不說“抓獲得老鼠的便是好貓”，你管他包裝上寫100%芒果汁仍是芒果風(fēng)味飲品。

　　放到后面詳聊的另有蔚來150kWh電池包的沒有機(jī)預(yù)鋰化碳硅負(fù)極、納米級(jí)包覆工藝的超高鎳正極等技藝。這點(diǎn)技藝可行促成蔚來全系車型的續(xù)航進(jìn)級(jí)，此中2018款ES8將超越730km，新ES8將超越850km，ES6和EC6將超越900km，ET7超越1000km。

　　咱們先反復(fù)顧固態(tài)電池的研發(fā)歷史，理解一下為何這項(xiàng)技藝一直被卡脖子，最快甚么時(shí)刻能實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)化。

　　1831-1834年間，邁克爾·法拉第（Michael Faraday）發(fā)覺了硫化銀（Ag₂S）和氟化鉛（PbF?）可作為電池的固態(tài)電解質(zhì)，為固態(tài)電池范疇奠定了根基。

　　20世紀(jì)50年代后期，少許儲(chǔ)電設(shè)施也運(yùn)用了銀離子固態(tài)電解質(zhì)，但能量密度太差，內(nèi)阻太高。

　　1972年，鋰-碘電池（一次鋰電池）在心臟起搏器中替代了鋅汞電池，可延伸心臟病人約10年生命。

　　20世紀(jì)90年代，美國(guó)燃料部所屬的橡樹嶺國(guó)度實(shí)驗(yàn)室（Oak Ridge National Laboratory）開發(fā)了一個(gè)可用作生產(chǎn)薄膜型鋰離子電池的新款固態(tài)電解質(zhì)，電芯可行做到j(luò)i微米薄，且可彎曲，但這類電池未能走出實(shí)驗(yàn)室。

　　2011年，古老的法國(guó)Bolloré企業(yè)公布了最新的共享車子效勞品牌Autolib及麾下BlueCar車隊(duì)，此中一款電池用的是鋰金屬聚合物（ LMP，Lithium Metal Polymer）固態(tài)電池，容量30kWh，唯有100kWh/千克的能量密度，續(xù)航最高250km，電池產(chǎn)自法國(guó)布列塔尼和加拿大蒙特利爾工廠，統(tǒng)一型號(hào)一共鋪了2900輛。

　　該款LMP電池由四種超薄資料構(gòu)成：

　　1、陽極：金屬鋰箔，既是鋰源，還是電流集電極；

　　2、固態(tài)聚合物電解質(zhì)：將鋰鹽溶解在聚氧乙烯中的共聚物；

　　3、陰極：由氧化釩、碳和聚合物構(gòu)成的復(fù)合資料；

　　4、集電器：鋁箔。

　　2012年首尾，豐田、大眾、寶馬、本田、現(xiàn)代、日產(chǎn)等車子公司連續(xù)投入固態(tài)電池的研發(fā)中間，此中豐田在2014年拿出了一個(gè)空間能量密度為400Wh/L的實(shí)驗(yàn)室原型（硫化物電解質(zhì)），宣稱在2025年實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。2017年豐田與它的電池界萬年好基友松下完成合作合同，推進(jìn)固態(tài)電池商業(yè)化。

　　2013年，科羅拉多大學(xué)博爾德分校的探討人士宣告開發(fā)出一個(gè)鑒于鐵硫化合物制成的固態(tài)鋰電池。

　　2014年，位于密歇根州安阿伯市的初創(chuàng)企業(yè)Sakti3的探討人士宣告能量密度更高、本錢更低的固態(tài)鋰離子電池研發(fā)成功，據(jù)稱空間能量密度可行達(dá)到1143kW/L。這家企業(yè)隨后被戴森用9000萬美元采購了。

　　2016年，火花塞生產(chǎn)商N(yùn)GK展現(xiàn)了其研發(fā)5年之久的芯片型陶瓷固態(tài)電池，這類固態(tài)電池須要運(yùn)用層積技藝，電池越大生產(chǎn)難度越高。

　　2017年，約翰·班尼斯特·古迪納夫（John Bannister Goodenough），鋰電池范疇第一大的大神公布了一款固態(tài)電池，運(yùn)用玻璃電解質(zhì)和堿金屬陽極（由鋰、鈉或鉀構(gòu)成）。古迪納夫博士早在1976年最初了固體化學(xué)的探討。

　　2018年，大眾入股美國(guó)加州QuantumScape企業(yè)，構(gòu)建合資企業(yè)研發(fā)固態(tài)電池。固態(tài)電池可能是大眾ID.系列逆襲的一種可能性。

　　同年，華夏清陶在昆山建成了華夏第一條固態(tài)電池制造線。

　　固態(tài)電池研發(fā)緩慢，是由于業(yè)界大范圍投入研發(fā)來臨十分晚，在21世紀(jì)第二個(gè)10年才迎接爆發(fā)期，因而行家預(yù)測(cè)最早2025年才有大范圍量產(chǎn)的可能，是客觀的。

　　如是圖，固態(tài)電池運(yùn)用了固態(tài)的電解質(zhì)，而業(yè)界探討的正是用哪種固態(tài)電解質(zhì)可行制造出電化學(xué)功能最好的電池來。

　　日前技藝路線有三條：

　　聚合物電解質(zhì)隸屬有機(jī)電解質(zhì)路線，是固態(tài)電池的敲門磚，日前已首先實(shí)現(xiàn)小范圍量產(chǎn)，技藝最老練，但技藝功能的天花板相比低。

　　聚合物電解質(zhì)的電導(dǎo)率太差了，能量密度也難以超越300Wh/千克。

　　剛剛提到的Bolloré企業(yè)BlueCar車隊(duì)用的便是這類聚合物電解質(zhì)，電池須要在60-80℃下才能尋常事業(yè)，是以須要一直消耗好多電能來保持電池溫度。

　　運(yùn)用此技藝路線的公司：Bolloré、ionic、Seeo、寧德時(shí)期、Solid Power

　　氧化物電解質(zhì)隸屬?zèng)]有機(jī)電解質(zhì)路線，分為非薄膜（LLZO）和薄膜（LiPON）兩種路線。此中，非薄膜型的各項(xiàng)功能都可以，是此刻的當(dāng)紅炸子雞，電導(dǎo)率低于氧化物薄膜型但遠(yuǎn)超出聚合物，日前曾經(jīng)實(shí)現(xiàn)3C電子范疇的實(shí)用化，但界面接近差（電解質(zhì)與電極之中）；薄膜型是微型電池，容量小，不行做車用能源電池。

　　運(yùn)用此技藝路線的公司：Sakti3、TDK、NGK、QuantumScape、村田muRata、臺(tái)灣輝能、江蘇清陶、KAIST、衛(wèi)藍(lán)

　　另一條沒有機(jī)電解質(zhì)路線，電導(dǎo)率最高，晶界阻抗低，潛力最強(qiáng)，但又最難研發(fā)。

　　在電動(dòng)車子范疇，硫化物電解質(zhì)是十分有潛力的，不但能量密度高，另有望實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)的快充快放。只只是，硫化物體制的平安功能其實(shí)不怎樣理想，況且電解質(zhì)簡(jiǎn)單氧化，遇水發(fā)生有害氣體。

　　運(yùn)用此技藝路線的公司：松下、三星SDI、寧德時(shí)期、豐田、本田

　　用表格羅列三種固態(tài)電解質(zhì)體制：

　　三種固態(tài)電解質(zhì)的功能排序如是：

　　電導(dǎo)率：硫化物 ＞ 氧化物 ＞ 聚合物

　　能量密度：硫化物 ＞ 氧化物 ＞ 聚合物

　　本錢優(yōu)勢(shì)：聚合物 ＞ 氧化物 ＞ 硫化物

　　平安功能：氧化物 ＞ 聚合物 ＞ 硫化物

　　在2015年5月印發(fā)的《華夏生產(chǎn)2025》國(guó)度行動(dòng)要領(lǐng)中，十大范疇中的“節(jié)能與新燃料車子范疇”專門提到了對(duì)能源電池的技藝希望值：2020年達(dá)到300Wh/千克，2025年達(dá)到400Wh/千克，2030年達(dá)到500Wh/千克。

　　這遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于了當(dāng)前液態(tài)電解質(zhì)的鋰離子電池功能目標(biāo)，后者的能量密度只能達(dá)到280kW/千克左右，再往上皆是天花板。

　　然后，該輪到固態(tài)電池上場(chǎng)了。太深?yuàn)W的東西不說，咱們干脆來一絲易懂易學(xué)的小結(jié)論吧，固態(tài)電池的優(yōu)勢(shì)有：

　　1、能量密度更高，日前實(shí)驗(yàn)室樣品可行達(dá)到300-400Wh/千克，

　　2、同等空間/容量下，整包重量更低，用于運(yùn)輸電池自身的電量更少，節(jié)能效能更高，更環(huán)境保護(hù)。

　　3、可運(yùn)用金屬鋰負(fù)極（蔚來這種固液混合的沒用），提供高比容量（3861mAh/g，遠(yuǎn)超出石墨負(fù)極的372mAh/g）、低電化學(xué)勢(shì)（-3.04V）、較小的密度（0.534g/厘米³）

　　4、平安功能更高，不會(huì)刺破隔膜形成短路，不會(huì)脹包，不會(huì)漏液，不會(huì)揮發(fā)。

　　5、磕碰受損后，電池平安性更高，（可能）不會(huì)在高溫下分解出氧氣加重燃燒，用剪刀剪掉電芯的一種角以后依舊不會(huì)熱失控，另外在平常運(yùn)用中的高溫穩(wěn)固性也好好多。

　　6、薄膜柔性化，除了作能源電池之用，還能給可穿戴設(shè)施供電。

　　7、溫度適應(yīng)性好（部分配方），可行在-25℃到60℃之中事業(yè)。

　　8、重復(fù)生命1000次以上，最多有吹45000次的（很可能是PPT概念）。

　　9、電化學(xué)窗口更寬，電解質(zhì)穩(wěn)固性更佳，可行運(yùn)用電壓更高的正極，也可行運(yùn)用金屬鋰負(fù)極。（電化學(xué)窗口便是最正電位和最負(fù)電位的區(qū)間，高于這種區(qū)間，電解質(zhì)就會(huì)產(chǎn)生電化學(xué)反映分解完蛋了）

　　10、可行做很大的單體電芯，C2P更簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)，成組更容易，電控和冷卻都可行做得容易少許，整包能量密度提高。

　　11、自放電率很矮，靜置虧電速度慢。

　　固態(tài)電池的劣勢(shì)有：

　　1、技藝不老練，工藝很繁雜，資產(chǎn)鏈上下游不完整，臨時(shí)不符合大范圍制造。

　　2、固態(tài)電解質(zhì)的界面接近性差（固體-固體），電導(dǎo)率偏低，高倍率大電流一來就捉襟見肘了，相比難實(shí)現(xiàn)迅速充電，功率密度局限。

　　3、本錢過高，這條能把全部?jī)?yōu)勢(shì)滅掉。

　　4、使用金屬鋰負(fù)極的同一時(shí)間會(huì)發(fā)生死鋰、鋰枝晶生長(zhǎng)的難題，導(dǎo)致平安禍患多、鋰源損耗、庫倫效能低、重復(fù)生命短、容量衰減的缺點(diǎn)。

　　5、氧化物剛硬，制作成電解質(zhì)片簡(jiǎn)單脆裂。

　　咱們先來再一次確認(rèn)一下蔚來150kWh電池包的定義——“原位固化固液電解質(zhì)”，拆分一下便是“原位固化 - 固液 - 電解質(zhì)”，意思是固液混合的，絕非全固態(tài)電池。

　　那末難題來了，這算是放衛(wèi)星、PPT制車嗎？

　　看你怎樣定義了。伊隆·馬斯克在特斯拉電池日就一直吹牛，最近蔚來和廣汽埃安的發(fā)表會(huì)也吹，只只是馬斯克吹牛的時(shí)刻觀眾們一絲負(fù)面情緒全沒有，特斯拉自帶舔粉的。

　　本來海表里制車新勢(shì)力的大佬們不吹牛是會(huì)形成資金鏈分裂的，有些在實(shí)驗(yàn)室階段就拿出去說了有些連實(shí)驗(yàn)室全沒跑通純粹是PPT“賣樓花”罷了（不知賣樓花神操作的可行去百度下）。

　　不吹牛會(huì)死？是的，由于多半初創(chuàng)企業(yè)基本無現(xiàn)成產(chǎn)物，不賣樓花的話真會(huì)死……

　　是以有業(yè)界大拿出去抨擊說“2025年此前都不可能有量產(chǎn)的固態(tài)電池”，說的是“全固態(tài)電池”。蔚來可沒說它家是全固態(tài)……

　　別管了，假如你真能在2020年四季度量產(chǎn)出360Wh/千克、150kWh、1000km的固液混合電池也算你是好貓，抓到老鼠了唄。

　　下方咱們來瞧瞧蔚來150kWh電池包的幾項(xiàng)焦點(diǎn)技藝：

　　蔚來基本無顯露固液混合電解質(zhì)電池是哪家供貨的，業(yè)界猜測(cè)可能是寧德時(shí)期、輝能、蜂巢（長(zhǎng)城）中的全家。

　　李斌也無回避“固液混合”的真相，他還主動(dòng)重申了：“全固態(tài)電池的量產(chǎn)仍是很遠(yuǎn)的事宜，原因是日前固態(tài)電池的市場(chǎng)要求很矮。”

　　固液混合電解質(zhì)（凝膠狀電解質(zhì)），詳細(xì)會(huì)帶來怎么的充放電特性呢？筆者無法子給出確切的猜測(cè)，終歸咱們非是科研機(jī)構(gòu)還不是神棍媒體，實(shí)事求是不曉得便是不曉得。

　　日前必需用少量液態(tài)電解質(zhì)來緩和電極界面接近差的難題，以此增添電導(dǎo)率。電池實(shí)現(xiàn)全固態(tài)以后，隔膜和液態(tài)電解液才會(huì)十足消失。

　　可行意料到的是，若固液混合電解質(zhì)成為現(xiàn)實(shí)，它在然后差不多長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)都會(huì)是續(xù)航能力最強(qiáng)的鋰電池配方。

　　這種便是字面意思，誘導(dǎo)液態(tài)電解質(zhì)產(chǎn)生梯度固化，使其生成凝膠聚合物電解質(zhì)阻擋層，同一時(shí)間保存適量液態(tài)電解質(zhì)。

　　下圖是LiPF₆-復(fù)合隔膜激發(fā)“鋰-硫（硒）電池”電解質(zhì)原位界面固化的原理示意圖，論文來自自北京化學(xué)所，第一作者是博士生王文鵬：

　　上圖的過程剖析是這樣的：

　　(a) LiPF₆-復(fù)合隔膜的根本構(gòu)型；

　　(b) LiPF₆-復(fù)合隔膜在鋰-硫（硒）電池中的裝配進(jìn)程；

　　(c) LiPF₆經(jīng)過分散效用在正極/電解質(zhì)界面子上的緩釋進(jìn)程；

　　(d) LiPF₆誘導(dǎo)電解質(zhì)原位界面聚合；

　　(e) 界面凝膠電解質(zhì)對(duì)多硫（硒）穿梭的阻擋效用。

　　見不懂的話，將其容易了解成夾心威化餅也行……

　　未來，固液混合電解質(zhì)中的液態(tài)電解液占比會(huì)越來越小，直至實(shí)現(xiàn)全固態(tài)。

　　當(dāng)前鋰離子電池的研發(fā)方向是降低鈷（22萬/噸，增添層狀構(gòu)造和重復(fù)生命）、增添鎳（3萬/噸，增添能量密度）。

　　從下表可知，在NCM三元鋰配方中，NCM811正極用到最少的鈷和最多的鎳。

　　超高鎳正極，意指著配方可能趨勢(shì)于NCM9/0.5/0.5（蔚來并沒有推出，純猜測(cè)），可行更環(huán)境保護(hù)、更便宜、更高能量密度，但重復(fù)生命更短，穩(wěn)固性/平安性會(huì)變差，須要更多的協(xié)助技藝去保證電池不會(huì)自己燃燒，讓液態(tài)電解質(zhì)固化也是此中一個(gè)方案。

　　這邊指的是對(duì)超高鎳正極資料的包含，功能有多大不好判斷，原理是庇護(hù)三元資料正極，但又不會(huì)由于太厚而作用鋰離子脫嵌。

　　類比一下便是做一份廣式腸粉，粉皮要很薄且有彈性，既要包得住肉片和蝦仁，又不行太厚了咬下來皆是面皮吃不著蝦仁。

　　古迪納夫博士研發(fā)了當(dāng)今鋰離子電池范疇的三大正極資料，日前業(yè)界的負(fù)極資料多用碳元素料（好信息是華夏石墨儲(chǔ)量占全世界70%），非碳負(fù)極資料則有四大系列，包括硅基資料。

　　硅的理論容量超越石墨10倍以上，形成電池的話有望提高大約50%的能量密度。

　　之前的學(xué)者都不曉得硅那末好用嗎？都曉得，不過解決不了硅基資料空間膨脹的難題。

　　碳元素料（石墨）與非碳資料（硅）的充放電機(jī)理不同，石墨是鋰的鑲嵌和脫嵌，硅則是合金化反映，硅的脫嵌鋰反映會(huì)令其空間膨脹3倍，電池里面構(gòu)造破壞以后，就沒后文了。

　　求同存異可行嗎？還真可行。運(yùn)用Si/C復(fù)合體制（硅碳負(fù)極），Si硅顆粒這類活性物質(zhì)可大大提高鋰的容量，C碳能改進(jìn)Si的導(dǎo)電性、緩沖Si充放電空間浮動(dòng)、防止Si顆粒充放電時(shí)團(tuán)聚。

　　類比一下，Si便是脆弱但進(jìn)擊力極強(qiáng)的大法師，C便是承擔(dān)各式物理進(jìn)擊/魔法進(jìn)擊的肉盾。

　　鋰離子電池初次充電時(shí)會(huì)造成SEI膜（固體電解質(zhì)界面），消耗掉大批來源電極資料的鋰離子，盡管下降了里面短路風(fēng)險(xiǎn)、防止溶劑分子的共鑲嵌（提高重復(fù)生命），但也因而下降了總?cè)萘俊?/p>

　　為這，咱們可行經(jīng)過預(yù)鋰化對(duì)電極資料發(fā)展補(bǔ)鋰，抵消SEI膜的鋰離子消耗，從而提升電池的總?cè)萘亢湍芰棵芏取?/p>

　　換句人話來講便是：茄子太吸油，是以咱們炒茄子時(shí)多放油……

　　預(yù)鋰化技藝有好多個(gè)方向，此中正極補(bǔ)鋰可行運(yùn)用富鋰化合物、二元鋰化合物等等，負(fù)極補(bǔ)鋰可行運(yùn)用鋰箔補(bǔ)鋰、硅化鋰粉等等，在此不作開展。

　　小結(jié)一下：蔚來這套150kW固液混合電解質(zhì)電池包的技藝特點(diǎn)仍是挺多的，但都算不上革命性的，只是要是6個(gè)特點(diǎn)全能在量產(chǎn)化產(chǎn)物上實(shí)現(xiàn)，那的確是個(gè)很強(qiáng)的競(jìng)品角色。

　　依據(jù)2015年的一份陳年匯報(bào)，全固態(tài)電池的生產(chǎn)本錢達(dá)到 1.5萬美元（約97萬國(guó)民幣）一度電，算下去一輛車便是數(shù)千萬。自然，這不過實(shí)驗(yàn)室階段的本錢，基本不應(yīng)當(dāng)拿來作為量產(chǎn)商品本錢估算。

　　這時(shí)刻咱們也許可行套用摩爾定律（Moore's Law）來估算一下襁褓中的電池，在推向市場(chǎng)的初步階段，假如價(jià)值可行每1.5年下調(diào)一半，也要差不多長(zhǎng)的年份才能造成資產(chǎn)范圍，才能以1000元/kWh左右的有競(jìng)爭(zhēng)力的合乎道理價(jià)值映入市場(chǎng)，與液態(tài)電解液電池發(fā)展同臺(tái)競(jìng)爭(zhēng)。

　　自然，在本錢不便宜的前期，固態(tài)電池可行被用作心臟起搏器、可穿戴設(shè)施、智能電話的兩次電池，資產(chǎn)鏈培育起來以后才能更快地均攤本錢，造成范圍效應(yīng)，達(dá)到良性重復(fù)。

　　一朝資產(chǎn)范圍上來了，固態(tài)電池另有少許本錢上的優(yōu)勢(shì)，例如某些配方的原資料價(jià)值（例如氧化物）比慣例液態(tài)電解質(zhì)要廉價(jià)些，固態(tài)電池還無注液工序是以工藝會(huì)更容易。

　　固態(tài)電池能量密度獲得質(zhì)的提高，但市場(chǎng)只有會(huì)考量性價(jià)比，然后第一大的對(duì)手可能來源特斯拉4680電芯，《福布斯》估算其最有可能的本錢是127美元（824元）/kWh，那末120kWh電池包的本錢還不過10萬元。

　　至于2020年四季度發(fā)表的蔚來150kWh固液混合電池包要多少本錢，真的不好估算。這套電池包內(nèi)部用了太多新技藝，資產(chǎn)鏈全沒這玩意，本錢能低就怪了。

　　合肥國(guó)軒高科工程探討總院常務(wù)副院長(zhǎng)徐興沒有顯示：固態(tài)電池將來會(huì)漸漸利用上市，而大范圍利用估計(jì)將在2025年。

　　國(guó)聯(lián)車子能源電池探討院董事長(zhǎng)熊柏青顯示：全固態(tài)電池此刻距商業(yè)化還很遠(yuǎn)，此刻甚而做個(gè)演示都還很難題，反正至少這5年沒戲了。在未來10年內(nèi)，十足攻克全固態(tài)電池依然具備難度，全固態(tài)電池距離商業(yè)化另有待時(shí)日。

　　以上行家/董事長(zhǎng)的看法針對(duì)的是全固態(tài)電池。固液混合電池的量產(chǎn)化日前仍是有點(diǎn)期望的，只是這不過一項(xiàng)過渡性的技藝，當(dāng)前與之競(jìng)爭(zhēng)的應(yīng)當(dāng)是高鎳正極/硅負(fù)極的液態(tài)電池，而大伙終歸指標(biāo)依舊是能量密度指到500Wh/千克大關(guān)的全固態(tài)電池。

　　固態(tài)電池能拯救電動(dòng)車孱弱的續(xù)航嗎？

　　它可能承此重任，但一律非是獨(dú)一可能的路線。

（文：全球車子網(wǎng) 黃恒樂）