專題
[摘要]伴隨著動力電池市場競爭日趨激烈，圍繞著動力電池的創新不斷提速，新技術及新產品不斷涌現。然而業內認為，無論是在結構方面創新，還是材料方面創新，都必須堅持以安全性作為基石，高能量密度、高倍率性能作為主要發展方向的三大基本原則不變。
作為新能源車最核心的零部件，近年來隨著我國新能車產銷量呈現爆發式上升，鋰電池行業迎來發展的黃金期。為應對日益增長的市場需求，動力電池企業紛紛跑馬圈地，投入巨額資金擴產。粗略統計，目前僅國內對外公布的規劃電池產能已超3000GWh。業內人士預估，動力電池產能過剩已是板上釘釘的事情，整個行業也將提前進入到下半場競爭。
業內普遍的共識是，動力電池企業之間的競爭，從根本上來說還是技術之爭。自2020年特斯拉正式公布4680大圓柱電池后，國內電池企業及整車企業自然也不甘心被特斯拉搶去風頭。在寧德時代及比亞迪的帶動下，主流電池企業不斷發布新的電池技術，創造出新的電池名稱。譬如寧德時代的麒麟電池、比亞迪的刀片電池、蜂巢能源的短刀電池等。
而在整車企業方面，包括上汽、廣汽、長城、哪吒等都研發了自己的動力電池技術。包括上汽的魔方電池、廣汽的彈匣電池、長城的大禹電池、哪吒的天工電池等。在電池新材料尚未突破之際，這些帶著不同名稱的電池技術，主要還是在電池結構上進行創新。大家希望通過電池結構的優化創新，來達到提升電動汽車續航能力、安全性及降成本等目的。
截至目前，這些動力電池技術大多還處于研發及驗證階段。除比亞迪刀片電池外，還沒有哪種電池技術在新能源車上得到廣泛的應用。技術方向的轉變，可能只在朝夕之間。業內分析認為，當產能這個相對較低的門檻趨于飽和，技術將主導下輪競爭。而企業在技術方面不斷的推陳出新，除展示自己強大的實力外，也希望借此構筑起自己堅固的護城河。
電池企業首先發力
隨著新能源車發展的不斷深入，提升動力電池能量密度和安全性已逐漸成為剛需。通常這兩個指標的提升主要依賴材料創新及結構創新。然而材料創新由于研發周期長、前期投入巨大以及難度高等特點，導致進度緩慢且收效甚微。相比之下結構創新具有見效快、成本低以及投入小的特點，成為近年來電池企業和車企提升能量密度及安全性的主流方式。
此前在模塊化趨勢的推動下，鋰電池多采用“電芯-模組-電池包”的三級結構，然而這種結構由于對內部空間的利用不夠充分，導致系統能量密度低，不符合行業發展要求。因此自2020年以來，以寧德時代CTP技術為基礎，各大動力電池企業和新能源車企相繼推出去模組化、集成化的系統創新結構以推升動力電池的空間利用率，借此提升能量密度。
去年六月，寧德時代發布CTP3.0電池，即麒麟電池。通過提高電池包利用空間，麒麟電池比能量大增，磷酸鐵鋰系統能量密度160wh/kg，三元高鎳可達250wh/kg。值得注意的是，麒麟電池相較特斯拉4680電池還能提升13%的能量密度。業內人士分析，寧德時代這項領先的電池集成技術勢必再度強化寧王的核心技術與市場競爭力，潛力非常大。
而近期有關麒麟電池量產裝車的消息頻出。三月份有消息傳出，寧德時代自研的麒麟電池已經全面實現量產，這款電池從發布到量產，僅僅只用了九個月時間。而外媒也細心研究過麒麟電池，并與特斯拉的4680電池進行對比，最終得出的結論是，麒麟電池的體積利用率高達72%，而特斯拉4680電池體積利用率僅為63%，兩者間的差距接近10%。
基本可以這樣理解，電池的體積利用率越高，那么電池的容量就能越大。因此麒麟電池相較于4680才會有13%的能量密度提升。事實上，麒麟電池最大的亮點就是，能夠讓電動車實現1000公里續航，而目前市面上還沒有哪款電池能夠做到。值得注意的是，寧德時代的麒麟電池還獲得權威雜志《時代周刊》的肯定，將其評定為2022年度最佳發明。
四月再度傳來消息，麒麟電池全球量產首發極氪009車型已正式交付。該電池包可同時適用三元鋰和磷酸鐵鋰兩種體系，能量密度大幅提升，充電方面更實現10分鐘快充。寧德時代首席科學家吳凱表示，麒麟電池的冷卻功能比傳統電池冷卻面積提高約四倍，在快充會發熱的條件下，可做到不犧牲任何壽命，不犧牲能量密度，也不需要任何安全測試。
比亞迪推出的刀片電池，因為形似刀片而得名，該電池主打的是安全性。用比亞迪董事長王傳福的話來講：刀片電池提振了比亞迪徹底終結新能源汽車安全痛點的信心，讓全球動力電池技術路線重回正軌，讓自燃的標簽從新能源車的字典里徹底抹掉。自去年三月刀片電池正式發布以來，刀片電池逐漸在比亞迪全系車型中應用，實現大規模的應用落地。
根據針刺試驗的結果顯示，三元鋰電池在針刺瞬間表面溫度超過500度，傳統方形的磷酸鐵鋰電池被穿刺后表面溫度會迅速達到200至400度，而比亞迪的刀片電池表面溫度始終只有30至60度。中科院院士歐陽明高指出，刀片電池短路時產熱更少且散熱更快，安全性能優異。同時在續航上，刀片電池比傳統磷酸鐵鋰電池提升50%，且生產成本更低。
蜂巢能源也于去年十二月重磅發布龍鱗甲電池。官方資料顯示，通過技術優化，采用磷酸鐵鋰電芯的龍鱗甲電池系統體積成組效率大幅提升至76%，續航超過800公里，采用高錳鐵鎳電芯超過900公里，采用三元電芯則超過1000公里，可幫助整車企業在有限的空間內，大幅拓展續駛里程的上限。極致的兼容性也為整車企業縮短新車型的研發周期。
值得注意的是，龍鱗甲電池成本優勢也明顯，由于采用了電芯底部防爆閥的設計，取消了中央的排氣通道，這樣的創新設計使龍鱗甲電池減少了近20%的結構件，為電池包減重將近20公斤。這些結構件的減少和減重，使電池包的成組率提升至76％，達到目前行業最高水平。因此不僅能直接降低物料成本，又能提升生產效率，還能提升整車續航里程。
除上述企業外，其他主流電池企業也紛紛公布自己在技術方面的創新布局。如中創新航推出的頂流電池，可以做到6C快充，電芯能量密度可以做到300Wh/kg；孚能科技推出的電池解決方案SPS，通過大電芯配合層疊布置，可使電池的系統部件減少50%，材料成本降低33%，提升體積利用率達到75%。此外捷威動力也推出降本增效的積木電池等。
主流車企紛紛跟進
無論是新舊造車時代，車企在汽車產業鏈中的重要地位都沒有改變，但車企與供應商之間的關系卻與以往大不相同。有行業人士認為，在燃油車時代，整車企業是產業鏈中議價能力最強的。但是到了電動車時代，換成電池企業成為產業鏈中最有話語權的環節。更何況整個產業鏈利潤分配不均衡，讓車企成為名副其實的打工人，這顯然讓車企無法忍受。
更重要的是，在全球汽車加速電動化的背景下，動力電池供不應求，新能源車企與電池廠商之間的供需矛盾也隨之凸顯。2021年新能源車企們更普遍遭遇電池荒。危機之下，車企們開始重新審視被忽視良久的供應體系問題，大家不得不摒棄將專業的事情交給專業的人的想法，意識到不僅要把車造好，更要自建動力電池研發體系，打通產業鏈的閉環。
如今越來越多的車企踏上自造電池之路，除廣汽、上汽等主流車企外，包括蔚來、哪吒等新勢力品牌也接連入場。大家在布局產能的同時，也在不斷發布全新的電池技術，向外界展示自己的硬實力。早在2021年九月，蔚來汽車發布自研動力電池系統并稱之為三元鐵鋰電池，其獨特之處在于采用三元鋰與磷酸鐵鋰電芯混合排布的方式，引起巨大反響。
去年六月，蔚來汽車又公開關于柱狀電池發明專利。根據專利描述，蔚來汽車通過設計全新的柱狀電池，優化了極耳的分布方式，即將正極耳和負極耳設置在同側，改進了當前圓柱電池部分缺點。同時正極耳和負極耳設置成多圈環狀分布，優化了極耳分布，減小了電芯內阻。從描述上不難發現，該柱狀電池似乎和特斯拉的4680電池有部分相似之處。
與比亞迪的刀片電池類似，廣汽埃安推出的彈匣電池，同樣主打安全性。這種電池結構是將多個電芯組成電池模組，再用多個模組組成整個動力電池包。該電池技術采用了耐高溫材料，各個電芯之間也采用了隔熱材料，即便其中某個電芯發生熱失控，也不會波及到其他電芯。當時埃安搭載彈匣電池系統安全技術的三元電池包還通過了針刺熱擴散試驗。
最新消息是，今年三月底埃安舉行了彈匣電池2.0槍擊試驗發布會，即在15米處對預留射擊開口的滿電電池整包進行射擊。面對如此嚴苛的挑戰，彈匣電池2.0整包槍擊后未發生起火和爆炸，拆開電池系統外殼后整體結構完整，僅有三個電芯爆裂性損壞，靜置24小時后電池溫度恢復至常溫，順利通過了槍擊試驗。而這在全球范圍內，尚屬于首次。
去年八月，來自上汽創新研發總院捷能公司的電池技術專家們深度解讀了上汽魔方電池的奧秘。總結來看，魔方電池最明顯的特點就是通過躺式電芯將電池包厚度做薄，電池包內部空間利用率大幅提升；通過側向噴發，解決了立式電芯向上噴發的潛在危險性，安全性得到提升。這些技術的加持下，魔方電池成功挑戰了針刺實驗，沒有起火、爆炸現象。
同為造車新勢力的哪吒汽車，也推出了自己的天工電池。據哪吒汽車總裁助理兼汽車工程研究院常務副院長張洪雷介紹，針對動力電池安全性、續航、壽命三大痛點，哪吒汽車研發的天工電池通過超強防護、高集成化的設計，高效智能的恒溫熱管理系統及全生命周期的電池閉環管理系統，解決用戶對安全、續航和壽命的擔心，大幅提升用戶使用體驗。
從單純造車，再到電池生產及技術創新，在新能源車市場爭奪戰的下半場，部分車企對整合垂直供應鏈的熱情持續升溫。大家普遍的共識是，若想要確保自己的競爭力，勢必要在動力電池研發以及成組效率上發力。車企除了布局電池產能，還針對安全性、續航里程及壽命等行業痛點，不斷推出新的電池成組技術，勢必推動新能源車發展邁上新的臺階。
材料創新才是終極目標
當前動力電池行業競爭不斷加劇，各大廠商對電池系統結構和電芯組合方面的改造升級顯然已經不能滿足行業的實際需求。而從實際的裝機情況來看，除了自產自銷的比亞迪已經實現對刀片電池的大規模應用外，其他的結構創新實現大規模商業化的并不多。如今行業更期待更具性價比、創造力、前瞻性的技術不斷出現，如鈉離子電池、半固態電池等。
首先鈉離子電池方面。2021年七月，寧德時代發布首代鈉離子電池，其電芯單體能量密度達到160Wh/kg，接近磷酸鐵鋰。業內認為，相較于磷酸鐵鋰和三元鋰電池，鈉離子電池在成本、安全、快充和低溫性能上有較大優勢。尤其是從原材料的儲備來看，鈉資源在全球的儲量非常豐富，其在地殼中的豐度位于第六位，豐富的原料儲備避免了價格波動。
與電池級碳酸鋰每噸均價數十萬元相比較，鈉離子電池所需的輕質純堿均價不足5000元每噸。而且鈉離子電池還能采用銅基正極材料來避開價格較高的過渡金屬化合物。同時負極材料可通過價格較低的無煙煤加工獲得，隔膜成本基本與鋰電池相近。根據中科海鈉的綜合測算，鈉離子電池成本比磷酸鐵鋰電池低約40%，未來成本有望降至0.2元/WH。
不過由于鈉離子電池能量密度短板，此前在新能源車領域應用較少。不過近日動力電池龍頭企業寧德時代高對外宣布，其鈉離子電池將首發落地奇瑞車型。同日在奇瑞 ICAR 品牌之夜上，奇瑞和寧德時代聯合推出全新電池品牌ENER-Q。該品牌將覆蓋純電、插混、增程全動力類型及鈉離子電池、磷酸鐵鋰電池、三元鋰電池、M3P等材料體系電池系統。
寧德時代研究院副院長黃起森指出，在乘用車應用方面，鈉離子電池普遍可以滿足續航400公里以下的車型需求。通過結合寧德時代首創的AB電池系統集成技術，還可以實現鈉鋰電池混搭，使鈉離子電池應用有望擴展到500公里續航車型。這種續航車型會面向65%的市場，應用前景非常廣闊，也為鈉離子電池在新能源車領域產業化落地提供了條件。
而在寧德時代之前，今年二月思皓新能源與中科海鈉聯合打造的行業首臺鈉離子電池試驗車公開亮相。該試驗車基于思皓花仙子打造，定位于微型電動車。應用了鈉離子電池包的思皓花仙子續航里程將達252公里，電池容量25kWh，快充時間為15至20分鐘。思皓新能源負責人表示，等到鈉離子電池技術和性能成熟后，則可以應用于中大型電動車上。
此外還有消息稱，比亞迪全新微型電動車海鷗也將采用鈉離子電池，并將于今年第二季度上市；多氟多已與三家大型主機廠商達成共識，將在上半年陸續發布裝車計劃；孚能科技正基于江鈴新能源EV3車型開展鈉離子電池前期適配性工作等。不過業內人士稱，鑒于鈉離子電池當前接近1元/WH的價格，其在電動車上的規模應用估計得等到2025年后。
其次在半固態電池方面。基于規模化、商業化、成本等諸多問題，動力電池的終極形態全固態電池可能在2030年前都很難實現大規模量產，而作為折中方案的半固態電池得以率先步入市場。與液態電池相比，半固態電池在安全性、能量密度與循環壽命等多個方面更具優勢。在眾多動力電池企業推動下，半固態電池今年內有望迎來量產裝車關鍵時點。
國軒高科工程研究院總院副院長徐興無透露，公司研發的單體能量密度360Wh/kg、系統能量密度達到260Wh/kg的半固態電池已經開始進入裝車測試階段。配套車型的電池包電量達160KWh，具備快充性能，續航里程超過1000km。半固態電池匹配客戶需求，預計年內將批量交付。同時公司研發的400Wh/kg三元半固態電池在實驗室已有原型樣品。
去年十二月，孚能科技也表示，目前公司已有半固態產品實現量產裝車。據悉孚能科技推出的半固態電池，就是把部分電解液換成了固態，提升了能量密度，還改變了上代動力電池系統多電芯串聯的設計，簡化了電池系統結構，提高了快充效率，官方表示在-20℃的環境中，SPS 系統容量始終保持在 90% 以上，且充電10 分鐘，可達 400 千米的續航。
今年三月，東風嵐圖推出純電動車型嵐圖追光。據官方信息顯示，該車型接近40萬元的售價卻在未上市前就收獲萬輛訂單。這款車到底有什么吸引人的地方？答案就是其搭載的半固態電池，它是國內首款搭載了該電池的車型，被認為是新能源車的顛覆者和固態電池的普及者。作為業內首個8系三元電芯半固態電池，其已通過針刺試驗，續航580KM。
此外包括寧德時代、億緯鋰能、贛鋒鋰業、蔚來汽車等也公布半固態電池進展，多數預計將在年內實現半固態電池量產裝車。業內人士認為，動力電池市場競爭日趨激烈，推動著動力電池技術創新不斷加速。然而無論是在結構方面創新，還是材料方面創新，都必須堅持安全性作為基石，高能量密度、高倍率性能作為主要發展方向的三大基本原則不變。
從目前情況來看，以寧德時代麒麟電池、比亞迪刀片電池、特斯拉4680電池為代表的電池技術和產品雖然各領風騷，然而由于市場局限，短時間內恐難決出絕對王者；鈉離子電池、半固態電池等全新技術仍在大規模應用前夜，還遠不具備顛覆當前動力電池產業格局的條件。然而唯有不斷的創新，才能成為企業打造核心競爭力，推動行業發展的動力。
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