僅僅過(guò)去兩三年,電動(dòng)汽車已經(jīng)從一種小眾選擇,迅速變成了一種大眾潮流。在上海車展 2023 上,新能源汽車成為了絕對(duì)的主角,奧迪第一次以純電動(dòng)汽車產(chǎn)品陣容亮相,還有大量的電動(dòng)汽車第一次亮相,主打「增程式」的理想汽車也推出自己的高壓純電方案。
汽車產(chǎn)業(yè)在電動(dòng)化、智能化的方向上一去不回。但盡管已經(jīng)在廣泛意義上獲得了消費(fèi)者和市場(chǎng)的認(rèn)可,如果說(shuō)電動(dòng)汽車還有什么缺點(diǎn)是部分消費(fèi)者很難接受,主要都集中在電動(dòng)汽車最核心也最關(guān)鍵的部件——電池,尤其是續(xù)航里程,這很大程度又由電池的能量密度決定。同等的重量和體積下,電池能量密度越高,電量越高,續(xù)航里程也越高。類似芯片制程工藝與算力的關(guān)系,制程越先進(jìn),單位面積塞下的晶體管越多,算力也越高??梢哉f(shuō),很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi),電動(dòng)汽車的核心之一就是要不斷地提高電池的能量密度,提高續(xù)航里程。
在今年上海車展上,全球最大動(dòng)力電池廠商寧德時(shí)代就發(fā)布了一種「很新的」凝聚態(tài)電池,技術(shù)路線與半固態(tài)電池不同,電解質(zhì)呈凝膠狀,單體能量密度高達(dá) 500Wh/kg,即便在集成電池管理系統(tǒng)之后,電池的總體能量密度也能接近 450Wh/kg。同時(shí)寧德時(shí)代還透露,該電池滿足了航空級(jí)的安全與質(zhì)量要求,已經(jīng)在進(jìn)行民用電動(dòng)載人飛機(jī)項(xiàng)目的合作開發(fā)。
此外,寧德時(shí)代之所以選擇在上海車展上正式發(fā)布凝聚態(tài)電池,主要是因?yàn)榻酉聛?lái)還將推出凝聚態(tài)電池的車規(guī)級(jí)版本,預(yù)計(jì)在今年年內(nèi)就具備量產(chǎn)能力,可能比民用電動(dòng)飛機(jī)更快實(shí)現(xiàn)商業(yè)化落地。寧德時(shí)代首席科學(xué)家吳凱將這次發(fā)布的凝聚態(tài)電池視為寧德時(shí)代在電池上的一次重大突破。但對(duì)電動(dòng)汽車廠商們來(lái)說(shuō),凝聚態(tài)電池的量產(chǎn)還意味著,未來(lái)面對(duì)特斯拉和比亞迪兩大新能源汽車巨頭時(shí),他們可能不再需要從起跑線后面開跑。
電池能量密度的大升級(jí)
500Wh/kg 是什么水平?特斯拉的 4680 電池算是目前鋰電池方面能量密度的天花板,單體能量密度約為 300Wh/kg;寧德時(shí)代去年發(fā)布的麒麟電池,在配用三元電芯下能量密度可達(dá) 255Wh/kg,配用磷酸鐵鋰電芯能量密度可達(dá) 160Wh/kg;比亞迪的第一代刀片式磷酸鐵鋰電池(簡(jiǎn)稱刀片電池)的能量密度只有 140Wh/kg,傳聞第二代將提升至 180Wh/kg。
4680 電池,圖/特斯拉
除此之外,蔚來(lái)在 2021 年發(fā)布的 ET7 也在今年的上海車展期間正式上市,其中 150kW 版本搭載了來(lái)自固態(tài)電池廠商北京衛(wèi)藍(lán)的半固態(tài)電池產(chǎn)品,單體電池能量密度為 360Wh/kg,不過(guò)該版本目前在蔚來(lái)官網(wǎng)還未上架。
一言以蔽之,在目前的動(dòng)力電池行業(yè)中,所有已經(jīng)量產(chǎn)和計(jì)劃量產(chǎn)的動(dòng)力電池,沒有一個(gè)在能量密度上可以與凝聚態(tài)電池相抗。不過(guò),能量密度達(dá)到 500Wh/kg 的電池也不是沒有,比如 NASA 去年就宣布成功研發(fā)了固態(tài)電池,能量密度也達(dá)到 500Wh/kg,此外還有很多實(shí)驗(yàn)室也做出了超高能量密度的電池。但能夠像寧德時(shí)代一樣將電池技術(shù)進(jìn)行量產(chǎn)裝車的,恐怕寥寥無(wú)幾。去年 6 月,寧德時(shí)代發(fā)布了麒麟電池,到今年 3 月已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了量產(chǎn)。作為麒麟電池的全球量產(chǎn)首發(fā)車型,極氪的純電中大型 MPV 極氪 009 計(jì)劃在今年第二季度交付。此外,去年寧德時(shí)代也表示鈉離子電池要在 2023 年量產(chǎn),到今年上海車展前突然官宣將首發(fā)落地奇瑞汽車,預(yù)計(jì)第四季度上市。
圖/寧德時(shí)代考慮到寧德時(shí)代的量產(chǎn)和落地能力,以及發(fā)布會(huì)上宣布「年內(nèi)具備量產(chǎn)能力」的承諾,我們大概率將在今年晚些時(shí)候看到車規(guī)級(jí)凝聚態(tài)電池的量產(chǎn)消息,順利的話可能明年也就能看到凝聚態(tài)電池「上車」,同時(shí)可能迎來(lái)電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程的新一輪爆發(fā)式增長(zhǎng)。過(guò)去三十年,鋰電池的能量密度緩慢地從 100Wh/kg 提升到了 300Wh/kg,支撐了電動(dòng)汽車大規(guī)模進(jìn)入市場(chǎng),但從 300Wh/kg 提升到 500Wh/kg,將使電動(dòng)汽車的續(xù)航里程增長(zhǎng)到新的水平,可能徹底消弭消費(fèi)者對(duì)電動(dòng)汽車的最后一點(diǎn)顧慮。
從半固態(tài)到凝聚態(tài)
1990 年,美國(guó)橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室成功研發(fā)出了(全)固態(tài)電池,能量密度超過(guò)了 700Wh/kg,充放電上萬(wàn)次也不衰減,同時(shí)充滿還只需要幾分鐘。固態(tài)電池超高的能量密度、安全性和壽命等優(yōu)勢(shì),讓它成為了電池行業(yè)的「圣杯」,動(dòng)力電池的終極解決方案。但固態(tài)電池的量產(chǎn)依然難以實(shí)現(xiàn),豐田研究了三十年還是沒有量產(chǎn),寧德時(shí)代創(chuàng)始人兼董事長(zhǎng)曾毓群也說(shuō),2035 年以前固態(tài)電池都不會(huì)產(chǎn)業(yè)化。于是乎,半固態(tài)電池被很多動(dòng)力電池廠商和車企視為下一個(gè)階段的主力方向,作為通往終極方案的過(guò)渡方案,甚至就是終極方案。
曾毓群,圖/寧德時(shí)代而寧德時(shí)代則選擇了自己的「過(guò)渡路線」——凝聚態(tài)。事實(shí)上,曾毓群的博士研究方向就是凝聚態(tài)物理,他并不看好「固液混合」的半固態(tài)電池的技術(shù)路線,認(rèn)為其無(wú)法從本質(zhì)上解決液態(tài)部分電解質(zhì)的安全性問(wèn)題。與半固態(tài)電池不同,寧德時(shí)代凝聚態(tài)電池的電解質(zhì)為凝膠狀,既不是固態(tài)又不是液態(tài),但在物理上又兼具固態(tài)和液態(tài)的特性,使其比起半固態(tài)電池更兼具性能和安全性,又比固態(tài)電池更易實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)。比如困擾固態(tài)電池落地的一大難點(diǎn),就是固態(tài)與固態(tài)之間的接觸性問(wèn)題。
圖/美國(guó)能源部眾所周知,電池充放電的過(guò)程,實(shí)際也是離子通過(guò)電解質(zhì)在正負(fù)極之間進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程。液態(tài)電解質(zhì)下不存在接觸不緊密導(dǎo)致離子無(wú)法運(yùn)動(dòng)的問(wèn)題,然而固態(tài)電解質(zhì)下很難保證這一點(diǎn),凝膠狀電解質(zhì)則解決了這個(gè)問(wèn)題。當(dāng)然,這不意味著凝聚態(tài)電池就能全面替代半固態(tài)電池的未來(lái),況且規(guī)?;慨a(chǎn)后的成本也將是市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)鍵,決定了凝聚態(tài)電池會(huì)不會(huì)成為車企的選擇。但毫無(wú)疑問(wèn),凝聚態(tài)電池的商用化大概率將對(duì)整個(gè)動(dòng)力電池行業(yè)產(chǎn)生沖擊,加快飛機(jī)和汽車的電動(dòng)化進(jìn)程。
一條新的「起跑線」
乘聯(lián)會(huì)今年第一季度的數(shù)據(jù)顯示,國(guó)內(nèi)新能源乘用車的零售銷量達(dá)到了 131.3 萬(wàn)輛,同比去年增長(zhǎng) 22.4%,滲透率提升 6 個(gè)百分點(diǎn)至 34.2%。與此同時(shí),特斯拉一季度全球交付超過(guò)了 42 萬(wàn)輛,比亞迪的全球銷量更是達(dá)到 55.2 萬(wàn)輛。
與其他車企不同,特斯拉和比亞迪長(zhǎng)期信奉垂直整合模式,得益于此也形成了成本控制優(yōu)勢(shì)。尤其是在電池等核心零部件上的自研路線,讓他們更能應(yīng)對(duì)上游的成本壓力,在價(jià)格上有更多的調(diào)整空間,也可以更自主地選擇長(zhǎng)期的技術(shù)方向。
寧德時(shí)代客戶,圖/開源證券但與此對(duì)應(yīng),他們也要面對(duì)技術(shù)落后、路線錯(cuò)誤的風(fēng)險(xiǎn)。以寧德時(shí)代的凝聚態(tài)電池為例,沒有選擇比較主流的半固態(tài)路線,但在核心性能上卻大幅領(lǐng)先了同代的競(jìng)品,包括特斯拉的 4680?電池。只要成本適合,其他車企可以毫無(wú)顧忌地搭載上車,在關(guān)鍵的續(xù)航里程上取得領(lǐng)先。而對(duì)特斯拉和比亞迪來(lái)說(shuō),如果放棄自身的電池技術(shù)路線和產(chǎn)品,在電池成本上也就沒有了明顯優(yōu)勢(shì),甚至之前相應(yīng)的研發(fā)投入也要付之東流;如果堅(jiān)持自身的電池技術(shù)路線和產(chǎn)品,面對(duì)凝聚態(tài)電池的性能和安全優(yōu)勢(shì),尤其是旗下的高端汽車又要面臨產(chǎn)品關(guān)鍵能力上的質(zhì)疑。換句話說(shuō),凝聚態(tài)電池的橫空出世,既是寧德時(shí)代在電池上的一次重大突破,也給了其他車企一種可能的選擇和未來(lái)——讓比亞迪和特斯拉在電池技術(shù)上的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)大幅縮短,要么繼續(xù)搭載性能和安全性更差的電池,要么下馬回到同一個(gè)起跑線。不過(guò)未來(lái)實(shí)際如何,我們還是要等到凝聚態(tài)電池的正式量產(chǎn)或是上車。題圖來(lái)自 Pixabay
來(lái) 源:雷科技汽車出行組
編 輯:冬日果醬
排 版:Eater