【全球车子网 技艺频道】蔚来NIO Day 2020延后到2021年1月初才终归发表，发表会全程高能，eT7实车、容纳13块电池的二代换电站、终归上车的激光雷达、1016TOPS的最强盛脑都很骚包，自然最惊艳的要数150kWh固态电池包。

　　跟往前全部届的NIO Day一样，读者/媒体对此毁誉参半，咱们无妨让子弹飞一会（让键盘侠胡诌多一阵子），先静下去瞧瞧这一次发表的电池技艺能否能为当前电动车子续航难题解困。

　　NIO Day 2020的实况与复盘（敲击链接），大伙可行看这种链接内部的内容集合，很详尽，不丢帧。

　　NIO Day 2020让固态电池重回公众视野，但这一次蔚来发表的“固态电池”却非真固态，严谨一丝来讲是“准固态电池”（液态电解质少于50%），依旧须要运用电解液和隔膜。

　　甚么才是固态电池（Solid-State Battery，SSB）呢？

　　电极与电解液皆是固态的，不存留全部气态和液态的流体，即是。

　　蔚来“固态”电池包采纳“原位固化固液电解质”（这种后面再详聊），实质上并没有做到全固态，但在同样规格的电池包空间中（蔚来换电体系只能兼容一个外大小）达成360Wh/千克的整包能量密度和150kWh的整包容量，不得不说“抓获得老鼠的便是好猫”，你管他包装上写100%芒果汁仍是芒果风味饮品。

　　放到后面详聊的另有蔚来150kWh电池包的没有机预锂化碳硅负极、纳米级包覆工艺的超高镍正极等技艺。这点技艺可行促成蔚来全系车型的续航进级，此中2018款ES8将超越730km，新ES8将超越850km，ES6和EC6将超越900km，ET7超越1000km。

　　咱们先反复顾固态电池的研发历史，理解一下为何这项技艺一直被卡脖子，最快甚么时刻能实现量产化。

　　1831-1834年间，迈克尔·法拉第（Michael Faraday）发觉了硫化银（Ag₂S）和氟化铅（PbF?）可作为电池的固态电解质，为固态电池范畴奠定了根基。

　　20世纪50年代后期，少许储电设施也运用了银离子固态电解质，但能量密度太差，内阻太高。

　　1972年，锂-碘电池（一次锂电池）在心脏起搏器中替代了锌汞电池，可延伸心脏病人约10年生命。

　　20世纪90年代，美国燃料部所属的橡树岭国度实验室（Oak Ridge National Laboratory）开发了一个可用作生产薄膜型锂离子电池的新款固态电解质，电芯可行做到ji微米薄，且可弯曲，但这类电池未能走出实验室。

　　2011年，古老的法国Bolloré企业公布了最新的共享车子效劳品牌Autolib及麾下BlueCar车队，此中一款电池用的是锂金属聚合物（ LMP，Lithium Metal Polymer）固态电池，容量30kWh，唯有100kWh/千克的能量密度，续航最高250km，电池产自法国布列塔尼和加拿大蒙特利尔工厂，统一型号一共铺了2900辆。

　　该款LMP电池由四种超薄资料构成：

　　1、阳极：金属锂箔，既是锂源，还是电流集电极；

　　2、固态聚合物电解质：将锂盐溶解在聚氧乙烯中的共聚物；

　　3、阴极：由氧化钒、碳和聚合物构成的复合资料；

　　4、集电器：铝箔。

　　2012年首尾，丰田、大众、宝马、本田、现代、日产等车子公司连续投入固态电池的研发中间，此中丰田在2014年拿出了一个空间能量密度为400Wh/L的实验室原型（硫化物电解质），宣称在2025年实现商业化。2017年丰田与它的电池界万年好基友松下完成合作合同，推进固态电池商业化。

　　2013年，科罗拉多大学博尔德分校的探讨人士宣告开发出一个鉴于铁硫化合物制成的固态锂电池。

　　2014年，位于密歇根州安阿伯市的初创企业Sakti3的探讨人士宣告能量密度更高、本钱更低的固态锂离子电池研发成功，据称空间能量密度可行达到1143kW/L。这家企业随后被戴森用9000万美元采购了。

　　2016年，火花塞生产商NGK展现了其研发5年之久的芯片型陶瓷固态电池，这类固态电池须要运用层积技艺，电池越大生产难度越高。

　　2017年，约翰·班尼斯特·古迪纳夫（John Bannister Goodenough），锂电池范畴第一大的大神公布了一款固态电池，运用玻璃电解质和碱金属阳极（由锂、钠或钾构成）。古迪纳夫博士早在1976年最初了固体化学的探讨。

　　2018年，大众入股美国加州QuantumScape企业，构建合资企业研发固态电池。固态电池可能是大众ID.系列逆袭的一种可能性。

　　同年，华夏清陶在昆山建成了华夏第一条固态电池制造线。

　　固态电池研发缓慢，是由于业界大范围投入研发来临十分晚，在21世纪第二个10年才迎接爆发期，因而行家预测最早2025年才有大范围量产的可能，是客观的。

　　如是图，固态电池运用了固态的电解质，而业界探讨的正是用哪种固态电解质可行制造出电化学功能最好的电池来。

　　日前技艺路线有三条：

　　聚合物电解质隶属有机电解质路线，是固态电池的敲门砖，日前已首先实现小范围量产，技艺最老练，但技艺功能的天花板相比低。

　　聚合物电解质的电导率太差了，能量密度也难以超越300Wh/千克。

　　刚刚提到的Bolloré企业BlueCar车队用的便是这类聚合物电解质，电池须要在60-80℃下才能寻常事业，是以须要一直消耗好多电能来保持电池温度。

　　运用此技艺路线的公司：Bolloré、ionic、Seeo、宁德时期、Solid Power

　　氧化物电解质隶属没有机电解质路线，分为非薄膜（LLZO）和薄膜（LiPON）两种路线。此中，非薄膜型的各项功能都可以，是此刻的当红炸子鸡，电导率低于氧化物薄膜型但远超出聚合物，日前曾经实现3C电子范畴的实用化，但界面接近差（电解质与电极之中）；薄膜型是微型电池，容量小，不行做车用能源电池。

　　运用此技艺路线的公司：Sakti3、TDK、NGK、QuantumScape、村田muRata、台湾辉能、江苏清陶、KAIST、卫蓝

　　另一条没有机电解质路线，电导率最高，晶界阻抗低，潜力最强，但又最难研发。

　　在电动车子范畴，硫化物电解质是十分有潜力的，不但能量密度高，另有望实现更强的快充快放。只只是，硫化物体制的平安功能其实不怎样理想，况且电解质简单氧化，遇水发生有害气体。

　　运用此技艺路线的公司：松下、三星SDI、宁德时期、丰田、本田

　　用表格罗列三种固态电解质体制：

　　三种固态电解质的功能排序如是：

　　电导率：硫化物 ＞ 氧化物 ＞ 聚合物

　　能量密度：硫化物 ＞ 氧化物 ＞ 聚合物

　　本钱优势：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月印发的《华夏生产2025》国度行动要领中，十大范畴中的“节能与新燃料车子范畴”专门提到了对能源电池的技艺希望值：2020年达到300Wh/千克，2025年达到400Wh/千克，2030年达到500Wh/千克。

　　这远远高于了当前液态电解质的锂离子电池功能目标，后者的能量密度只能达到280kW/千克左右，再往上皆是天花板。

　　然后，该轮到固态电池上场了。太深奥的东西不说，咱们干脆来一丝易懂易学的小结论吧，固态电池的优势有：

　　1、能量密度更高，日前实验室样品可行达到300-400Wh/千克，

　　2、同等空间/容量下，整包重量更低，用于运输电池自身的电量更少，节能效能更高，更环境保护。

　　3、可运用金属锂负极（蔚来这种固液混合的没用），提供高比容量（3861mAh/g，远超出石墨负极的372mAh/g）、低电化学势（-3.04V）、较小的密度（0.534g/厘米³）

　　4、平安功能更高，不会刺破隔膜形成短路，不会胀包，不会漏液，不会挥发。

　　5、磕碰受损后，电池平安性更高，（可能）不会在高温下分解出氧气加重燃烧，用剪刀剪掉电芯的一种角以后依旧不会热失控，另外在平常运用中的高温稳固性也好好多。

　　6、薄膜柔性化，除了作能源电池之用，还能给可穿戴设施供电。

　　7、温度适应性好（部分配方），可行在-25℃到60℃之中事业。

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

　　9、电化学窗口更宽，电解质稳固性更佳，可行运用电压更高的正极，也可行运用金属锂负极。（电化学窗口便是最正电位和最负电位的区间，高于这种区间，电解质就会产生电化学反映分解完蛋了）

　　10、可行做很大的单体电芯，C2P更简单实现，成组更容易，电控和冷却都可行做得容易少许，整包能量密度提高。

　　11、自放电率很矮，静置亏电速度慢。

　　固态电池的劣势有：

　　1、技艺不老练，工艺很繁杂，资产链上下游不完整，临时不符合大范围制造。

　　2、固态电解质的界面接近性差（固体-固体），电导率偏低，高倍率大电流一来就捉襟见肘了，相比难实现迅速充电，功率密度局限。

　　3、本钱过高，这条能把全部优势灭掉。

　　4、使用金属锂负极的同一时间会发生死锂、锂枝晶生长的难题，导致平安祸患多、锂源损耗、库伦效能低、重复生命短、容量衰减的缺点。

　　5、氧化物刚硬，制作成电解质片简单脆裂。

　　咱们先来再一次确认一下蔚来150kWh电池包的定义——“原位固化固液电解质”，拆分一下便是“原位固化 - 固液 - 电解质”，意思是固液混合的，绝非全固态电池。

　　那末难题来了，这算是放卫星、PPT制车吗？

　　看你怎样定义了。伊隆·马斯克在特斯拉电池日就一直吹牛，最近蔚来和广汽埃安的发表会也吹，只只是马斯克吹牛的时刻观众们一丝负面情绪全没有，特斯拉自带舔粉的。

　　本来海表里制车新势力的大佬们不吹牛是会形成资金链分裂的，有些在实验室阶段就拿出去说了有些连实验室全没跑通纯粹是PPT“卖楼花”罢了（不知卖楼花神操作的可行去百度下）。

　　不吹牛会死？是的，由于多半初创企业基本无现成产物，不卖楼花的话真会死……

　　是以有业界大拿出去抨击说“2025年此前都不可能有量产的固态电池”，说的是“全固态电池”。蔚来可没说它家是全固态……

　　别管了，假如你真能在2020年四季度量产出360Wh/千克、150kWh、1000km的固液混合电池也算你是好猫，抓到老鼠了呗。

　　下方咱们来瞧瞧蔚来150kWh电池包的几项焦点技艺：

　　蔚来基本无显露固液混合电解质电池是哪家供货的，业界猜测可能是宁德时期、辉能、蜂巢（长城）中的全家。

　　李斌也无回避“固液混合”的真相，他还主动重申了：“全固态电池的量产仍是很远的事宜，原因是日前固态电池的市场要求很矮。”

　　固液混合电解质（凝胶状电解质），详细会带来怎么的充放电特性呢？笔者无法子给出确切的猜测，终归咱们非是科研机构还不是神棍媒体，实事求是不晓得便是不晓得。

　　日前必需用少量液态电解质来缓和电极界面接近差的难题，以此增添电导率。电池实现全固态以后，隔膜和液态电解液才会十足消失。

　　可行意料到的是，若固液混合电解质成为现实，它在然后差不多长的一段时间内都会是续航能力最强的锂电池配方。

　　这种便是字面意思，诱导液态电解质产生梯度固化，使其生成凝胶聚合物电解质阻挡层，同一时间保存适量液态电解质。

　　下图是LiPF₆-复合隔膜激发“锂-硫（硒）电池”电解质原位界面固化的原理示意图，论文来自自北京化学所，第一作者是博士生王文鹏：

　　上图的过程剖析是这样的：

　　(a) LiPF₆-复合隔膜的根本构型；

　　(b) LiPF₆-复合隔膜在锂-硫（硒）电池中的装配进程；

　　(c) LiPF₆经过分散效用在正极/电解质界面子上的缓释进程；

　　(d) LiPF₆诱导电解质原位界面聚合；

　　(e) 界面凝胶电解质对多硫（硒）穿梭的阻挡效用。

　　见不懂的话，将其容易了解成夹心威化饼也行……

　　未来，固液混合电解质中的液态电解液占比会越来越小，直至实现全固态。

　　当前锂离子电池的研发方向是降低钴（22万/吨，增添层状构造和重复生命）、增添镍（3万/吨，增添能量密度）。

　　从下表可知，在NCM三元锂配方中，NCM811正极用到最少的钴和最多的镍。

　　超高镍正极，意指着配方可能趋势于NCM9/0.5/0.5（蔚来并没有推出，纯猜测），可行更环境保护、更便宜、更高能量密度，但重复生命更短，稳固性/平安性会变差，须要更多的协助技艺去保证电池不会自己燃烧，让液态电解质固化也是此中一个方案。

　　这边指的是对超高镍正极资料的包含，功能有多大不好判断，原理是庇护三元资料正极，但又不会由于太厚而作用锂离子脱嵌。

　　类比一下便是做一份广式肠粉，粉皮要很薄且有弹性，既要包得住肉片和虾仁，又不行太厚了咬下来皆是面皮吃不着虾仁。

　　古迪纳夫博士研发了当今锂离子电池范畴的三大正极资料，日前业界的负极资料多用碳元素料（好信息是华夏石墨储量占全世界70%），非碳负极资料则有四大系列，包括硅基资料。

　　硅的理论容量超越石墨10倍以上，形成电池的话有望提高大约50%的能量密度。

　　之前的学者都不晓得硅那末好用吗？都晓得，不过解决不了硅基资料空间膨胀的难题。

　　碳元素料（石墨）与非碳资料（硅）的充放电机理不同，石墨是锂的镶嵌和脱嵌，硅则是合金化反映，硅的脱嵌锂反映会令其空间膨胀3倍，电池里面构造破坏以后，就没后文了。

　　求同存异可行吗？还真可行。运用Si/C复合体制（硅碳负极），Si硅颗粒这类活性物质可大大提高锂的容量，C碳能改进Si的导电性、缓冲Si充放电空间浮动、防止Si颗粒充放电时团聚。

　　类比一下，Si便是脆弱但进击力极强的大法师，C便是承担各式物理进击/魔法进击的肉盾。

　　锂离子电池初次充电时会造成SEI膜（固体电解质界面），消耗掉大批来源电极资料的锂离子，尽管下降了里面短路风险、防止溶剂分子的共镶嵌（提高重复生命），但也因而下降了总容量。

　　为这，咱们可行经过预锂化对电极资料发展补锂，抵消SEI膜的锂离子消耗，从而提升电池的总容量和能量密度。

　　换句人话来讲便是：茄子太吸油，是以咱们炒茄子时多放油……

　　预锂化技艺有好多个方向，此中正极补锂可行运用富锂化合物、二元锂化合物等等，负极补锂可行运用锂箔补锂、硅化锂粉等等，在此不作开展。

　　小结一下：蔚来这套150kW固液混合电解质电池包的技艺特点仍是挺多的，但都算不上革命性的，只是要是6个特点全能在量产化产物上实现，那的确是个很强的竞品角色。

　　依据2015年的一份陈年汇报，全固态电池的生产本钱达到 1.5万美元（约97万国民币）一度电，算下去一辆车便是数千万。自然，这不过实验室阶段的本钱，基本不应当拿来作为量产商品本钱估算。

　　这时刻咱们也许可行套用摩尔定律（Moore's Law）来估算一下襁褓中的电池，在推向市场的初步阶段，假如价值可行每1.5年下调一半，也要差不多长的年份才能造成资产范围，才能以1000元/kWh左右的有竞争力的合乎道理价值映入市场，与液态电解液电池发展同台竞争。

　　自然，在本钱不便宜的前期，固态电池可行被用作心脏起搏器、可穿戴设施、智能电话的两次电池，资产链培育起来以后才能更快地均摊本钱，造成范围效应，达到良性重复。

　　一朝资产范围上来了，固态电池另有少许本钱上的优势，例如某些配方的原资料价值（例如氧化物）比惯例液态电解质要廉价些，固态电池还无注液工序是以工艺会更容易。

　　固态电池能量密度获得质的提高，但市场只有会考量性价比，然后第一大的对手可能来源特斯拉4680电芯，《福布斯》估算其最有可能的本钱是127美元（824元）/kWh，那末120kWh电池包的本钱还不过10万元。

　　至于2020年四季度发表的蔚来150kWh固液混合电池包要多少本钱，真的不好估算。这套电池包内部用了太多新技艺，资产链全没这玩意，本钱能低就怪了。

　　合肥国轩高科工程探讨总院常务副院长徐兴没有显示：固态电池将来会渐渐利用上市，而大范围利用估计将在2025年。

　　国联车子能源电池探讨院董事长熊柏青显示：全固态电池此刻距商业化还很远，此刻甚而做个演示都还很难题，反正至少这5年没戏了。在未来10年内，十足攻克全固态电池依然具备难度，全固态电池距离商业化另有待时日。

　　以上行家/董事长的看法针对的是全固态电池。固液混合电池的量产化日前仍是有点期望的，只是这不过一项过渡性的技艺，当前与之竞争的应当是高镍正极/硅负极的液态电池，而大伙终归指标依旧是能量密度指到500Wh/千克大关的全固态电池。

　　固态电池能拯救电动车孱弱的续航吗？

　　它可能承此重任，但一律非是独一可能的路线。

（文：全球车子网 黄恒乐）