宝马全固态电池电动汽车开启路测,被视作“动力电池圣杯”的技术首次车载突破丨科股一线拆解

此次搭载硫化物电解质棱柱电池。

导读:

  1. 自2024年以来,多家电池厂和车企公布固态电池相关进展,其中半固态电池已率先实现量产上车。此次宝马搭载全固态电池的电动汽车上路测试,成为全球首个真正实现车载的全固态电池示范项目。
  2. 测试车辆基于现款i7改造,采用美国Solid Power公司研发的硫化物电解质棱柱电池,电池模块经重新设计适配现有第五代电驱平台,突破了固态电池的集成难题。
  3. 全固态与半固态电池虽只有一字之差,在性能和研发难度上却有云泥之别。全固态电池在产业化进程中,仍面临固固界面、锂金属负极应用、硫化物电解质在空气中不稳定且合成成本较高、生产工艺等一些技术难点。
  4. 相较于传统液态锂电池,全固态电池核心优势在于用固态电解质替代传统液态电解质,能够同时满足小空间、高密度、长续航需求,实现了能量密度跃升、快充能力突破、安全性能升级、低温性能优越四大技术突破。
  5. 硫化物/卤化物当前仍处验证阶段,未来有望在人形机器人、eVOTL、AI眼镜等新兴领域率先应用。在消费电子、航空航天等领域,下游市场对价格敏感度较低,能够包容较高的新技术溢价,因此机构预计固态电池的渗透率提升将快于车用市场,2030年固态电池渗透率达到20%,其中全固态电池渗透率为10%。全球固态电池出货量也将在2030年达到396GWh,其中全固态电池出货量超85GWh。

正文:

5月20日,宝马集团宣布首批搭载全固态电池(ASSB)的电动汽车正式上路进行测试,标志着被视为“动力电池圣杯”的技术首次实现了车载应用的突破。

测试车辆基于现款i7改造,采用美国Solid Power公司研发的硫化物电解质棱柱电池,电池模块经重新设计适配现有第五代电驱平台,突破了固态电池的集成难题。

宝马与Solid Power自2016年起建立联合开发协议,2022年通过技术转让协议获得固态电池专利授权,并于2023年在德国帕尔斯多夫电池制造中心(CMCC)共建原型生产线。这意味着,宝马通过技术转让协议获取了Solid Power公司的专利许可,自己生产并封装电池。

自2024年以来,多家电池厂和车企公布固态电池相关进展,其中半固态电池已率先实现量产上车。此次宝马全固态电池上路测试,成为了全球首个真正实现车载的全固态电池示范项目。

以硫化物电解质为主体电解质,匹配高镍三元正极和硅碳负极,是当前全固态电池的重要技术路线之一。由于硫元素半径更大,离子传导通道更大且电负性较小,因此硫化物电解质离子传输性能优异,其离子电导率媲美液态电解液(10-2S/cm), 电化学窗口达5V以上,是目前最理想的固态电解质之一。

相较于传统液态锂电池,全固态电池核心优势在于用固态电解质替代传统液态电解质,能够同时满足小空间、高密度、长续航需求,实现了四大技术突破。

能量密度跃升:液态锂电池的能量密度天花板是300Wh/kg,固态锂电池可使用锂金属等材料作为负极代替石墨以提高电池能量密度,从而达到700Wh/kg以上。

快充能力突破:已有实验室数据显示,固态电池采用的锂陶瓷技术可实现12分钟充至80%电量,接近燃油车加油效率,在满电状态下,电动汽车续航可以超过1000公里。

安全性能升级:使用不可燃的固态电解质,具有无腐蚀、无挥发、无漏液、可抑制锂枝晶形成、天然隔绝正负极等优点,具有较高的安全性。

低温性能优越:液态电池在低温下,由于电解液粘度增加,锂离子电导率降低,电池内阻上升,容量损失较大,甚至可能因电解液凝固导致电池无法正常工作。聚合物固态电池在-20℃的表现远优于液态电池,且在-50℃条件下仍能正常工作。

中国、日韩、欧美在固态电池技术方面,均具有较强的研发能力和自主创新能力。对比来看,中国在硫化物、氧化物、聚合物三种固态电解质路线均有布局,日韩侧重硫化物路线,欧美则偏向氧化物路线。

需指出,全固态与半固态电池虽只有一字之差,在性能和研发难度上却有云泥之别。全固态电池在产业化进程中仍面临一些技术难点。

半固态电池毕竟掺杂了液态电解质,其液体部分就像木桶效应中的短板,始终限制电池整体性能上限。只有在电池电解质为全固态的情况下,电池才能大幅提高能量密度、安全性和电池寿命。

要实现全固态电池产业化,还需要解决固-固界面、锂金属负极应用、硫化物电解质在空气中不稳定且合成成本较高,以及全固态电池生产工艺等四大难题。

比如,固-固界面多为点接触、接触面积小,随着电池循环,电极材料体积膨胀使接触恶化、界面阻抗增加,持续应力累积也可能导致正极和固态电解质层中产生微米级裂纹,加剧电池性能衰减。硫化物电解质则容易与正负极材料发生副反应,造成界面高阻抗,导致内阻增大,影响快充倍率性能。

西部证券研报指出,目前半固态电池已逐步实现产业化;传统消费软包电池本身采用聚合物路线,聚合物固态电池有望率先在消费电子领域实现应用。氧化物半固态电池目前已上车动力领域;硫化物/卤化物当前仍处验证阶段,未来有望在人形机器人、eVOTL、AI眼镜等新兴领域率先应用。

而在消费电子、航空航天等领域,下游市场对价格敏感度较低,能够包容较高的新技术溢价。因此,慧博云通预计,固态电池在这些领域的渗透率提升将快于车用市场,2030年固态电池渗透率达到20%,其中全固态电池渗透率为10%。全球固态电池出货量也将在2030年达到396GWh,其中全固态电池出货量超85GWh。

硫化物依然是全固态电池的主要技术路线。假设2030年实现中期降本愿景,即硫化物全固态电池BOM成本降至0.85元/Wh,则对应超700亿元市场空间。而随着技术进步和规模效应显现,2030年同时有望成为全固态电池开启降本通道的起点,随着成本下降市场竞争力增强,全固态电池将打开更广阔的应用市场,渗透率加速提升。

风险提示:研发进展不及预期;新技术替代风险;下游需求不及预期。

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