電池技術(shù)路徑抉擇，永不停息的豪賭

時間:2024-01-24 08:34來源:禾顏閱車 作者:陳德軍
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比亞迪一出手就是100億，新年伊始便加強對未來電池產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略布局。這可不是個輕松的決定，因為鈉電池還沒有廣泛應(yīng)用，前途未知，這100個小目標(biāo)甚至有可能打水漂。不過，這并不是比亞迪一家喜歡豪賭，友商同樣爭先恐后在鈉電池、固態(tài)電池等前景并不明朗的領(lǐng)域長期做大筆的資金投入。
 
比亞迪財大氣粗，一邊在海外密集建廠，一邊在國內(nèi)投資建新項目。2024年1月4日，比亞迪（徐州）鈉離子電池項目舉行開工儀式，該項目總投資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，計劃年產(chǎn)能30GWh。和鋰電池不同，鈉電池還沒有被廣泛應(yīng)用，未來到底什么樣還沒有定論。出手就是100億，著實需要勇氣。不過，比亞迪并不孤單，豐田等車企以及寧德時代等電池廠商皆在電池領(lǐng)域下注不手軟。目前，群雄逐鹿，為未來市場投子占位。
 
百家爭鳴的鋰家天下
 
當(dāng)下，新能源汽車市場還是有鋰走遍天下。磷酸鐵鋰和三元鋰操戈多年，至今勝負未分。為取得競爭優(yōu)勢，各家的電池都在迅速迭代，以百舸爭流之勢，推動了行業(yè)整體技術(shù)水平的突飛猛進。
 
2020年3月29日，比亞迪發(fā)布刀片電池，采用CTP無模組方案，這是電池行業(yè)的重大突破。時至今日，比亞迪之刀依然鋒利，既帶動電池利潤，也促進了車輛銷售。比亞迪這幾年風(fēng)生水起，刀片電池功不可沒。
 
你有刀，我有子彈。隨后，廣汽埃安針鋒相對地推出彈匣電池，同樣在安全性上有突出表現(xiàn)。多家車企也在行動，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255Wh/kg。極氪、哪吒搭載麒麟電池后，將電動車的續(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，這些創(chuàng)新都局限于電池結(jié)構(gòu)，而非材料本身。就像是在倉庫里存放白銀，各家想方設(shè)法改變擺放的形式以提升倉庫的儲量，但是都還沒能把白銀換成黃金。
 
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，這對地球的鋰礦儲備是莫大挑戰(zhàn)。而家底豐厚的鈉早已在替補席上摩拳擦掌。
 
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，是因為鋰的能量密度更大。同樣質(zhì)量或體積的鈉電池儲能不如鋰電池。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，不知哪天就會陷入巧婦難為無米之灶的窘境。
 
鋰元素在地殼中的含量僅為 0.0065%，而且主要分布在南美，中國鋰資源占全球不過6%。作為新能源大國，當(dāng)然要預(yù)先避免卡脖子事件的發(fā)生。反觀鈉資源，那儲量是相當(dāng)豐富，誰每天不吃點氯化鈉呢。鈉在地殼中的儲量為2.74%，僅柴達木盆地就存著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，鈉還有一些鋰比不了的優(yōu)點，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長、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極之間嵌脫過程實現(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，最近鈉電池的進展可能會降速。1 月 11 日，上海鋼聯(lián)給鈉電池潑了冷水，電池級碳酸鋰均價報 9.7 萬元 / 噸。而在 2022 年，其價格一度狂飆沖破 60 萬元 / 噸。現(xiàn)在的價格還不到巔峰時的1/6。如果不考慮成本優(yōu)勢，那么能量密度高的鋰自然更有競爭力。鈉的春天，總要等鋰價回暖才能到來。
 
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奈之舉，那么固態(tài)電池則是用了都說好的奢侈品。固態(tài)電池對電池市場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。
 
電解液會帶來許多麻煩，最討厭的是會產(chǎn)生鋰枝晶。鋰枝晶不斷吞噬電解液和鋰獲得成長，以降低電池效能。長大之后，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，正負極之間的距離被大幅縮短，甚至可以達到幾到十幾個微米的級別，從而質(zhì)變式降低電池厚度。 當(dāng)固態(tài)電解質(zhì)的厚度薄到毫米級以下時，其柔性程度也會有明顯的提高。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還可以取消冷卻管、電子控件等附屬設(shè)備，進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)電池的缺點就是貴。經(jīng)過全球科研人員數(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ET7僅僅采用半固態(tài)電池，成本都高達25萬以上。降低成本是固態(tài)電池研發(fā)的重點之一。
 
因為固態(tài)太貴，蔚來決定先弄個“半成本品”過渡一下。2023年12月17日，蔚來CEO李斌駕駛蔚來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10%的就是液態(tài)電池。該電池包的能量密度達360Wh/kg，續(xù)航里程突破1000公里。
 
鈉與鋰之爭升級
 
比亞迪的徐州項目鈉離子電池項目一下注就是100億。
 
大企業(yè)往往會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。寧德時代、比亞迪等企業(yè)都在多方向押下重注。
 
不過，在鋰電池領(lǐng)域，比亞迪一點也不敢怠慢。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)法參與到鋰礦的開發(fā)當(dāng)中，從而在根源上獲得主動權(quán)。據(jù)英國《金融時報》報道，比亞迪駐南美國家董事長Alexandre Baldy表示，已與鋰礦開發(fā)商Sigma鋰業(yè)就供應(yīng)協(xié)議、合資或收購進行了討論。
 
固態(tài)電池方面，比亞迪早在2016年以前就開始投入研發(fā)工作，目前在國內(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規(guī)劃。
 
華為的強項一直是智能技術(shù)。但也沒有放松在電池領(lǐng)域的爭奪。2022年4月1日，華為通過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，完成了中國首輛鈉離子電池低速電動車的示范演示。
 
目前，國內(nèi)已有寧德時代、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。一方面說明競爭激烈，另一方面說明鈉離子存在發(fā)展空間。
 
至于固態(tài)電池何時能真正向市場交出答卷，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年開始試生產(chǎn)，2028年生產(chǎn)一款由固態(tài)電池驅(qū)動的全新電動汽車。
 
中國企業(yè)也不斷加快固態(tài)電池的研發(fā)。近5年，我國固態(tài)電池全球?qū)＠暾埩磕昃鲩L20.8%，增速位列全球第一。
 
未來，究竟是鈉離子電池還是鋰離子電池占到上風(fēng)？如果實力雄厚，或可考慮像比亞迪一樣多路徑押注。
 
點評
 
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，在多個技術(shù)路徑上布局，搶占未來的技術(shù)高地，至少可避免遭遇別人的技術(shù)壁壘。慘烈的競爭，極大地加速了技術(shù)進步的進程。
 
(責(zé)任編輯：子蕊)
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