鉅大鋰電 | 點擊量：0次 | 2023年01月05日
整車"眼高"，電池"手低"，1000公里續(xù)航還是再等等
摘要：
1.三款1000公里續(xù)航純電車型相繼公布，引發(fā)行業(yè)專家和公司的熱烈討論，官媒點評少吹牛，多實干；
2.蔚來、智己、廣汽埃安在材料創(chuàng)新上各具特色，摻硅補鋰是主流方法，混合固態(tài)電池和石墨烯技術備受關注，長續(xù)航、零衰減和8分鐘快充恐難兼顧；
3.若要實現(xiàn)1000公里續(xù)航，電池材料的創(chuàng)新仍需更進一步，動力鋰電池廠商下一階段重點聚焦9系高鎳、富鋰、無鈷、固態(tài)、鋰金屬等路線；
4.鋰硫電池、氟離子電池、鋰空氣電池或為遠期發(fā)展方向，依據(jù)元素周期表構建高比能電池的步伐不會停歇。
經過多年的發(fā)展，國內新能源汽車產業(yè)成果喜人。2021年以來，電動汽車市場持續(xù)火熱，三家車企相繼公布1000公里長續(xù)航純電車型。是技術變革還是商業(yè)炒作？引發(fā)產業(yè)界廣泛討論。
2021年會是1000公里續(xù)航電動汽車的量產元年嗎？我們將結合車企公布的新技術和動力鋰電池廠商的產品布局，一探究竟。
01前情回顧：1000公里續(xù)航甚囂塵上，官媒點評少吹牛多實干
首先，來回顧一下事情的經過。
一月九日晚，蔚來NIODay上，李斌表示我們采用量產固態(tài)電池技術，實現(xiàn)了360wh／kg的超高能量密度，續(xù)航將超過1000公里。
一月十三日，上汽旗下智己汽車公布的兩款新車，據(jù)稱搭載了上汽和CATL共同開發(fā)、首次采用摻硅補鋰技術的電池，最大續(xù)航里程可達1000公里、20萬公里零衰減、永不自燃。
一月十五日，廣汽埃安官方微信公眾號公布全新動力鋰電池科技海報稱：石墨烯基超級快充電池，8分鐘可充滿80％，NEDC續(xù)航里程1000公里，硅負極電池讓電動汽車進入月充時代。
1000公里續(xù)航似乎成了2021年純電動新車上市的硬性指標。
一月十六日，我國電動汽車百人會論壇上，歐陽明高院士指出，第二點我想說的就是電池材料創(chuàng)新，其實是非常要厚積薄發(fā)的一件事情，要長期努力的。因為我們要平衡比能量、壽命、快充、安全、成本等相互矛盾的性能指標它們是相互矛盾的。假如某一位說，它既能跑1,000公里，又能幾分鐘充滿電，而且還特別安全，而且成本還非常低，大家不用相信，因為這是不可能的。這些方面，應該說近年來沒有特別大的突破。
院士一針見血得道出動力鋰電池的發(fā)展本質，材料的創(chuàng)新要長期努力，各性能指標的均衡不能一蹴而就。
而后，其他車企也開始表態(tài)。
威馬汽車董事長沈暉炮轟續(xù)航1000公里：背著電池滿街跑是一種巨大浪費。
大眾CEO馮思翰表示，大眾目前沒有推出1000KM續(xù)航電動汽車的計劃，假如電動汽車在追逐高續(xù)航里程這條道路上一直走下去的話，是惡性循環(huán)。
產業(yè)界議論斐然，資本市場波瀾起伏。新華社終于站出來警告，少吹牛，多實干!
從2020年的最高700公里，到2021年的1000公里，續(xù)航能力提升43%，這一大步能跨過去嗎？還是真的浮夸風在做祟？
02長續(xù)航離不開材料改良，多指標恐難一次兼顧
1000公里續(xù)航根本上是探討電池的問題，在正式探究之前，我們先簡單了解一下動力鋰電池的結構和工作原理。
動力鋰電池單體，即通常所說的電芯，結構上包含正負電極、隔膜、電解質（目前多為液態(tài)有機溶劑）、外殼和端子等。負極為碳素材料，正極為含鋰的化合物。
當對電池進行充電時，電池的正極上有鋰離子生成，生成的鋰離子經過電解液運動到負極。而作為負極的碳呈層狀結構，它有很多微孔，達到負極的鋰離子就嵌入到碳層的微孔中，嵌入的鋰離子越多，充電容量越高。
同樣，當對電池進行放電時，嵌在負極碳層中的鋰離子脫出，又運動回正極。回正極的鋰離子越多，放電容量越高。
電池的性能直接取決于其材料的搭配。目前已批量應用于鋰電池的正極材料重要有鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳酸鋰、鈷鎳錳酸鋰以及磷酸鐵鋰。負極材料有天然石墨、人造石墨、碳硅材料等。
純電動乘用車的動力鋰電池重要為磷酸鐵鋰（LFP）和三元鋰(NCM)兩條技術路線。
磷酸鐵鋰電池成本低、材料結構穩(wěn)定、安全性更高，但能量密度、充放電功率以及體積上表現(xiàn)較差，基本被排除在長續(xù)航的候選名單之外。
三元鋰電池能量密度更高、體積更小，由于金屬鈷的使用，成本高昂、安全性上有所欠缺，重要應用于中長續(xù)航車型上。
當前市面上的主流乘用車，多處在400-700公里續(xù)航之間。如何才能實現(xiàn)向1000公里續(xù)航的跨越？
盲目的塞電芯是行不通的，使得由于車內空間有限，電池包不可能肆意做大。新增的電池重量反過來會拖累車輛的續(xù)航，導致續(xù)航里程并不會隨電芯數(shù)量的提升線性上升，整體能效較低。
提高整車續(xù)航最根本的方式仍是提升電池包的能量密度，要從兩方面入手，電芯能量密度和系統(tǒng)結構。前者重要依靠材料的創(chuàng)新，后者重要表現(xiàn)為電芯到電池包系統(tǒng)結構的改良。
從三家車企公布的方法來看，多是基于前者改良材料工藝。
l蔚來汽車高鎳正極、硅碳負極、固化固液電解質三大創(chuàng)新
為支撐1000公里的續(xù)航，蔚來ET7車型采用150kWh電池包，電芯運用無機預鋰化硅碳負極、納米級包覆超高鎳正極材料、固化固液電解質三項技術。
原位固化固態(tài)電解質
蔚來此次公布的原位固化固態(tài)電解質技術讓固態(tài)電池的概念再次火熱。
固態(tài)電池和目前主流的傳統(tǒng)鋰電池最大的不同在于電解質。固態(tài)電池使用固體電解質，替代了傳統(tǒng)鋰電池的電解液和隔膜，可大幅提升理論能量密度和電池安全性。
但遺憾的是本次蔚來的方法并未做到全固態(tài)，屬于半固態(tài)或混合固態(tài)電池的一種，采用凝膠電解質提高導鋰性、穩(wěn)定性和安全性，使電池能量密度有較大提升，該方法依然要使用電解液和隔膜。
原位固化是指誘導液態(tài)電解質發(fā)生梯度固化，使其生成凝膠聚合物電解質阻擋層，如同夾心餅干，同時保留適量液態(tài)電解質。
由于全固態(tài)鋰電池的產業(yè)化還未成熟，半固態(tài)鋰電池是短時間的一種折中解決方法。
無機預鋰化硅碳負極
無機預鋰化硅碳負極是摻硅補鋰的一種方式。
當前電池負極的主流材料是石墨，其理論克容量約為372mAh/g，發(fā)展已進入瓶頸期。由于硅基材料具有很高的理論克容量（約4200mAh/g），通過在石墨負極材料中摻入硅，合成硅碳復合材料，可以提高負極儲存鋰離子的能力，從而提升電池能量密度，這一技術就是所謂的摻硅。
在TSLAModelS和ModelX時期，TSLA就已經開始在石墨負極中摻雜硅材料，當時硅的成分極少。到了Model3階段，硅的比例得到了提升，給電池性能提升帶來莫大的幫助，使得Model3實現(xiàn)500-600公里左右的續(xù)航里程。
補鋰是在負極材料（正極補鋰容易破壞材料結構）中預先通過電化學或其他方式填充鋰，來解決碳硅負極首次充放電帶來的高額鋰損耗（15%-30%），提升電池的循環(huán)壽命。
無論三元鋰還是磷酸鐵鋰，都能通過摻硅補鋰提高能量密度，碳硅負極的應用越來越廣泛。
納米級包覆超高鎳正極材料
由于鎳可以提高材料活性，提升電池能量密度，從NCM523、NCM622到NCM811，三元鋰的發(fā)展過程幾乎成為鎳含量不斷提高的過程。松下最新的4680電池、LG的NCMA四元鋰電池，正極鎳含量都超過90%。在工藝上通過納米級包覆手段可進一步提高正極材料的導電率和強度。
據(jù)介紹，通過從正負極材料和電解質的全面改良，蔚來電池單體能量密度達到360Wh/kg，位居行業(yè)前列。
l智己汽車115kWh摻硅補鋰電池，實現(xiàn)20萬公里零衰減
智己汽車在公布會上透露，其實現(xiàn)超長續(xù)航的重要技術手段也是摻硅補鋰，電芯單體能量密度達到300Wh/kg，具體的材料工藝沒有進一步透露。
其首臺轎車上將搭載115kWh的電池，實現(xiàn)1000公里的續(xù)航，意味著百公里電耗需達到11.5kWh，對動力系統(tǒng)綜合效率提出較高的要求。
智己動力鋰電池的另外兩個宣傳亮點是長壽命和高安全，宣稱可實現(xiàn)NEDC工況下20萬公里零衰減以及永不自燃的高安全等級。
20萬公里零衰減
電池衰減是一個老生常談的話題，根據(jù)國家工信部規(guī)定，從2016年起乘用車生產公司對電池、電機等核心部件必需供應8年或12萬公里質保(以先到者為準)。新能源汽車市場默認動力鋰電池衰減一旦超過20%就要更換，已成為約定俗成的標準。
一個來自荷蘭-比利時的TSLA車主論壇做了一份1462輛TSLA（多車型）的續(xù)航樣本調查。在前5萬英里（8.05萬公里）時，絕大部分車輛都保持在95%的電池健康水平，到10萬英里（16.06萬公里）時，大部分車輛的實際續(xù)航保持在92%以上。
相較于TSLA5萬公里衰減5%，智己汽車的20萬公里零衰減是否過于理想？實際情況還有待更多的測試和應用數(shù)據(jù)公布。
永不自燃
永不自燃方面，2020年CATL、比亞迪、欣旺達、孚能科技、蜂巢能源都推出了不起火動力鋰電池解決方法，業(yè)界正在努力實現(xiàn)由5分鐘向30分鐘不自燃不爆炸的安全標準轉變。
l廣汽埃安石墨烯基超級快充和硅負極能實現(xiàn)月充嗎？
廣汽埃安的全新動力鋰電池重要透露兩大材料創(chuàng)新，石墨烯基超級快充和硅負極。表現(xiàn)在產品力上，宣稱既能實現(xiàn)1000公里續(xù)航又能在8分鐘內充滿80%，備受行業(yè)質疑。
石墨烯基超級快充是石墨烯電池嗎？
石墨烯是一種由碳原子排列構成的單層四維蜂窩狀晶格結構新型納米材料，具有優(yōu)良的電子傳導性能、熱性能以及較高的比表面積，電子在石墨烯中流動更快，因此用石墨烯做導電劑可以促進快充和快放。由于價格昂貴，此前重要應用于手機等消費類電子當中。
在廣汽埃安的石墨烯基超級快充電池中，石墨烯也是作為導電劑使用，整體石墨烯含量不到10%。外加一核雙殼結構工藝的硅基鋰離子負極，一定程度上可以提升電池散熱、循環(huán)穩(wěn)定性、結構密度和放電倍率。
電池的命名一般遵循正極負極活性材料的規(guī)則，XX材料只有充當了正負極活性材料之一，才將其命名為XX電池。使用石墨烯作為導電劑的電池，只能被稱之為石墨烯基電池。
假如用石墨烯做負極，相較于普通石墨，在電池能量密度上的提升微乎其微，而且成本高昂，所以真正的石墨烯電池并未獲得行業(yè)重視。
根據(jù)廣汽埃安給出的信息，石墨烯基快充電池具備6C快充能力，結合高功率超充設備，最快8分鐘就能充電至80~85%。電芯能量密度280Wh/kg左右，壽命大于1600循環(huán)，整體電芯成本和目前市面上常規(guī)動力鋰電池成本相比較略高5-8%。
8分鐘充滿80%，能實現(xiàn)嗎？
2020年華為在數(shù)字能源產品線產業(yè)暨技術論壇上表示，在現(xiàn)有標準充電頭下，90kWh電池的實現(xiàn)6C充電，充電電壓需超過2000V，這是目前乘用車領域所無法實現(xiàn)的。當前業(yè)界最為領先的保時捷快充技術，僅可實現(xiàn)800V快充。
即便是在2021年超級充電頭標準下，90kWh電池假如實現(xiàn)6C快充，充電電壓需到達1080V，充電電流500A，充電功率達到540kW，2倍于TSLA目前的V3超級快充。
這要顯著提升整車電力水平，對電池材料、電池管理系統(tǒng)、功率器件、充電機、充電基礎設施是很大的考驗。
廣汽后來在通告中表示，該技術的普及有賴于國家超級快充相關標準的公布和高功率超充設備的建設進展，市場需求具有不確定性。
廣汽埃安總經理古惠南向記者表示，今年底就能做到8分鐘充滿80%同時續(xù)航還達1000公里。但這些技術我們肯定會分階段推廣，不會在今年九月份就把全部技術推出去，若全部推出，成本大家也受不了。
顯然，既能做到8分鐘充滿80%同時續(xù)航還達1000公里，今年是不會量產了。
所以，我們來總結一下。
蔚來汽車通過三項關鍵材料技術的改良提升動力鋰電池能量密度，加上150kWh的大容量電池包，在2022年兌現(xiàn)承諾的可能性較大。
智己汽車的摻硅補鋰符合主流技術路線，115kWh的電池包若要滿足1000公里續(xù)航，需嚴格控制百公里電耗。實現(xiàn)20萬公里零衰減仍需給出更多可以讓行業(yè)信服的技術支撐。
廣汽埃安通過硅基負極和石墨烯材料的應用，可有效提升電池能量密度和充放電性能，但既要長續(xù)航又要實現(xiàn)8分鐘快充，整車電力水平和充電設施等不確定因素太多，2021年預計無法同時達成。
03盤點動力鋰電池廠商：實現(xiàn)1000公里續(xù)航，仍需更進一步
三家車企雖然給出了新技術和新的性能指標，但能否順利落地，最終還得取決于動力鋰電池供應商的產業(yè)化程度。
從國內外重要動力鋰電池供應商的技術儲備來看，LG化學和SK創(chuàng)新長于多元化材料體系開發(fā)，軟包技術成熟，高鎳電池均已量產，LG化學NCM811電池批量配套TSLA。
國內動力鋰電池供應商中，CATL憑借在CTP結構創(chuàng)新和磷酸鐵鋰、中高鎳電池的全面布局，占據(jù)行業(yè)龍頭地位。比亞迪的刀片電池、國軒高科的JTM，通過無模組設計有效提升電池系統(tǒng)能量密度。孚能科技、億緯鋰能均具備高鎳軟包鋰電池生產量力，蜂巢能源成功研發(fā)出無鈷電池。
根據(jù)各電池廠商已公布的技術儲備，電芯能量密度總體處于180-300Wh/kg。
就當前高端電動汽車上較為常用的NCM811三元鋰電池而言，憑借260Wh/kg的能量密度，組裝成100kWh電池包可實現(xiàn)近700公里的續(xù)航里程。在其他要素不變的情況下，續(xù)航上升到1000公里，電芯能量密度需上升到370Wh/kg左右。
所以，若要穩(wěn)妥得實現(xiàn)1000公里續(xù)航，還有待電池技術的進一步發(fā)展，動力鋰電池廠商們正從各方面展開探索。
lCATL
CATL董事長曾毓群在我國電動汽車百人會論壇上提到，正在開發(fā)的BEV電池包，可以實現(xiàn)超過1000公里續(xù)航、10分鐘的快速充電、16年200萬公里的使用壽命，基本解決消費者里程焦慮、充電焦慮和壽命焦慮。
從官網上，我們看到CATL圍繞正負極材料、電解液、結構的優(yōu)化采取了一系列手段，高鎳、高壓、無模組、低鋰耗為重點發(fā)展方向。
根據(jù)CATL的技術規(guī)劃，300-350Wh/kg比能量電池的時間節(jié)點為2020年，350-500Wh/kg比能量電池的時間節(jié)點為2025年，滿足1000公里續(xù)航要求的動力鋰電池將在2020-2025年間的某個時間點實現(xiàn)量產。
lLG化學
據(jù)韓媒ETNews報道，LG化學旗下子公司LG能源解決方法計劃于2021年正式量產全球首款超高鎳NCMA四元電池。新配方新增了鋁，鎳含量高達90%的同時，鈷含量降至5%，有效降低電池成本。
此外，LG化學還致力于開發(fā)大圓柱電池(容量提升6倍、能量密度提升5倍)、鋰硫電池(2024-2025年量產應用小眾市場)、純固態(tài)電池(2028-2030年商業(yè)化)在內的下一代電池，通過改進的模組、電池包結構降低生產成本，提高生產效率。
l松下
松下正準備為TSLA生產4680電池，其采用了激光雕刻的無極耳技術，去掉了電池重要發(fā)熱部件，內阻減少，電池的熱穩(wěn)定可控性更高。4680電池長度為80mm，單體能量提升約5倍，功率相比有極耳電池提升了6倍，續(xù)航提升了16％。
另外，2020年松下高管表示，公司計劃在五年內將其相TSLA公司供應的21700電池單體能量密度提高20%，并在三年后將無鈷電池交付TSLA。
l蜂巢能源
2020年五月蜂巢能源全球首發(fā)了基于無鈷材料的電芯產品，這種NMX的無鈷材料具有高循環(huán)壽命、高安全性和高能量密度的核心優(yōu)勢。以熱穩(wěn)定性為例，它可輕松通過150℃的熱箱實驗。基于590模組的電芯設計，容量為115Ah，電芯的能量密度達到245Wh/kg，將在2021年實現(xiàn)量產。
綜合來看，當前人造石墨、硅碳負極、中高鎳正極等技術已實現(xiàn)廣泛應用，今后一段時間動力鋰電池廠商的產品布局將重要集中于9系高鎳、高壓、富鋰、無鈷、固態(tài)、鋰金屬等方向。
就能量密度來看，2020-2023年動力鋰電池廠商的重要任務仍將是鞏固量產300+Wh/kg比能量電池，2024-2025年期間有望實現(xiàn)400+Wh/kg突破，屆時1000公里純電續(xù)航才能實現(xiàn)常態(tài)化。
04依據(jù)元素周期表構建高比能電池的步伐不會停歇
當前圍繞現(xiàn)有三元鋰電池材料體系的改良最為穩(wěn)妥，但能力密度的提升也較為緩慢，2010-2020年十年間，電池能量密度提升了200%。
主流技術路線之外，鋰硫電池、氟離子電池、鋰空氣電池等技術也正在被研究和探討。
l鋰硫電池
鋰硫電池是鋰電池的一種，它以硫元素作為電池正極，金屬鋰作為負極，其電池能量較高。英國OXIS能源公司已經成功研發(fā)出能量密度達到了425Wh/kg的鋰硫電池。硫鋰電池對環(huán)境較為友好，是一種非常有前景的鋰電池。
l氟離子電池
氟離子電池是以氟化物作為載流子的可充電電池器件。本田公布的氟離子固態(tài)電池相關研究報告顯示，這種電池的能量密度可達鋰電池理論極限的10倍，-50℃時仍能達到常溫下75%的充放電水平。
l鋰空氣電池
鋰空氣電池是金屬空氣電池中的一種，由于使用分子量最低的鋰金屬作為活性物質，其理論比能量非常高，實際上可利用的能量密度可達1700Wh/kg，遠高于其它電池體系，有望成為未來的終極充電電池。
長遠來看，為應對電動汽車、電動器等場景，依據(jù)元素周期表構建高比能電池的步伐不會停歇。
05結語
總體而言，動力鋰電池廠商現(xiàn)有的產品還不足以使整車公司輕松實現(xiàn)1000公里續(xù)航，但這一需求必將在2025年前被滿足。如何兌現(xiàn)吹下的牛？除了期待性能卓越的動力鋰電池，極力優(yōu)化整車質量、風阻及動力系統(tǒng)效率同樣至關重要。
雖然技術進步的速度或許會比預期更快，但從技術突破到產業(yè)成熟是一個較為漫長的過程，要整車公司和電池廠商耐心鉆研，不斷驗證迭代。我們期待公司商業(yè)運作的背后，高鎳電池、富鋰電池、無鈷電池、固態(tài)電池等創(chuàng)新技術能夠快速落地，真正解決新能源車的技術痛點。
