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僅僅過去兩三年，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。可以說，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)榻酉聛磉€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)汽車廠商們來說，凝聚態(tài)電池的量產(chǎn)還意味著，未來面對(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，不過該版本目前在蔚來官網(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，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)可能迎來電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程的新一輪爆發(fā)式增長(zhǎng)。過去三十年，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，能量密度超過了 700Wh/kg，充放電上萬次也不衰減，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，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)為其無法從本質(zhì)上解決液態(tài)部分電解質(zhì)的安全性問題。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)之間的接觸性問題。
圖/美國(guó)能源部眾所周知，電池充放電的過程，實(shí)際也是離子通過電解質(zhì)在正負(fù)極之間進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)的過程。液態(tài)電解質(zhì)下不存在接觸不緊密導(dǎo)致離子無法運(yùn)動(dòng)的問題，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，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。但毫無疑問，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了 42 萬輛，比亞迪的全球銷量更是達(dá)到 55.2 萬輛。
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)特斯拉和比亞迪來說，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，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——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。不過未來實(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。題圖來自 Pixabay
來 源：雷科技汽車出行組
編 輯：冬日果醬
排 版：Eater
