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电池技术路径抉择，永不停息的豪赌

时间:2024-01-24 08:34来源:禾颜阅车 作者:陈德军
点击: 次
 
比亚迪一出手就是100亿，新年伊始便加强对未来电池产业的战略布局。这可不是个轻松的决定，因为钠电池还没有广泛应用，前途未知，这100个小目标甚至有可能打水漂。不过，这并不是比亚迪一家喜欢豪赌，友商同样争先恐后在钠电池、固态电池等前景并不明朗的领域长期做大笔的资金投入。
 
比亚迪财大气粗，一边在海外密集建厂，一边在国内投资建新项目。2024年1月4日，比亚迪（徐州）钠离子电池项目举行开工仪式，该项目总投资100亿元，主要生产钠离子电池电芯以及PACK等相关配套产品，计划年产能30GWh。和锂电池不同，钠电池还没有被广泛应用，未来到底什么样还没有定论。出手就是100亿，着实需要勇气。不过，比亚迪并不孤单，丰田等车企以及宁德时代等电池厂商皆在电池领域下注不手软。目前，群雄逐鹿，为未来市场投子占位。
 
百家争鸣的锂家天下
 
当下，新能源汽车市场还是有锂走遍天下。磷酸铁锂和三元锂操戈多年，至今胜负未分。为取得竞争优势，各家的电池都在迅速迭代，以百舸争流之势，推动了行业整体技术水平的突飞猛进。
 
2020年3月29日，比亚迪发布刀片电池，采用CTP无模组方案，这是电池行业的重大突破。时至今日，比亚迪之刀依然锋利，既带动电池利润，也促进了车辆销售。比亚迪这几年风生水起，刀片电池功不可没。
 
你有刀，我有子弹。随后，广汽埃安针锋相对地推出弹匣电池，同样在安全性上有突出表现。多家车企也在行动，岚图琥珀、大禹电池、魔方电池、蜂巢……爆款频出，一派百花齐放繁荣景象。
 
宁王也在发起新一轮进攻，其去年6月发布的第三代CTP电池——麒麟电池，能量密度达255Wh/kg。极氪、哪吒搭载麒麟电池后，将电动车的续航加码到千公里。
 
各家新作层出不穷，大幅度提升了新能源汽车安全性和续航里程。不过，这些创新都局限于电池结构，而非材料本身。就像是在仓库里存放白银，各家想方设法改变摆放的形式以提升仓库的储量，但是都还没能把白银换成黄金。
 
钠电池能替代锂电池吗？
 
不管是三元锂还是磷酸铁锂，都需要大量用锂，这对地球的锂矿储备是莫大挑战。而家底丰厚的钠早已在替补席上摩拳擦掌。
 
钠电池和锂电池都产生于上世纪80年代前后，而锂之所以能击败钠率先成为顶流，是因为锂的能量密度更大。同样质量或体积的钠电池储能不如锂电池。但是，目前情况有所变化，新能源车保有量连年暴增，锂电家族余粮不多，不知哪天就会陷入巧妇难为无米之灶的窘境。
 
锂元素在地壳中的含量仅为 0.0065%，而且主要分布在南美，中国锂资源占全球不过6%。作为新能源大国，当然要预先避免卡脖子事件的发生。反观钠资源，那储量是相当丰富，谁每天不吃点氯化钠呢。钠在地壳中的储量为2.74%，仅柴达木盆地就存着3216亿吨的钠盐。锂再怎么优秀，在钠的低成本面前都只能低头。
 
除了家底厚实，钠还有一些锂比不了的优点，比如充电更快。目前，三元锂电池将电量从 20%充至80%通常需要 30 分钟的时间，磷酸铁锂需要 45 分钟左右，而钠电池只需要 10 分钟左右。而且，钠电池的化学性质比锂电池稳定很多，不易自燃。更厉害的是，钠离子电池还不怕冷，在-20°C 低温环境中，拥有 90%以上的放电保持率。先天破解新能源车充电时长、自燃与低温掉电三大焦虑。
 
由钠替代锂，理论上讲不算困难，两种电池的工作原理十分相似，都是利用离子在正负极之间嵌脱过程实现充放电。这意味着如果用钠代替锂，许多工厂的设备不需要做太大改变，汽车的配套部件也不用重起炉灶，产业链很容易完成改造。
 
2024年，或是钠电汽车的元年。1月5日，江淮钇为与中科海宣布，全球首款量产钠离子电池车“花仙子”钠电版批量交付。在去年底，孚能科技在江铃新能源能量工厂，举行了全球首辆钠电车型江铃易至EV3（青春版）的下线仪式，如不出意外，这款车在今年将上市。
 
不过，最近钠电池的进展可能会降速。1 月 11 日，上海钢联给钠电池泼了冷水，电池级碳酸锂均价报 9.7 万元 / 吨。而在 2022 年，其价格一度狂飙冲破 60 万元 / 吨。现在的价格还不到巅峰时的1/6。如果不考虑成本优势，那么能量密度高的锂自然更有竞争力。钠的春天，总要等锂价回暖才能到来。
 
固态电池将是锂家新秀
 
如果选择钠电池是出于成本考虑的无奈之举，那么固态电池则是用了都说好的奢侈品。固态电池对电池市场和新能源汽车的改变或是颠覆性的。
液态电池与固态电池的对比示意
 
传统锂电池中的隔膜和电解液，占据了近40%的体积和25%的质量。由此可直接看出，固态电池的减肥效果有多可观，而这才只是部分疗效。
 
电解液会带来许多麻烦，最讨厌的是会产生锂枝晶。锂枝晶不断吞噬电解液和锂获得成长，以降低电池效能。长大之后，还可以刺穿隔膜导致电池内部短接，造成热失控从而引发燃烧爆炸，这是车辆自燃的重要罪魁。电解液还存在高温下发生氧化分解、产生气体等安全隐患。 
 
取消电解液和隔膜之后，正负极之间的距离被大幅缩短，甚至可以达到几到十几个微米的级别，从而质变式降低电池厚度。 当固态电解质的厚度薄到毫米级以下时，其柔性程度也会有明显的提高。配合非刚性外壳，制成的电池可以承受几千次的弯曲而保持性能基本不衰减。 这给电池在车辆上的搭载方式提供了更多想象空间。
 
固态电池在汽车上使用时还可以取消冷却管、电子控件等附属设备，进一步降低成本和重量。
 
而且电池的能量密度也将明显提高，可以达到500Wh/kg至600Wh/kg，是现有三元锂电池能量密度的两倍以上。
 
但是，固态电池的缺点就是贵。经过全球科研人员数十年的努力，目前半固态与全固态电池的综合成本依然是现有锂电池的两到三倍。蔚来ET7仅仅采用半固态电池，成本都高达25万以上。降低成本是固态电池研发的重点之一。
 
因为固态太贵，蔚来决定先弄个“半成本品”过渡一下。2023年12月17日，蔚来CEO李斌驾驶蔚来ET7，从上海行驶到厦门，跑满1044公里后，还剩下3%的电量。半固态电池的电芯同时存在固态电解质和电解液，电解液含量占比在5%-10%，而超过10%的就是液态电池。该电池包的能量密度达360Wh/kg，续航里程突破1000公里。
 
钠与锂之争升级
 
比亚迪的徐州项目钠离子电池项目一下注就是100亿。
 
大企业往往会在各种可能的方向先行占位，除了钠和固态，燃料电池、超级电容器、铝空气电池、镁电池等等方向都要布局，以避免被人堵路的尴尬。宁德时代、比亚迪等企业都在多方向押下重注。
 
不过，在锂电池领域，比亚迪一点也不敢怠慢。比亚迪已在巴西建立起约合人民币约45亿元的生产基地，其中包括了专门从事磷酸铁锂电池材料加工的工厂。比亚迪设法参与到锂矿的开发当中，从而在根源上获得主动权。据英国《金融时报》报道，比亚迪驻南美国家董事长Alexandre Baldy表示，已与锂矿开发商Sigma锂业就供应协议、合资或收购进行了讨论。
 
固态电池方面，比亚迪早在2016年以前就开始投入研发工作，目前在国内的相关专利数量位列前茅。果然是有钱人不做选择题。
 
不仅比亚迪，各门各派都在悄然做着未来规划。
 
华为的强项一直是智能技术。但也没有放松在电池领域的争夺。2022年4月1日，华为通过旗下深圳哈勃投资入股中科海钠，而中科海钠则是由中科院研究员领衔的专门研发钠电池的企业。中科海钠于2017年成立，于次年6月，完成了中国首辆钠离子电池低速电动车的示范演示。
 
目前，国内已有宁德时代、孚能科技、比亚迪、中科海钠、传艺科技、钠创新能源、众钠能源、立方新能源、鹏辉能源、派能科技、华宇钠电新能源等超200家企业逐鹿钠电池。一方面说明竞争激烈，另一方面说明钠离子存在发展空间。
 
至于固态电池何时能真正向市场交出答卷，还是存在诸多不确定性。丰田、宝马、大众、雷诺-日产-三菱联盟、现代等车企跑在前头。此外，三星SDI、LG化学等传统锂电池厂商和旭化成、优美科、索尔维等材料厂商紧随其后。
 
2023年7月，丰田宣称将于2027年向市场投放配备“全固态电池”的纯电汽车，充电10分钟，行驶1200公里，续航距离延长至现有EV的2.4倍。2023年2月，日产宣布全固态电池研发成功，2025年开始试生产，2028年生产一款由固态电池驱动的全新电动汽车。
 
中国企业也不断加快固态电池的研发。近5年，我国固态电池全球专利申请量年均增长20.8%，增速位列全球第一。
 
未来，究竟是钠离子电池还是锂离子电池占到上风？如果实力雄厚，或可考虑像比亚迪一样多路径押注。
 
点评
 
当下新能源车的发展历程，就是不断破解里程、自燃、低温、充电等等焦虑的过程。其中，电池既是核心也是瓶颈。各家在电池研发上的资金占比都很大，在多个技术路径上布局，抢占未来的技术高地，至少可避免遭遇别人的技术壁垒。惨烈的竞争，极大地加速了技术进步的进程。
 
(责任编辑：子蕊)
文章标签： 电池
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