2021年07月28日 | 下一代电池技术的突破或将终结内燃机时代

当马路上奔跑着的汽车逐渐有了E-hybrid标识、当高架上排队汇入主道的汽车大部分都是绿底沪牌、当本就拥挤不堪的停车场开辟出了许多充电专属车位……这些种种迹象都预示着，汽车电气化的浪潮，已经到来了！

但也有一些人对于电动汽车，依然持保留态度，这些质疑都集中在了电池身上。作为新能源汽车的核心动力组成部分，它的好坏在很大程度上决定了一辆车的综合性能。然而，根据电池本身的性质，安全系数和续航里程就是一组悖论，这也正是当前电池技术发展需要解决的矛盾。

目前主流的技术路线是三元锂电池和磷酸铁锂电池这两种方案，它们都拥有着各自不可替代的优势。三元锂电池技术路线背后代表着电动汽车的高续航里程，其能量密度大，但安全性较差。而磷酸铁锂电池技术路线则代表着安全，其能量密度只有三元锂电池的60%左右，且制造成本更具优势。

纵观电池技术在我国的发展历程你会发现，当新能源汽车刚刚进入普罗大众视野时，为了匹配内燃机等同的使用便利性，各大厂商普遍采用三元锂电池来提升续航。当电动车越来越普及，国家政策补贴开始收紧，产品开始注重智能化多元化时，磷酸铁锂电池开始走上主舞台中央。

据中国汽车动力电池产业创新联盟最新公布的数据，2021年5月，我国磷酸铁锂电池月产量首次超过了三元锂电池。截至2020年年底，我国三元锂电池和磷酸铁锂电池的产量占比还分别为58.1%和41.4%。2021年1-5月，我国磷酸铁锂电池累计产量占比已达50.3%，超过三元锂电池的49.6%。

从产业层面看，宁德时代、比亚迪、国轩高科等头部电池企业都在积极加码磷酸铁锂电池产能建设。其中，宁德时代和比亚迪推出的基于磷酸铁锂方案的CTP电池和刀片电池目前也获得了市场认可。

无论是三元锂电池还是磷酸铁锂电池，它们能量密度的提升都十分缓慢，它们的悖论依旧存在。也正因为如此，厂商各种新型的电池概念便开始层出不穷。比如，特斯拉高调喊出的46800电磁，但在实质上并没有什么突破。还有广汽埃安的石墨烯电池，号称“8分钟充满80% ，续航可达1000公里。”之后被证实为一场文字游戏。

在人口不过300多万的宁德市，电池龙头企业，宁德时代董事长曾毓群在5月份的公司股东大会上透露，宁德时代将于今年7月左右发布钠离子电池。在谈及电池技术的发展趋势时，曾毓群表示：“我们的技术在发展，钠离子电池已经成熟了。”

相比锂电池，钠离子电池有三大优势。一，存量丰富，钠是地壳中第六丰富的元素，地球中的钠含量占比约2.5%-3.0%，大约是锂元素的1000倍；二，是钠离子不会与铝形成合金，钠电池的负极可以用金属铝箔作为集流体，双铝集流体不存在过放电问题；三，是钠盐的电导率高于锂盐，钠离子电池可以采用低浓度的电解液来降低成本。

有研究机构表示，产业化后，钠离子电池或因原材料成本较低而具备一定成本优势，但是在电化学性能方面不及锂离子电池，锂离子电池仍将是未来新能源车动力电池主流技术路线，钠离子电池将在储能、低速新能源汽车、小动力等领域得到推广应用。

不过，有一种全新的电池有望改变整个行业格局，它就是固态电池技术。

所谓固态电池，是指采用固态电解质的动力电池。当下，磷酸铁锂电池和三元锂电池都属于液态电解液的锂电池。液态电解液锂电池由正极、隔膜、负极、电解液制造而成；而固态电池则是采用固态电解质取代隔膜和电解液。

固态电池相对于液态锂电池，最主要的优势体现在安全性和能量密度。液态锂电池一旦受到挤压、穿刺，就会导致隔膜破裂，造成正负极短路，同时锂电池内部产生大量热量，加上液态电解质里易燃的有机溶剂，结果就是电池起火甚至爆炸。

相比而言，固态电池的正负极不容易发生短路，固态电解质不可燃也不具有挥发性，且耐高温，在极端情况下不容易发生起火、爆炸。

从能量密度上来看，从理论上来讲，液态电解液锂电池的最高能量密度是350Wh/kg，而再加上电池管理系统等部件后，极限基本是全系统300Wh/kg。固态电池能够将能量密度提升到350Wh/kg以上，提高整车的续航里程。

根据资料显示，一辆固态汽车的续航里程可达1000公里（621 英里），充电仅需10分钟且在30年的使用寿命内可保持90%的电池性能。毫不夸张地说，如果能实现即内燃机时代的真正终结！

理想很美好，但现实很骨感。目前全球还没有哪家车企能够完全实现量产，固态电池尚存一些关键问题亟待攻克。

其一，固态电池的固态电解质的离子电导率较低；其二，固态电解质与电极间的界面阻抗较大，锂离子传输阻力大，影响电池容量的正常释放；其三，固态电池的工艺比较复杂，现在还没有达到量产水平。；其四，材料配套不成熟，制造成本高。

尽管如此，固态电池依旧是最有希望实现量产的下一代电池技术，这也无疑成为全球众多科研机构、车企、电池厂商以及国家关注和抢夺的高地。

在即将开幕的日本东京奥运会上，丰田汽车作为赞助商将首秀其最新的固态电池技术以及搭载固态电池的汽车。丰田汽车执行董事寺岛茂树表示，这款新车型预计2025年实现量产。

实际上不仅是丰田汽车，现代集团、大众汽车、宝马等车企，宁德时代、LG化学和松下等动力电池企业也在布局固态电池。

2021年7月,据韩联社报道现代汽车公司将向美国全固态电池开发商Solid Energy System(SES)投资1亿美元，以确保下一代电池技术，该公司也得到了宝马以及福特的资金注入；大众汽车集团方面则直接认为，全固态电池是锂离子电池开发的“最终章”，目前与美国硅谷初创企业Quantum Scape合作开发全固态电池；4月，宝马集团也发布规划称计划在2022年采购测试用电池，2025年前推出搭载固态电池的原型车，并在2025年之前开始对配备全固态电池的车辆进行路测，在2030年前实现量产。

回到国内市场，比亚迪宣布将在未来10年，最快五年内推出固态电池；今年1月，蔚来汽车在NIO Day上高调发布能量密度达360Wh/kg的150kWh固态电池包以及搭载该电池包续航将超1000km的蔚来ET7轿车，并表示计划将于2022年第四季度交付；辉能科技计划明年通过2GWh的示范线提供几家国营主机厂进行第一批固态电池量产车的投放，力争2026年达到50GWh；星盈科技也投资55亿元建立固态动力锂电池项目，规划年产能10GWh；宁德时代表示实验室将专注于金属锂电池、全固态电池和钠离子电池等下一代电池研发，持续对固态电池等技术进行前沿研究和产品研发投入。

此外，资本市场也在支持固态电池的发展。7月12日固态电池板块开盘走高，涨幅达3%；截至收盘，涨幅为4.2%；板块个股小康股份、江苏国泰、赣锋锂业涨停。

2019年的诺贝尔化学奖授予了美国、英国和日本的三位科学家，以表彰他们在锂离子电池领域的突出贡献。获奖者中，97岁高龄的古迪纳夫Goodenough先生，被誉为锂电之父，他仍然奋斗在一线，继续为下一代电池技术做贡献。我们有理由相信固态电池实现规模化生产和商业化发展的时日已并不遥远。