電池技術(shù)路徑抉擇，永不停息的豪賭

時(shí)間:2024-01-24 08:34來(lái)源:禾顏閱車 作者:陳德軍
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比亞迪一出手就是100億，新年伊始便加強(qiáng)對(duì)未來(lái)電池產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略布局。這可不是個(gè)輕松的決定，因?yàn)殁c電池還沒(méi)有廣泛應(yīng)用，前途未知，這100個(gè)小目標(biāo)甚至有可能打水漂。不過(guò)，這并不是比亞迪一家喜歡豪賭，友商同樣爭(zhēng)先恐后在鈉電池、固態(tài)電池等前景并不明朗的領(lǐng)域長(zhǎng)期做大筆的資金投入。
 
比亞迪財(cái)大氣粗，一邊在海外密集建廠，一邊在國(guó)內(nèi)投資建新項(xiàng)目。2024年1月4日，比亞迪（徐州）鈉離子電池項(xiàng)目舉行開(kāi)工儀式，該項(xiàng)目總投資100億元，主要生產(chǎn)鈉離子電池電芯以及PACK等相關(guān)配套產(chǎn)品，計(jì)劃年產(chǎn)能30GWh。和鋰電池不同，鈉電池還沒(méi)有被廣泛應(yīng)用，未來(lái)到底什么樣還沒(méi)有定論。出手就是100億，著實(shí)需要勇氣。不過(guò)，比亞迪并不孤單，豐田等車企以及寧德時(shí)代等電池廠商皆在電池領(lǐng)域下注不手軟。目前，群雄逐鹿，為未來(lái)市場(chǎng)投子占位。
 
百家爭(zhēng)鳴的鋰家天下
 
當(dāng)下，新能源汽車市場(chǎng)還是有鋰走遍天下。磷酸鐵鋰和三元鋰操戈多年，至今勝負(fù)未分。為取得競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，各家的電池都在迅速迭代，以百舸爭(zhēng)流之勢(shì)，推動(dòng)了行業(yè)整體技術(shù)水平的突飛猛進(jìn)。
 
2020年3月29日，比亞迪發(fā)布刀片電池，采用CTP無(wú)模組方案，這是電池行業(yè)的重大突破。時(shí)至今日，比亞迪之刀依然鋒利，既帶動(dòng)電池利潤(rùn)，也促進(jìn)了車輛銷售。比亞迪這幾年風(fēng)生水起，刀片電池功不可沒(méi)。
 
你有刀，我有子彈。隨后，廣汽埃安針?shù)h相對(duì)地推出彈匣電池，同樣在安全性上有突出表現(xiàn)。多家車企也在行動(dòng)，嵐圖琥珀、大禹電池、魔方電池、蜂巢……爆款頻出，一派百花齊放繁榮景象。
 
寧王也在發(fā)起新一輪進(jìn)攻，其去年6月發(fā)布的第三代CTP電池——麒麟電池，能量密度達(dá)255Wh/kg。極氪、哪吒搭載麒麟電池后，將電動(dòng)車的續(xù)航加碼到千公里。
 
各家新作層出不窮，大幅度提升了新能源汽車安全性和續(xù)航里程。不過(guò)，這些創(chuàng)新都局限于電池結(jié)構(gòu)，而非材料本身。就像是在倉(cāng)庫(kù)里存放白銀，各家想方設(shè)法改變擺放的形式以提升倉(cāng)庫(kù)的儲(chǔ)量，但是都還沒(méi)能把白銀換成黃金。
 
鈉電池能替代鋰電池嗎？
 
不管是三元鋰還是磷酸鐵鋰，都需要大量用鋰，這對(duì)地球的鋰礦儲(chǔ)備是莫大挑戰(zhàn)。而家底豐厚的鈉早已在替補(bǔ)席上摩拳擦掌。
 
鈉電池和鋰電池都產(chǎn)生于上世紀(jì)80年代前后，而鋰之所以能擊敗鈉率先成為頂流，是因?yàn)殇嚨哪芰棵芏雀蟆Ｍ瑯淤|(zhì)量或體積的鈉電池儲(chǔ)能不如鋰電池。但是，目前情況有所變化，新能源車保有量連年暴增，鋰電家族余糧不多，不知哪天就會(huì)陷入巧婦難為無(wú)米之灶的窘境。
 
鋰元素在地殼中的含量?jī)H為 0.0065%，而且主要分布在南美，中國(guó)鋰資源占全球不過(guò)6%。作為新能源大國(guó)，當(dāng)然要預(yù)先避免卡脖子事件的發(fā)生。反觀鈉資源，那儲(chǔ)量是相當(dāng)豐富，誰(shuí)每天不吃點(diǎn)氯化鈉呢。鈉在地殼中的儲(chǔ)量為2.74%，僅柴達(dá)木盆地就存著3216億噸的鈉鹽。鋰再怎么優(yōu)秀，在鈉的低成本面前都只能低頭。
 
除了家底厚實(shí)，鈉還有一些鋰比不了的優(yōu)點(diǎn)，比如充電更快。目前，三元鋰電池將電量從 20%充至80%通常需要 30 分鐘的時(shí)間，磷酸鐵鋰需要 45 分鐘左右，而鈉電池只需要 10 分鐘左右。而且，鈉電池的化學(xué)性質(zhì)比鋰電池穩(wěn)定很多，不易自燃。更厲害的是，鈉離子電池還不怕冷，在-20°C 低溫環(huán)境中，擁有 90%以上的放電保持率。先天破解新能源車充電時(shí)長(zhǎng)、自燃與低溫掉電三大焦慮。
 
由鈉替代鋰，理論上講不算困難，兩種電池的工作原理十分相似，都是利用離子在正負(fù)極之間嵌脫過(guò)程實(shí)現(xiàn)充放電。這意味著如果用鈉代替鋰，許多工廠的設(shè)備不需要做太大改變，汽車的配套部件也不用重起爐灶，產(chǎn)業(yè)鏈很容易完成改造。
 
2024年，或是鈉電汽車的元年。1月5日，江淮釔為與中科海宣布，全球首款量產(chǎn)鈉離子電池車“花仙子”鈉電版批量交付。在去年底，孚能科技在江鈴新能源能量工廠，舉行了全球首輛鈉電車型江鈴易至EV3（青春版）的下線儀式，如不出意外，這款車在今年將上市。
 
不過(guò)，最近鈉電池的進(jìn)展可能會(huì)降速。1 月 11 日，上海鋼聯(lián)給鈉電池潑了冷水，電池級(jí)碳酸鋰均價(jià)報(bào) 9.7 萬(wàn)元 / 噸。而在 2022 年，其價(jià)格一度狂飆沖破 60 萬(wàn)元 / 噸。現(xiàn)在的價(jià)格還不到巔峰時(shí)的1/6。如果不考慮成本優(yōu)勢(shì)，那么能量密度高的鋰自然更有競(jìng)爭(zhēng)力。鈉的春天，總要等鋰價(jià)回暖才能到來(lái)。
 
固態(tài)電池將是鋰家新秀
 
如果選擇鈉電池是出于成本考慮的無(wú)奈之舉，那么固態(tài)電池則是用了都說(shuō)好的奢侈品。固態(tài)電池對(duì)電池市場(chǎng)和新能源汽車的改變或是顛覆性的。
液態(tài)電池與固態(tài)電池的對(duì)比示意
 
傳統(tǒng)鋰電池中的隔膜和電解液，占據(jù)了近40%的體積和25%的質(zhì)量。由此可直接看出，固態(tài)電池的減肥效果有多可觀，而這才只是部分療效。
 
電解液會(huì)帶來(lái)許多麻煩，最討厭的是會(huì)產(chǎn)生鋰枝晶。鋰枝晶不斷吞噬電解液和鋰獲得成長(zhǎng)，以降低電池效能。長(zhǎng)大之后，還可以刺穿隔膜導(dǎo)致電池內(nèi)部短接，造成熱失控從而引發(fā)燃燒爆炸，這是車輛自燃的重要罪魁。電解液還存在高溫下發(fā)生氧化分解、產(chǎn)生氣體等安全隱患。 
 
取消電解液和隔膜之后，正負(fù)極之間的距離被大幅縮短，甚至可以達(dá)到幾到十幾個(gè)微米的級(jí)別，從而質(zhì)變式降低電池厚度。 當(dāng)固態(tài)電解質(zhì)的厚度薄到毫米級(jí)以下時(shí)，其柔性程度也會(huì)有明顯的提高。配合非剛性外殼，制成的電池可以承受幾千次的彎曲而保持性能基本不衰減。 這給電池在車輛上的搭載方式提供了更多想象空間。
 
固態(tài)電池在汽車上使用時(shí)還可以取消冷卻管、電子控件等附屬設(shè)備，進(jìn)一步降低成本和重量。
 
而且電池的能量密度也將明顯提高，可以達(dá)到500Wh/kg至600Wh/kg，是現(xiàn)有三元鋰電池能量密度的兩倍以上。
 
但是，固態(tài)電池的缺點(diǎn)就是貴。經(jīng)過(guò)全球科研人員數(shù)十年的努力，目前半固態(tài)與全固態(tài)電池的綜合成本依然是現(xiàn)有鋰電池的兩到三倍。蔚來(lái)ET7僅僅采用半固態(tài)電池，成本都高達(dá)25萬(wàn)以上。降低成本是固態(tài)電池研發(fā)的重點(diǎn)之一。
 
因?yàn)楣虘B(tài)太貴，蔚來(lái)決定先弄個(gè)“半成本品”過(guò)渡一下。2023年12月17日，蔚來(lái)CEO李斌駕駛蔚來(lái)ET7，從上海行駛到廈門，跑滿1044公里后，還剩下3%的電量。半固態(tài)電池的電芯同時(shí)存在固態(tài)電解質(zhì)和電解液，電解液含量占比在5%-10%，而超過(guò)10%的就是液態(tài)電池。該電池包的能量密度達(dá)360Wh/kg，續(xù)航里程突破1000公里。
 
鈉與鋰之爭(zhēng)升級(jí)
 
比亞迪的徐州項(xiàng)目鈉離子電池項(xiàng)目一下注就是100億。
 
大企業(yè)往往會(huì)在各種可能的方向先行占位，除了鈉和固態(tài)，燃料電池、超級(jí)電容器、鋁空氣電池、鎂電池等等方向都要布局，以避免被人堵路的尷尬。寧德時(shí)代、比亞迪等企業(yè)都在多方向押下重注。
 
不過(guò)，在鋰電池領(lǐng)域，比亞迪一點(diǎn)也不敢怠慢。比亞迪已在巴西建立起約合人民幣約45億元的生產(chǎn)基地，其中包括了專門從事磷酸鐵鋰電池材料加工的工廠。比亞迪設(shè)法參與到鋰礦的開(kāi)發(fā)當(dāng)中，從而在根源上獲得主動(dòng)權(quán)。據(jù)英國(guó)《金融時(shí)報(bào)》報(bào)道，比亞迪駐南美國(guó)家董事長(zhǎng)Alexandre Baldy表示，已與鋰礦開(kāi)發(fā)商Sigma鋰業(yè)就供應(yīng)協(xié)議、合資或收購(gòu)進(jìn)行了討論。
 
固態(tài)電池方面，比亞迪早在2016年以前就開(kāi)始投入研發(fā)工作，目前在國(guó)內(nèi)的相關(guān)專利數(shù)量位列前茅。果然是有錢人不做選擇題。
 
不僅比亞迪，各門各派都在悄然做著未來(lái)規(guī)劃。
 
華為的強(qiáng)項(xiàng)一直是智能技術(shù)。但也沒(méi)有放松在電池領(lǐng)域的爭(zhēng)奪。2022年4月1日，華為通過(guò)旗下深圳哈勃投資入股中科海鈉，而中科海鈉則是由中科院研究員領(lǐng)銜的專門研發(fā)鈉電池的企業(yè)。中科海鈉于2017年成立，于次年6月，完成了中國(guó)首輛鈉離子電池低速電動(dòng)車的示范演示。
 
目前，國(guó)內(nèi)已有寧德時(shí)代、孚能科技、比亞迪、中科海鈉、傳藝科技、鈉創(chuàng)新能源、眾鈉能源、立方新能源、鵬輝能源、派能科技、華宇鈉電新能源等超200家企業(yè)逐鹿鈉電池。一方面說(shuō)明競(jìng)爭(zhēng)激烈，另一方面說(shuō)明鈉離子存在發(fā)展空間。
 
至于固態(tài)電池何時(shí)能真正向市場(chǎng)交出答卷，還是存在諸多不確定性。豐田、寶馬、大眾、雷諾-日產(chǎn)-三菱聯(lián)盟、現(xiàn)代等車企跑在前頭。此外，三星SDI、LG化學(xué)等傳統(tǒng)鋰電池廠商和旭化成、優(yōu)美科、索爾維等材料廠商緊隨其后。
 
2023年7月，豐田宣稱將于2027年向市場(chǎng)投放配備“全固態(tài)電池”的純電汽車，充電10分鐘，行駛1200公里，續(xù)航距離延長(zhǎng)至現(xiàn)有EV的2.4倍。2023年2月，日產(chǎn)宣布全固態(tài)電池研發(fā)成功，2025年開(kāi)始試生產(chǎn)，2028年生產(chǎn)一款由固態(tài)電池驅(qū)動(dòng)的全新電動(dòng)汽車。
 
中國(guó)企業(yè)也不斷加快固態(tài)電池的研發(fā)。近5年，我國(guó)固態(tài)電池全球?qū)＠暾?qǐng)量年均增長(zhǎng)20.8%，增速位列全球第一。
 
未來(lái)，究竟是鈉離子電池還是鋰離子電池占到上風(fēng)？如果實(shí)力雄厚，或可考慮像比亞迪一樣多路徑押注。
 
點(diǎn)評(píng)
 
當(dāng)下新能源車的發(fā)展歷程，就是不斷破解里程、自燃、低溫、充電等等焦慮的過(guò)程。其中，電池既是核心也是瓶頸。各家在電池研發(fā)上的資金占比都很大，在多個(gè)技術(shù)路徑上布局，搶占未來(lái)的技術(shù)高地，至少可避免遭遇別人的技術(shù)壁壘。慘烈的競(jìng)爭(zhēng)，極大地加速了技術(shù)進(jìn)步的進(jìn)程。
 
(責(zé)任編輯：子蕊)
文章標(biāo)簽： 電池
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