电池技术路径抉择,永不停息的豪赌

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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。

本文出品|禾颜阅车工作室

撰文|陈德军

编辑|禾   子

全文3436字

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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。

△比亚迪(徐州)钠离子电池项目开工

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。

△搭载麒麟电池的极氪001,续航1032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。

△江淮钇为向用户批量交付钠电版花仙子

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。

△蔚来CEO李斌驾驶搭载半固态电池的蔚来ET7

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。

(本文系《禾颜阅车》原创,未经授权,不得转载)

       原文标题 : 电池技术路径抉择,永不停息的豪赌

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