新能源汽車動力電池的安全與能量密度極限仍在往前進(jìn)。近日，動力電池“一哥”寧德時(shí)代再邁出一大步：第一代鈉離子電池。炙手可熱的“鋰”，迎來了新對手“鈉”，“固態(tài)電池”正在為薄發(fā)而厚積。
以清潔能源替代化石能源的革命正在加速，新能源汽車產(chǎn)業(yè)將發(fā)生什么新變化?鈉離子電池產(chǎn)業(yè)化前景如何?被寄予厚望的“固態(tài)電池”何時(shí)能真正大規(guī)模應(yīng)用?還有怎樣的“新新能源”正在研發(fā)的路上?
新技術(shù)井噴爆發(fā)
動力電池百花齊放
7月29日，寧德時(shí)代發(fā)布鈉離子電池
寧德時(shí)代發(fā)布第一代鈉離子電池。基于材料體系的突破，這款鈉離子電池具備高能量密度、高倍率充電、優(yōu)異的熱穩(wěn)定性、良好的低溫性能與高集成效率等優(yōu)勢。
7月16日，蜂巢能源無鈷電池實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)
蜂巢能源宣布，首款無鈷電池實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。據(jù)稱，這款無鈷電池能量密度為240wh/kg，循環(huán)壽命可超過3000次，通過150℃的熱箱測試和140%SOC的過充測試。
3月10日，廣汽埃安發(fā)布“彈匣電池”
廣汽埃安發(fā)布“彈匣電池”，其具備超高耐熱穩(wěn)定的電芯、超強(qiáng)隔熱的電池安全艙、極速降溫的速冷系統(tǒng)、全時(shí)管控的第五代電池管理系統(tǒng)，并已通過整包針刺試驗(yàn)。
1月9日，蔚來稱將推150kW·h固態(tài)電池組
蔚來宣布即將推出一種突破性的電池選項(xiàng)——150千瓦時(shí)電池組，由超高能量密度的固態(tài)電池組成。蔚來宣稱，有信心明年第四季度開始交付此電池組。
1月初，“摻硅補(bǔ)鋰”硅負(fù)極材料面世
國軒高科、廣汽埃安、蔚來汽車和智己汽車相繼發(fā)布采用摻硅補(bǔ)鋰技術(shù)的硅負(fù)極材料。通過這一技術(shù),配套相關(guān)電池的車輛可實(shí)現(xiàn)1000公里的超長續(xù)航。
去年3月，比亞迪發(fā)布刀片電池
“刀片電池”通過結(jié)構(gòu)創(chuàng)新，使其體積利用率和續(xù)航里程相較傳統(tǒng)電池包提升50%以上。另外，“刀片電池”的設(shè)計(jì)使它在短路時(shí)產(chǎn)熱少、散熱快，能通過針刺試驗(yàn)。
有兩大優(yōu)勢
鈉電池欲挑戰(zhàn)鋰電池壟斷
優(yōu)勢1：更安全并兼顧充電效率
每逢炎熱夏季和嚴(yán)寒冬季，各新能源汽車品牌無不心存擔(dān)憂，前怕電池?zé)崾Э兀笈码姵靥撾姟Ｄ芰棵芏群桶踩裕钱?dāng)前制約鋰電池發(fā)展的兩個(gè)重要維度，研究人員一直期望有所突破。寧德時(shí)代的鈉離子電池發(fā)布，迅速成為關(guān)注熱點(diǎn)，因?yàn)槠溆袡C(jī)會打破以上桎梏。
據(jù)寧德時(shí)代公布的信息：第一代鈉離子電池的單體能量密度為160Wh/kg;在常溫下充電15分鐘，電量就可以達(dá)到80%，具備了快充能力。換言之，鈉離子電芯集成到電池系統(tǒng)后，系統(tǒng)的能量密度仍可達(dá)128Wh/kg。這個(gè)數(shù)據(jù)雖不如現(xiàn)有的磷酸鐵鋰電池，但差距并不大。而且第二代鈉離子電池將有望達(dá)到200Wh/kg，快速補(bǔ)齊能量密度短板。
更具意義的是，鈉離子本身對溫度不敏感，熱穩(wěn)定性表現(xiàn)優(yōu)異，在零下20°C低溫的環(huán)境下，仍然有90%以上的放電保持率，超過了國家標(biāo)準(zhǔn)。既不像鋰離子電池那樣熱一點(diǎn)冷一點(diǎn)都受不了，甚至動不動就自燃爆炸。華金證券在研報(bào)中指出，鈉離子電池的負(fù)極可以用金屬鋁箔作為集流體，雙鋁集流體不存在過放電問題，相對安全。
鑒于鈉離子電池生產(chǎn)尚未規(guī)模化，寧德時(shí)代也給出了一個(gè)A+B的解決方案：一個(gè)電池包里，既有鋰離子電池模組也有鈉離子電池模組，將兩種電池按一定的比例和排列進(jìn)行混搭，串聯(lián)、并聯(lián)集成，通過BMS(電池?zé)峁芾硐到y(tǒng))進(jìn)行不同電池體系的均衡控制，優(yōu)勢互補(bǔ)。
優(yōu)勢2：降低造車成本和售價(jià)
在質(zhì)疑聲中，寧德時(shí)代投入上百億元研發(fā)鈉離子電池，除了在能量密度和安全性的平衡點(diǎn)外，還有一個(gè)關(guān)鍵：擺脫原材料成本的掣肘。
曾毓群今年5月放言“搞一個(gè)鈉”之時(shí)，電池級碳酸鋰的價(jià)格正一路猛沖，7月底每噸已破10萬元大關(guān)，動力電池企業(yè)的產(chǎn)品毛利率持續(xù)下滑。除了價(jià)格暴漲，鋰的全球供應(yīng)鏈的穩(wěn)定性也讓人不安。記者留意到，由于鋰電池短缺、原材料上漲問題已開始向下游傳遞。多家電池供應(yīng)商紛紛發(fā)出調(diào)價(jià)函，調(diào)高電池價(jià)格，后續(xù)或帶動新能源汽車售價(jià)上漲。為了緩解“電池荒”，許多動力電池產(chǎn)業(yè)都在擴(kuò)產(chǎn)，寧德時(shí)代目前也在擴(kuò)大產(chǎn)能，但曾毓群指出，這個(gè)過程短則需2~3年，長則3~5年。
相對而言，鈉資源更豐富、售價(jià)更低。華金證券的研報(bào)表示，自然界的鈉資源存量約為鋰元素的1000倍;鈉離子電池產(chǎn)業(yè)化后成本較低;按照正極材料、負(fù)極材料、電解液、隔膜、集流體等成本預(yù)估，鈉離子電池的成本比鋰離子電池的成本減少30%~40%。
乘聯(lián)會秘書長崔東樹告訴記者，動力電池占整車成本的四五成左右，一旦成本能下去，整車售價(jià)也將更加實(shí)惠。若寧德時(shí)代牽頭，完善了其產(chǎn)業(yè)鏈并開始大規(guī)模量產(chǎn)，那么鈉離子電池在材料成本上的巨大優(yōu)勢將迅速映射到相關(guān)產(chǎn)業(yè)之上。
疑問：材料便宜不必然形成低成本
"鈉離子"當(dāng)下似乎風(fēng)頭正盛，但何時(shí)能量產(chǎn)裝車，才是更具有現(xiàn)實(shí)意義的事情。事實(shí)上，對鈉離子電池持觀望態(tài)度的業(yè)內(nèi)人士并不少。國內(nèi)一家新能源主機(jī)廠的車型研發(fā)負(fù)責(zé)人認(rèn)為，當(dāng)前鈉原料用于動力電池仍面臨諸多挑戰(zhàn)，譬如當(dāng)前產(chǎn)業(yè)鏈不完善，僅憑寧德時(shí)代“單槍匹馬”，有可能造成鈉離子電池的成本甚至比鋰電池還高。
對此，寧德時(shí)代也給出了時(shí)間表：2023年有望將形成基本產(chǎn)業(yè)鏈。“第一代鈉離子電池已經(jīng)開始了與車企和儲能客戶進(jìn)行商業(yè)化合作。”曾毓群表示，未來3~5年內(nèi)鈉離子電池產(chǎn)業(yè)將會擁有成熟的產(chǎn)業(yè)鏈，屆時(shí)成本優(yōu)勢便會顯現(xiàn)。基于鈉鹽龐大的儲備量，未來價(jià)格也不會出現(xiàn)類似鋰電池的原料價(jià)格高漲。
記者也留意到，在國內(nèi)，除了寧德時(shí)代，目前只有個(gè)別中小企業(yè)在鈉離子電池方面“有所作為”。如中科海鈉去年9月實(shí)現(xiàn)鈉離子電池的量產(chǎn)，電芯產(chǎn)能可達(dá)30萬只/月;格林美今年5月完成對鈉離子電池材料的研發(fā)，并送至下游客戶測試;鵬輝能源進(jìn)行了鈉離子電池樣品測試，預(yù)計(jì)年底批量生產(chǎn)。在全球，從事鈉離子電池工程化的公司也有20多家，包括松下、豐田、LG等巨頭公司。不過，整體來看，當(dāng)前鈉離子電池的產(chǎn)業(yè)規(guī)模依然較小，大部分動力電池的頭部廠商并未將重心放在鈉離子電池上。
現(xiàn)狀：新能源車爆發(fā) 突破電池瓶頸是關(guān)鍵
在碳中和的長遠(yuǎn)目標(biāo)下，動力電池迎來快速發(fā)展時(shí)期。據(jù)市場研究機(jī)構(gòu)集邦科技預(yù)測，2021年全球新能源車的銷售量將達(dá)到435萬輛，年增長率49%。同時(shí)，中汽協(xié)預(yù)估，2021年中國新能源汽車總銷量將達(dá)240萬輛。增長迅猛的新能源汽車市場對于電池的需求量巨大，僅國內(nèi)市場，今年前六個(gè)月動力電池產(chǎn)量累計(jì)74.7GWh，同比增長217.5%。目前的數(shù)據(jù)來看，鋰離子電池是當(dāng)仁不讓的“牛鼻子”。行業(yè)研究機(jī)構(gòu)彭博新能源財(cái)經(jīng)近日發(fā)布的《新能源展望》年度報(bào)告顯示，2020年，全球動力電池產(chǎn)能只有100Gwh的量級，但到2030年，交通和儲能對鋰離子電池的需求將激增至5.9Twh，這意味著一個(gè)超萬億元的新藍(lán)海洶涌而來。
供需矛盾將逐漸呈現(xiàn)。高工鋰電曾發(fā)布預(yù)測數(shù)據(jù)，隨著儲能和出行領(lǐng)域的需求爆發(fā)，2030年，鋰資源的供求關(guān)系將趨于緊繃。美國銀行全球研究部的報(bào)告甚至預(yù)測，鋰離子電池最早在2025年將面臨斷供。與此同時(shí)，具有突破性的新型鋰離子電池的研發(fā)進(jìn)展也不容易。如特斯拉正研發(fā)的新款46800鋰電池，采用了新的干法電極工藝，雖然稱能“6倍性能提升，成本降低56%”，但馬斯克近期也坦言，這款電池目前只有90%的工藝進(jìn)展順利，且僅能小規(guī)模有限生產(chǎn)。
我國未雨綢繆，已經(jīng)從政策層面推動新動力儲能項(xiàng)目。6月末，國家發(fā)改委、國家能源局共同發(fā)布《新型儲能項(xiàng)目管理規(guī)范(暫行)(征求意見稿)》，直接叫停電池梯次利用儲能項(xiàng)目。征求意見稿提出，要加快鈉離子電池等技術(shù)開展規(guī)模化試驗(yàn)示范。
征求意見稿還規(guī)定，業(yè)內(nèi)儲能將不能用二手電池，電池的更新速度會加快。新建的電化學(xué)能儲能電站只能使用新電芯，也將導(dǎo)致成本的大幅度提升。在鋰電池原材料供需緊張之下，此時(shí)低成本鈉離子電池的登場，也算得上適逢其時(shí)，一旦其實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)，將有望取代“二手電池”迅速搶占國內(nèi)甚至海外儲能市場。
未來：固態(tài)電池被寄予厚望
除了鈉離子電池和鋰離子電池，業(yè)內(nèi)人士普遍認(rèn)為，動力電池仍存在很多技術(shù)路徑，包括固態(tài)電池、燃料電池等，正如中汽協(xié)副總工程師許海所說的：“未來仍存不確定性。”
記者留意到，多種更穩(wěn)定的新形態(tài)電池業(yè)內(nèi)正在積極探索，如當(dāng)前不少車企押寶的固態(tài)電池。蔚來汽車在今年6月發(fā)布了自主研發(fā)的固態(tài)電池包，預(yù)計(jì)將在2022年第四季度實(shí)現(xiàn)商用化。
LG能源、松下等電池巨頭預(yù)測，2025年至2027年間，全固態(tài)電池就能實(shí)現(xiàn)商業(yè)化;大眾集團(tuán)、寶馬集團(tuán)也計(jì)劃到2025年就可以推出搭載固態(tài)電池的原型車。
競爭：車企加入“造電池”角逐
當(dāng)前，動力電池市場的競爭正愈加激烈，韓國的LG能源對寧德時(shí)代“一哥”的市場占有率虎視眈眈，并曾在今年5月動力電池裝機(jī)量短暫超越寧德時(shí)代，成全球第一名。二線動力廠商也在躍躍欲試，中航鋰電正在迅速擴(kuò)張電池版圖，這家在2018年全年裝機(jī)量還僅為0.71GWh的企業(yè)，到2020年已高達(dá)3.55GWh。除此之外，寶馬、吉利、長城、比亞迪等傳統(tǒng)車企也在自建動力電池工廠，和電池供應(yīng)商“搶”市場。長城汽車近日發(fā)布了一款自研的“大禹電池”。有的車企則通過與動力電池廠商完成深度綁定以鎖定產(chǎn)能，如戴姆勒入股賦能科技，大眾入股國軒高科，以此解決被動力電池廠商掣肘的成本問題。
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