【g14论坛】纯电动车的悲哀

制作|老虎嗅觉汽车集团

作家|子南法师

头部地图|视觉中国

比亚迪刀片电池凭借一己之力将磷酸铁锂从异化中吸引过来。6月13日，在2021年中国汽车重庆论坛上，比亚迪总裁王传福这样说道。

磷酸铁锂电池生产、销售数据的逆袭给了国王更多的底气。据中汽协统计，2021年5月磷酸铁锂电池装机量为4.5GWh，环比为40.9%，产量为8.8GWh，占5月全国电力电池产量的63.6%。即使5月份磷酸铁锂电池的装机量不超过3元锂电池，从5月份的产量数据来看，磷酸铁锂电池逆袭锂离子电池只是时间问题。

2021年5月电力电池产量数据来源：中国汽车电力电池产业创新联盟

磷酸铁锂电池逆袭三元锂电池对王传福和比亚迪来说是好事。但是对纯电动车产业来说不是好消息。

电力电池安全问题得到解决，但磷酸锂在能量密度等方面表现不佳。在纯电动车强调安全性的当下，磷酸铁锂不能逆袭。但是对于纯电动车来说，仅仅安全是不够的。

成本高，能量密度不足，持有率低，充电慢，可自燃。从零件的角度来看，纯电动车的所有槽点都来自电池。如果花30万台买纯电动车，相当于花10万韩元买一堆电池。这堆电池总有一天会烧掉你的车，让你的车在冬天趴着，你要到处找充电桩喂它，而且它的贬值速度会超出你的想象。你能忍受它吗？

事实上，电池不行已经是常识了。锂电池技术的发展已经进入了相对低迷时期。

1982年诺贝尔奖得主约翰古迪纳夫的牛津大学研究小组首次报道了钴酸锂正极材料研究。1996年，John Gudinaf也发现磷酸铁锂材料性能优于传统正极材料，磷酸铁锂电池从实验室出来，开始实现商业化。

前面提到的钴酸锂电池和磷酸铁锂电池是目前纯电动汽车中配备的三元锂电池和磷酸铁锂电池的原型。这些技术早在二三十年前就已经提出或基本定型了。虽然目前单位锂电池的能量密度接近300Wh/kg，但电池技术的发展始终只是一个量的变化。后人在锂电池问世几十年来，坏掉的元素周期表也没有制造更合适的替代材料，只能改变材料比例，改善生产工艺，提高技术参数。(莎士比亚，研究，研究，研究，研究，研究，研究，研究)

近年来，纯电动车市场受到资本的追捧，电池技术发展滞后的问题登上了舞台。锂电池制造工艺的改进和电池材料的微创新正在逐渐挤出磷酸铁锂电池的潜力，三元锂电池的安全问题也没有得到解决。市场对先进电池技术的需求和目前电力电池研发ampd能力、制造工艺的错误搭配成为阻碍纯电动车发展的主要矛盾。

简单地说，先进、快速发展的纯电动车是稍微畸形的产品。

随着电池技术的缓慢发展，“固态电池”、“石墨烯”等词成为新能源汽车企业产品的卖点。这给市场一种错觉，认为电源电池中存在的很多问题似乎有很多解决方法。

但是到目前为止，这些词只存在于PPT和实验室，车上还没有。

当企业开始创造单词而不是电池的时候。

随着纯电动车市场渗透率的逐步上升，渴望高科技的极客群体已经不能满足市长/市场膨胀的需求，新能源汽车企业需要新消费群体的偏好。纯电动车想取代燃油车，从路线上看很容易。解决电池问题。但是现在的情况是这样的。电池问题还没有解决。为了忽悠新人，企业只能启动宣传机器。

2021年以后，为了缓解业界和消费者对电力电池的不安感，引入了新的电池技术概念，成为电池供应商和汽车企业的日常。宣传新的电池技术不仅可以提升纯电动车企业的技术品牌形象，还可以提升股价，为什么不这样做呢？

5月21日，电力电池巨头宁德市时代宣布将于7月公布钠离子电池。宁德市时代，虽然没有公布钠离子相关技术参数，但在锂电池原材料价格持续波动的情况下，宁德市时代这种态度仍然点燃了资本市场。消息公布后，中氯化工、华阳股份等钠电池概念股一度上涨，宁德市时代的市值也在随后的5月31日暂时突破了1万亿元大关。

道理很简单。钠离子电池所需的钠元素并不稀缺。钠离子电池技术成功应用后，宁德市时代不仅有机会摆脱上游原材料供应商吸血的情况，还意味着出现了价格更低的电池。(阿尔伯特爱因斯坦)(美国)。

但是一些业内人士认为，钠离子电池不会改变现有动力电池技术路线的格局。

钠电池目前最理想的技术指标也赶不上磷酸铁锂电池，比铅酸电池好一点。真实锂研究分析师墨菲说，墨子闻起来像老虎。业界估计，钠电池从实验室到大规模生产至少需要5年的时间。这意味着宁德市时代即将推出的钠电池技术对现在的新能源汽车产业几乎没有帮助。

另外，宁德市时代不是第一次关心钠离子。早在2013年，突破钠电池技术路线的美国初创公司Aquion Energy就获得了比尔盖茨的投资。但2017年，该公司因融资失败而宣告破产。

“钠电池量产应用仍有很多困难。“目前宁德市时代可能更想通过新的技术路线向上游供应商施加压力，”默科说。

除了宁德市时代的钠离子电池外，将搭载在国产特斯拉model Y上的LG化学4元锂电池也是近期电力电池技术发展的焦点之一。

据说明，LG化学的四元锂电池由于四元素铝和镍的比例提高，大大降低了正极材料中钴的比例，预计将大大降低电池中钴元素的含量，从而降低成本。在全球钴产量极度波动，电力电池成本上升的今天，4元锂电池的无钴化技术成果是肯定的。但是从根本上说，所谓的四锂电池仍然是概念炒作。

“现在三元锂电池不只有三种元素，很多企业为了提高电池性能而增加元素，LG化学。”

四元锂电池只是在名字上有创新，如果其他企业愿意，现在市面上也能有五元锂、六元锂”，一位动力电池企业内部人士对虎嗅表示。

宁德时代对四元电池的回应 来源：万得股票

从特斯拉在2020电池日推出4680电池、无极耳技术以来，发明电池技术的风气就已出现。

2021年1月9日，蔚来汽车发布新车型ET7并推出一款单体能量密度达360Wh/kg的固态电池。据蔚来宣称，搭载该电池包的ET7车型NEDC续航里程将超1000公里，而该电池包则计划于2022年第四季度交付。

蔚来对其所发布固态电池的相关描述 来源：蔚来汽车官方微博

在蔚来开完发布会后，1000公里续航几乎成为新能源车企的新指标。随后，在1月15日下午，广汽也发布“黑科技”石墨烯快充电池。据广汽描述，该石墨烯快充电池最快8分钟就能充电至80%且单车续航里程可达1000公里。

一夜之间，好像电池技术革命已经到来，“固态电池”、“石墨烯”不再遥远，而1000公里续航更是轻而易举，一切都变得科幻起来。

随后的1月16日，中国科学院院士欧阳明高在中国电动汽车百人会2021论坛对这股1000km风潮做出点评：“如果有人告诉你，这个车能跑1000km，几分钟能充满电，还很安全，成本还很低，这是不可能的，大家不要相信。“除欧阳明高的回应外，多数业内观点也认为蔚来所推出的360Wh/kg能量密度电池无法在2022年量产装车。

抛开量产难度，前述车企所提出的新型电池概念也并不具备革命性，其所使用的技术方法只能算“微创新”。

以广汽的石墨烯快充电池为例，这个名字看上去给人以一种广汽已研发出纯石墨烯电池的错觉，但实际上广汽只是在锂电池中加入石墨烯材料作为导电剂。这项技术并非广汽首创。石墨烯供应商昊鑫科技技术总监张晓鸿就曾公开表示，比亚迪秦、唐系列的电池都已采用石墨烯作为导电剂。

而蔚来宣布推出的固态电池也不是真正的固态电池，虽然被定义为“固态电池”，但该电池实际上是半固态电池，仍需使用电解液、隔膜。

在这波车企的电池概念创造中，除了能看出企业在营销上的狡黠外，也不难发现动力电池已经很久没有突破性的技术创新了。

以特斯拉的2020年电池日为例，除了一百万英里电池的跳票，特斯拉推出的“4680电池”、“无极耳”技术的概念也令人失望。其中，4680电池并不是电化学意义上的技术创新，是和目前宁德时代的CTP无模组技术、比亚迪刀片电池方向一致的大模组或者无模组结构改进。而特斯拉提出的“无极耳”电池的技术设想其实与消费电子电池的全极耳技术无异。

特斯拉对4680无极耳电池的相关参数描述 来源：特斯拉官方微博

车企与电池厂商不断在电池技术上做文章，无法改变电化学材料技术停滞的现实。当车企开始将电池技术作为卖点时，也正意味着电池的问题已成为全行业的焦虑。此外，对于在自动驾驶、智能网联等领域并不突出的车企，电池的优劣在很大程度上就决定了车型的产品力。

遗憾的是，车企们空有对动力电池技术的设想，没有电芯研发制造能量。想解决电池问题，还要靠电池供应商。

按下葫芦浮起瓢

动力电池业内通常会从能量密度、安全性、成本、使用寿命、耐温性、补能速度等6个维度去评价一款动力电池的产品力。

锂电池一般以电池所采用的正极材料命名。而三元锂电池与磷酸铁锂电池的主要区别也在正极材料。磷酸铁锂材料是目前最安全的锂离子电池正极材料，但其额定电压是3.2V，在目前的主流正极材料中处于下游，所以磷酸铁锂电池的能量密度相对较低。而锂镍钴锰等三元锂电池正极材料的额定电压普遍超过3.5V。

虽然三元锂电池的能量密度表现更好，但三元锂电池的自燃温度在200℃左右，远低于磷酸铁锂500-800℃的自燃温度。另外，三元锂材料的化学反应更加剧烈，会释放氧分子，在高温作用下电解液会迅速燃烧，发生连锁反应。这也是搭载三元锂电池的纯电动车频繁自燃的原因。而三元锂电池的电解液本身就是易燃物，所以从材料的角度出发，三元锂电池的安全问题无法根治。

在新能源汽车产业发展的各个阶段，每个评价维度的权重也不同。在纯电动车发展初期，里程焦虑是头等难题，能量密度更高的三元锂电池成为香饽饽。随着动力电池工艺改进，纯电动车续航追平燃油车，安全性成了新的问题。而在锂、钴等动力电池原材料价格持续波动的当下，成本问题也开始凸显。

令人遗憾的是，当电池安全性成为焦点时，市场上并未出现全新的电池以取代三元锂电池。2020年以来，特斯拉、小鹏等车企接连开始转向磷酸铁锂电池。即使磷酸铁锂有刀片电池、CTP等技术的加持，但从电化学材料的角度来看，市场选择能量密度更低的磷酸铁锂是一种妥协。

磷酸铁锂材料本身的能量密度提升，已触及天花板。

虎嗅在查阅工信部网站披露文件后发现，工信部新能源汽车推荐车型目录中，多个选用磷酸铁锂电池的车企的不同车型能量密度均没有变化。以宇通客车为例，在工信部2021年第五批新能源汽车推广应用推荐车型目录中，搭载宁德时代磷酸铁锂电池的宇通牌ZK6732BEVQZ3纯电动客车能量密度为161.20Wh/kg，而在15个月前，工信部的2020年第一批新能源汽车推广应用推荐车型目录中，宇通牌ZK6815BEVG14纯电动城市客车的能量密度为161.40Wh/kg。

关于宇通客车相关车型的信息 来源：工信部

这意味着，宇通客车车型所搭载的磷酸铁锂电池能量密度至少已有15个月没有提升。“宇通用的铁锂电池是宁德时代最好的铁锂电池，能量密度两三年没提升过”，一位接近宁德时代的人士对虎嗅表示。

众所周知，锂电池由正极片、负极片、隔膜、电解液、结构件等元件构成，锂电池的充放电通过锂离子在正负极之间的移动实现。在单位体积和重量的条件下，搬运更多能量或储存更多锂离子的电池能量密度就更高。

在这样的前提下，提升锂电池能量密度的路径就包括：1、在单位体积和重量条件下，让锂离子的搬运活动更频繁。2、在单位体积和重量条件下，塞进更多锂离子。而比亚迪刀片电池及宁德时代CTP技术就是通过改进锂电池电芯结构以实现能量密度的提升。这相当于在商品房里减少公摊面积，增加住房的实际面积，对锂离子来说是个好事。

当前，由于三元锂电池在安全性、成本等方面的劣势，磷酸铁锂电池依旧有巨大的市场需求。固态电池等新型电池量产仍未有具体时间线，部分电池厂商选择继续在磷酸铁锂电池上下重注。

2021年初，宁德时代中国区乘用车解决方案部总裁项延火就曾表示，宁德时代计划通过对磷酸铁锂材料体系的设计与挖掘，将磷酸铁锂电池的能量密度提升至200Wh/kg-230Wh/kg。此外，比亚迪也曾表示磷酸铁锂电池材料仍有提升空间，在单体能量密度上也会通过材料体系和工艺的优化继续提升。

但从宁德时代的表态来看，磷酸铁锂电池未来能量密度的提升将更多从电芯结构入手。据项延火介绍，宁德时代目前正在开发第二代平台化的CTP电池系统，计划于2022年-2023年投放市场。

磷酸铁锂这条技术路线上，未来的终极解决方案或许是类似于宁德时代CTC（Cell To Pack，将电芯集成到电池包）技术的电芯结构。宁德时代预计于2025年在车辆上应用CTC技术。

即使改变电芯结构后的磷酸铁锂电池能量密度仍有提升空间，但当前三元锂电池的能量密度仍以每年超过10%的增长率提高，等到2025年，采用CTC技术的磷酸铁锂在能量密度上将被三元锂电池甩开一大截。

磷酸铁锂前途未卜，改进三元锂电池材料成为另一条突围路径。当前，LG化学与宁德时代等厂商都在探索超高镍三元锂电池，四元电池及811电池就是这条技术路线的产物。通过提高三元锂电池中镍元素的比例，可以将电池能量密度进一步提升并降低原材料成本。

据前述接近宁德时代人士测算，未来超高镍电池能量密度有望到达350Wh/kg。但在镍含量超过 90% 后，电池的热稳定性会迅速下降，同时容量保持率也开始下降。也就是安全性降低、更容易衰减。

当前，改善高镍三元电池安全性的主要方式是提升其结构稳定性。通过用镁、钛等元素掺杂和金属氧化物的包覆以稳定电池的层结构。但这个解决方案并不完美，掺杂和包覆用量多会很大程度降低材料的容量，过少就不能很好地稳定材料的结构，因此无法从根本上解决高镍三元材料的安全性问题。

在这样的情况下，一个既能保持电芯能量密度又可兼顾安全性的过渡性方案出现了--固混电池。通过将电池中的电解液换成固态电解质与电解液混合的状态，可大幅提升电池的安全性。

据前述人士介绍，当电解液占整体电解质的5%-10%时，动力电池的安全问题可基本解决。但如何提高固混电池的能量密度仍是个难题。“电解液的密度接近水的密度，但固态电解质的密度比电解液大很多，如果在相同体积的电池中加入固态电解质，电池的重量就会增加，同时意味着单位质量的能量密度降低”，他说。

因此，想提升固混电池的能量密度，仍需在正负极材料上做文章。

“当前所有技术路线的终点都是材料问题，我们的终极目标是解决电池材料的问题，如果解决不了就只能从其他方面改进，但改进终究是有极限的”，前述人士说。

下一代电池何时到来？

既然前述的这些电池都没有成为“六边形战士”的潜力，那么谁行呢？

电池能量密度的提升不同于集成电路容量的增长模式，储能电池的能量密度提升是台阶式的，当新的电池材料体系确定时，电池的理论能量密度就已经确定。因此，只有发明出新的材料体系，电池能量密度的飞跃才有可能实现。

上一次电池材料体系的更替，是锂电池出现并超越铅酸电池。也正因为锂电池应用，我们才得以告别“大哥大”，用上智能机。当下的新能源汽车行业，需要这样的革命再次发生。

工信部于2020年底发布的动力电池技术路线图2.0 来源：工信部

事实上，超越锂离子电池能量密度的电池材料体系早已存在，但这些电池材料的量产应用都面临基础科学难题、技术瓶颈与工程化应用的挑战。

以目前业内认可度最高的全固态电池为例，采用锂金属为负极材料的全固态电池虽然可以从本质上提升电池的安全性与能量密度，但其所需的锂金属负极的枝晶问题在过去的三十多年中都没有解决。

此外，宁德时代创始人曾毓群也曾在接受采访时表示，全固态电池所需的固态电解质中离子扩散速度仅为电解液的十分之一，若要提升能量密度只能将固态颗粒纳米化。整体而言，根据当前的研发水平，全固态电池的能量密度并未超越液态锂电池，且成本更高。如果全固态电池在技术上实现了突破，350Wh/kg甚至400Wh/kg的安全电芯也将成为现实。

全固态电池的量产还存在诸多难题。但部分车企和电池厂商已给出全固态电池量产时间点。日前，LG新能源亚洲营销总经理朴镇庸在2021中国汽车论坛上透露，LG新能源正在着手开发拥有更优秀安全性能的聚合物和硫化物的全固态电池，争取2026年实现量产。而宁德时代此前也曾表态，将在2025年左右量产全固态电池。

宁德时代此前发布的技术路线 来源：宁德时代官方

然而，造出新型电池是一个系统性的工程，这需要全行业的努力、电池材料基础科学发展和电池制造工艺的提升。

此外，量产也不代表大规模商用。“当前业内估算全固态电池的成本比锂电池高4倍以上，即便固态电池商用，也是先在消费电子产品上应用，等固态电池成本降下来才会在汽车上使用，悲观一点的话，大规模商用要2030年”，墨柯说。

电池技术的突破不会一蹴而就，新能源汽车零部件的切换也要经过时间的考验。在全固态电池到来之前，三元锂电池和磷酸铁锂电池仍将继续占领市场。

但可以确定的是，当全固态电池开始大规模取代三元锂电池和磷酸铁锂电池时，燃油车将会被纯电动车扫进历史的垃圾堆。

参考资料：

1、《三元正极材料安全性及其改善方法》--赵甜梦

2、《高能量密度锂电池开发策略》--储能科学与技术

3、《钴酸锂正极材料与锂离子电池的发展——2019 年诺贝尔化学奖解读》--黄云辉

4、《锂离子动力电池技术现状及发展趋势》--科技进展

5、《重新梳理动力电池技术路线与前景》--汽车纵横

6、《动力电池技术发展瓶颈分析及建议》--张微

7、《新能源汽车电池技术发展瓶颈分析及对策研究》--张微

8、《新能源汽车降本增效技术路线》--严佳丽

9、《电动汽车新一代动力电池的研究现状》--陶思成

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本文源自虎嗅网