动力电池迷雾，新一代产物为何姗姗来迟？

李承烯 2024-04-01 12:15 432

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对于电池的发展周期，行业有公认的进度表，那便是30年为一个周期。按照三十年一个周期计算，下一代电池的现身时间应在2020年左右。但直到2024年，下一代电池还没有走到大规模商业化阶段。

作为新能源汽车(Car)的核心部件，各方对此都高度重视，这不禁让人产生一个疑问，那就是为什么至今还没有新的突破？

30年周期没有失效，但电池的进展依旧漫长

新一代电池为何迟迟没有现身？这还要从电池的核心部分说起。

电池的基本原理是用高活性的金属材料制作阳极，用较稳定的材料制作阴极，阳极材料由于库仑力的原因会发生还原反应（丢失电子），电子流向阴极发生氧化反应（获得电子），电池内部（电解液）则发生阴极的阴离子流向阳极与阳离子结合，由此形成回路，产生电能。不同种类的电池，主要是正负极和电解液材料不同，每一代电池的突破之处也在于此。

以铅酸电池和锂离子电池为例。铅酸电池正极的主要成分是二氧化铅，负极的主要成分是铅，电解液锂离子电池正极的主要成分是含锂的过渡金属氧化物、磷化物，负极的主要成分是碳材料。与铅酸电池相比，锂离子电池的能量密度更高，这是新能源汽车(Car)选择锂离子电池的主要原因。

发现新材料，是一个漫长的过程。

锂离子电池的正极材料在1980年就确定下来了，分别是钴酸锂、磷酸铁锂和锰酸锂。但直到1991年，吉野彰摆脱负极锂金属限制，创新性使用石墨作为负极，才开发出了第一款商用锂离子电池。

在锂离子电池之后，行业又发明了几种使用新材料的电池，如固态电池、钠离子电池。

固态电池的发展历史(History)可以追溯到十九世纪。当时迈克尔·法拉第发现了固体电解质硫化银和氟化铅，开启了固态电池的研究序幕。不过由于涉及基础科学研究，固态电池的进展十分缓慢。

直到二十世纪五十年代之后，科学家相继在固态电解质材料上取得了突破，固态电池的发展进程才加快了。到了九十年代，米国橡树岭我国实验室开发了新型固态电解质氮化锂磷氧。

除了材料创新，业界还在物理层面尝试让动力电池“换新”。

动力电池按照形状划分可分为方形、软包和圆柱三种，方形的射击场份额最高，约为60%。

以特斯拉为代表的企业希望(Hope)用圆柱电池替代方形电池。圆柱电池可以分为小圆柱和大圆柱两类，前者已经是成熟产品，后者是行业新兵。大圆柱电池的代表是特斯拉提出的4680圆柱电池（直径46毫米、高度80毫米的电池）。在特斯拉看来，这是提升续航、降本的最佳尺寸。

除了特斯拉，宁德时代、松下、LG等企业，也布局了大圆柱电池。但大圆柱电池也没有走到商业化阶段，4680电池已经难产。

固态电池最火，但不是将来？

固态电池是动力电池行业的顶流，承载着下一代电池的重任。

现在的动力电池的电解液都是液态，固态电池的电解液变成了固态电解质。按照电解液的形态划分，固态电池又分为准固态、半固态和全固态三种。准固态液体电解质质量百分比 5%，半固态液体电解质质量百分比 10%，全固态则不含有任何液体电解质。

固态电解质具有更高的热稳定性，这能让动力电池使用能量密度更高的正负极材料，从而提高车辆的续航。在“续航是测消费者购车时的最大顾虑”的当下，固态电池无疑能让消费者打消顾虑，因此它也成为了行业追捧的香饽饽。

目前(Currently)，固态电池的技术路线分为聚合物、氧化物与硫化物三种路线，它们(They)各有优劣。

其中性能最好的是硫化物，是三种材料体系中离子电导率最高的，且质地较为柔软，可塑性强。日韩企业是硫化物的支持者，丰田、三星、松下都选择了这个路线。

其中最为激进的是丰田，它的成果也最丰厚。早在2012年，丰田就拿出了全球首款硫化物固态电池，其专利储备多达1300+项，位列世界第一。

可见日本(Japan)车企的高管虽然会发出一些贬低新能源汽车(Car)的言论，但他们(They)的身体还是很诚实的。不过，丰田也没法让固态电池量产。丰田曾在2017年宣布将在2020-2025年，推出十款以上采用固态电池的纯电车，随后却跳票了。2023年，纯电动汽车(Car)销量在丰田总销量中的占比不到1%。

这主要是因为硫化物路线的技术难度太高。这种材料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。另外，它还容易与空气中的水分发生反应，释放有毒的硫化氢气体，这对生产、加工和运输环节提出了很高的要求，企业需要一些特殊手段。

目前(Currently)，半固态电池的商业化进展比较快。

去年12月，蔚来创始人李斌做了一场直播续航测试，测试的对象就是半固态电池（容量为150度）。这款半固态电池包由蔚来汽车(Car)和卫蓝新能源合作开发，单电芯能量密度为360Wh/kg，整包能量密度260Wh/kg。采用了原位固化的固液电解质，无机预锂化的硅碳负极，纳米级包覆的超高镍正极。经过李斌实测，搭载150度半固态电池的ET7的续航超过1044km（剩余36km)，平均百公里能耗为13.2千瓦时。

在测试的时候，李斌还表示，这款半固态电池包不会向第三方供货。“目前(Currently)，150度电池包非常难量产，产量比较低，良率也很有挑战。”李斌说。

难产只是半固态电池的挑战之一，有业内人士透露，这可能许是目前(Currently)全球单位（每WH）成本最高的电池包，甚至超过了特斯拉的4680电池成本。“无论是材料还是制造工艺，肯定都是最贵的。”

可以看到，即便是进展较快的半固态电池，现在也面临成本问题。以此推导，全固态电池的普及之日更是遥遥无期。因此，固态点吃的问题不是“是不是将来”，而是什么时候能“拉出来溜溜”。

钠电池是将来吗？

如果回到电池进化的原点，半固态可能者固态电池其实都不能算是真正的下一代电池，它们(They)的正负极材料依然是锂离子，只是在电解液部分有创新。行业也在研发新的正负极材料，那就是钠离子电池。

相比锂离子电池，钠离子电池的优势并不是更高的能量密度，而是优秀的低温性能。

新能源汽车(Car)在冬季和高寒地区，续航会打折扣，这是由于锂离子电池不耐低温。

目前(Currently)，锂离子电池的工作温度区间为 -20℃-60℃，在我国东北地区，-20℃只是日常。钠离子电池可以在-40℃-80℃ 的温度区间正常工作，在-20℃ 环境下的容量保持率近 90%，在-40 ℃低温下可以放出 70%的容量，在高温 80 ℃时仍然可以正常循环充放电使用。

如果新能源能够使用钠离子电池，其市场覆盖范围自然(Nature)会更广。另外，相比锂电池，钠电池的成本更低。

宁德时代、比亚迪都布局了钠电池业务。更重要的是，钠电池已经走到商业化阶段了。

今年(This Year)1月，全球首款搭载钠离子电池的新能源汽车(Car)江淮钇为“花仙子钠电版”正式向用户批量交付，这款车由中科海钠宣布与江淮钇为联合推出。在此之前，孚能科技(Technology)与江铃集团合作推出的江铃易至EV3（青春版）也下线了。

钠电版花仙子为A00级车型，采用的钠离子电芯为中科海钠ME12圆柱电芯，其能量密度大于等于140Wh/kg，续航里程为252公里。江铃易至EV3（青春版）也是A00级车型，续航为251公里，孚能科技(Technology)目前(Currently)已投产的钠离子电池能量密度在140至160Wh/kg之间。

从数据上来看，这两款钠电池车型的续航明显要短一些。而新能源汽车(Car)的发展方向是续航越来越长，难道钠电池也不是动力电池的下一个选择？这取决于能量密度和成本。磷酸铁锂电池就是在这两点的帮助下，在市场份额上超越了三元锂电池。

现在，钠电池的能量密度已经接近磷酸铁锂电池，中科海钠在研钠离子电芯能量密度已超过160Wh/kg。此时，成本是否经济(Economy)，就显得更重要。毕竟新能源苦电池久矣，广汽董事长曾庆洪和小米董事长雷军都公开吐槽过电池太贵。

其中最重要的是相对成本，即相对于磷酸铁锂电池的成本。浙江青钠董事长王子煊曾公开表示，当碳酸锂价格下探到10万元/吨时，钠离子电池的边际成本领先12%左右；如果碳酸锂价格回归到5万元/吨，钠离子电池的边际成本仅领先约5%。也就是说，当钠电池在成本上“遥遥领先”磷酸铁锂电池时，市场就有更强的推广动力。

鉴于江淮钇为的销量并不算好，难以通过终端的规模优势让钠离子电池降本。与磷酸铁锂电池相比，钠离子电池的现状是处于从1到N的起步阶段。

总的来看，无论是固态电池还是4680电池、钠电池，业界一直都在探索可能性，但目前(Currently)还没有找到可以替代锂电池的选项。

作者：天玑

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