電動(dòng)汽車生存之戰(zhàn)，從動(dòng)力電池爭(zhēng)鋒開(kāi)始。

　　3年前，寧德時(shí)代憑借“無(wú)模組電池包CTP”問(wèn)鼎，電池體積利用率首次超過(guò)了50%。次年，比亞迪和特斯拉分別推出“刀片電池”、“4680電池”，將體積利用率提升到60%以上，扳回一局。而今6月，寧德時(shí)代發(fā)布第3代CTP電池“麒麟”，以高出4680電池13%的能量密度又欲問(wèn)鼎？前日，廣汽集團(tuán)推出“超能鐵鋰電池技術(shù)”，4000次循環(huán)下電池容量保持率在80%以上，數(shù)據(jù)趕超比亞迪“刀片”，不遜于“麒麟”。

　　電池技術(shù)競(jìng)賽是一場(chǎng)“由內(nèi)到外”的攻堅(jiān)戰(zhàn)，電池材料短期內(nèi)難有根本性突破，整車企業(yè)及電池廠聚焦電池技術(shù)和產(chǎn)業(yè)鏈之爭(zhēng)，難分勝負(fù)。而目前較為確定的是，固態(tài)電池有望成為下一個(gè)技術(shù)高點(diǎn)，軟包作為與之最匹配的封裝技術(shù)，是電池工藝的未來(lái)。

　　電池結(jié)構(gòu)創(chuàng)新競(jìng)技 車企各顯神通

　　性能提升和成本降低，是電池的長(zhǎng)久命題。隨著電池材料技術(shù)迭代趨緩、原料漲價(jià)，電池結(jié)構(gòu)創(chuàng)新成為車企的重要抓手之一。

　　在有限的底盤空間中，最大限度提升電池的體積利用率，就能使用更高壓的平臺(tái)。在等體積下，最大限度提升能量密度，關(guān)系著電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航能力、快充速度及性能表現(xiàn)。

　　寧德時(shí)代最新發(fā)布的CTP3.0“麒麟電池”，電池包性能全面提升，預(yù)計(jì)2023年量產(chǎn)。

　　完全取消模組形態(tài)設(shè)計(jì)，并通過(guò)冷卻結(jié)構(gòu)優(yōu)化，“麒麟電池”體積利用率提升至72%。同時(shí)，搭配三元鋰電芯系統(tǒng)，電池包能量密度可達(dá)255Wh/kg，并支持4C充電倍率，讓電動(dòng)車輕松實(shí)現(xiàn)1000km續(xù)航。寧德時(shí)代首席科學(xué)家吳凱表示：“在相同的化學(xué)體系、同等電池包尺寸下，麒麟電池包的電量，相比4680系統(tǒng)可以提升13％”。

　　寧德時(shí)代點(diǎn)名的特斯拉“4680電池”，被認(rèn)為是兼顧性能和成本的革命性突破，使整車?yán)m(xù)航里程提升16%的同時(shí)，節(jié)省86%的成本。

　　4680電池是電芯直徑46mm、高度80mm的NCM三元鋰圓柱形電池。性能方面，它的“無(wú)極耳”設(shè)計(jì)降低了電池的阻抗，改善了圓柱電池的發(fā)熱問(wèn)題，同時(shí)，干電池工藝提高了電池能量密度，生產(chǎn)能耗降低10倍。成本方面，陽(yáng)極采用硅材料，使電池的續(xù)航能力增加20%；陰極生產(chǎn)過(guò)程的改進(jìn)，降低了電池陰極生產(chǎn)線66%的投資建設(shè)成本和76%的生產(chǎn)成本。

特斯拉圓柱電池

　　高能量密度的三元鋰材料是大眾之選，而比亞迪的“刀片電池”采用磷酸鐵鋰材料，走了少有人走的路，卻是開(kāi)創(chuàng)之路。

　　單體電芯通過(guò)陣列的方式排布在一起，如“刀片”模樣直接插入電池包，“刀片電池”由此命名。刀片電池在成組時(shí)跳過(guò)電池模組，減少了冗余零部件，電池的體積利用率得以提升到66%，能量密度提升至150Wh/kg，不僅達(dá)到了和三元鋰電池同等水平，同時(shí)兼具磷酸鐵鋰材料的高安全性和低成本。

比亞迪“刀片電池”

　　同樣布局磷酸鐵鋰電池的還有廣汽集團(tuán)，產(chǎn)品直接對(duì)標(biāo)比亞迪的“刀片電池”。

　　前日，廣汽發(fā)布的“微晶超能鐵鋰電池”，在磷酸鐵鋰電池中引入第二相正極微晶，將電池的單體質(zhì)量能量密度提升13%，體積能量密度提升20%，電池的低溫性能和充電時(shí)間也有提升。與此同時(shí)，超能鐵鋰電池在循環(huán)4000次后的容量保持率可達(dá)80%以上，電池壽命可達(dá)150萬(wàn)公里，數(shù)據(jù)上遠(yuǎn)超刀片電池。

　　除此之外，上汽集團(tuán)也加速電池結(jié)構(gòu)創(chuàng)新布局，推出的“魔方電池”已在全新純電動(dòng)車型MG MULAN上搭載。“魔方電池”創(chuàng)新地采用了LBS躺式電芯和先進(jìn)CTP技術(shù)，讓電芯“躺平”后的電池整包厚度低至110mm，極大地增加了整車的空間利用率，且支持換電，可緩解電池里程焦慮。

　　改變電池結(jié)構(gòu)，讓電池產(chǎn)品的參數(shù)更為出色。但若要實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)及使用，還要回歸到最開(kāi)始的電池材料技術(shù)和成本問(wèn)題上。

　　電池材料在短期內(nèi)難有根本性突破

　　目前，鋰離子電池技術(shù)最為先進(jìn)，已被廣泛用于電動(dòng)汽車。

　　根據(jù)正極材料的不同，鋰離子電池可分為三元鋰電池、磷酸鐵鋰電池、錳酸鋰電池、鈷酸鋰電池。

　　考慮安全性及續(xù)航能力，磷酸鐵鋰及三元鋰離子更適合用于電動(dòng)汽車，兩者之爭(zhēng)已是老生常談。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，磷酸鐵鋰電池便宜、耐用、較安全，而三元鋰電池儲(chǔ)電多、續(xù)航能力更強(qiáng)。對(duì)于看重續(xù)航能力的新能源車企來(lái)說(shuō)，三元鋰電池是大眾之選。

　　三元鋰電池的“三元”是指鎳、鈷、錳三種金屬元素，“鎳”主管電池容量，“鈷”主管電池壽命、而“錳”主管電池穩(wěn)定，三種元素比例可按需調(diào)整。

　　“鎳”是提高電池續(xù)航能力關(guān)鍵，而稀有元素“鈷”價(jià)格不斷攀升，最高可達(dá)35萬(wàn)元一噸，降低鈷元素含量，是降低電池成本的關(guān)鍵。同時(shí)，國(guó)內(nèi)新能源汽車補(bǔ)貼政策關(guān)聯(lián)能量密度，高能量密度的高鎳電池更“吃香”。

　　于是，“增鎳降鈷”成為三元鋰電池的突破方向，從而產(chǎn)生了一系列NCM三元材料。主流的NCM523、NCM622鎳比例分別為60%、80%，鈷比例為30%、20%，而后發(fā)展到NCM811，鎳比例攀升至80%，能量密度可達(dá)190mAh/kg，鈷比例僅10%，成為了大多數(shù)車企的最佳選擇。

　　但是，高鎳NCM811存在“穩(wěn)定性差”的安全隱患，還未能大規(guī)模使用。據(jù)相關(guān)研究顯示，NCM532、NCM622和NCM811從層狀相到尖晶石相的相轉(zhuǎn)變溫度分別為235℃、185℃和135℃，熱穩(wěn)定性呈現(xiàn)急劇降低的趨勢(shì)，在循環(huán)充放電以及高溫下，電池容量會(huì)加速衰減，電池的使用壽命也隨之下降，同時(shí)還會(huì)產(chǎn)生熱失控的自燃風(fēng)險(xiǎn)。

　　今年4月以來(lái)，搭載NCM811電池的廣汽Aion S、吉利帝豪EV均發(fā)生多起自燃事故，使得廣汽新能源和吉利不得不回歸到NCM523電池的使用。

　　除了NCM三元材料系列，用Al（過(guò)渡金屬）代替錳，組成了“NCA鎳鈷鋁材料”，可一定程度增強(qiáng)材料的穩(wěn)定性，提高材料的循環(huán)性能。但同樣作為高鎳材料，NCA也存在熱穩(wěn)定性較差的安全問(wèn)題。

　　特斯拉電動(dòng)車事故頻發(fā)的主要原因之一，就在于其使用了NCA電池，實(shí)現(xiàn)高續(xù)航能力的背后，也承擔(dān)著高鎳電池的熱失控風(fēng)險(xiǎn)。

　　但高鎳電池技術(shù)也有一定進(jìn)步，長(zhǎng)城汽車的“大禹電池”，為高鎳NCM811帶來(lái)了場(chǎng)“及時(shí)雨”。4層5維底層安全矩陣，實(shí)現(xiàn)不同化學(xué)體系電芯和不同規(guī)格電池包的熱失控安全防護(hù)，有效保證動(dòng)力電池正常生命周期內(nèi)不起火不爆炸，是高鎳電池安全性提升的有效解決方案。

　　整體來(lái)看，三元鋰電池有著更好的綜合性能，但正級(jí)材料單體能量密度已經(jīng)接近極限，再考慮到安全性，短期內(nèi)難有突破。而固態(tài)電池的出現(xiàn)，有望從鋰離子電池形態(tài)入手，解決一些難題。

　　固態(tài)電池或成為電池技術(shù)高點(diǎn)

　　眾所周知，電池通過(guò)正負(fù)極材料在電解液中相互交換離子發(fā)電。在工作過(guò)程中，相較正負(fù)極材料，電解液更易受到溫度、外界壓力的影響，而將電解液形態(tài)改為固態(tài)，是一個(gè)提升電池性能和安全性的方案。

　　固態(tài)電池采用玻璃、陶瓷或其他材料形式的固態(tài)電解質(zhì)，讓電池內(nèi)部更緊密，體積更小，可將能量密度提升至500Wh/KG。

　　不僅如此，固態(tài)電池也可避免熱失控和電解液泄露等安全隱患，還沒(méi)有腐蝕性，使用壽命更長(zhǎng)。固態(tài)電池的眾多優(yōu)勢(shì)，吸引了寧德時(shí)代、贛鋒鋰業(yè)、比亞迪、輝能、清陶能源、衛(wèi)藍(lán)能源等企業(yè)爭(zhēng)相研發(fā)。

液態(tài)電池 vs. 固態(tài)電池

　　但是，固態(tài)電池難以薄化，使用的部分稀有金屬成本高昂，工藝難度大，研發(fā)周期也長(zhǎng)。寧德時(shí)代與大眾、福特、寶馬等眾多車企一致認(rèn)為，到2025年，甚至2030年前，才可開(kāi)啟全固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化，液態(tài)電解質(zhì)鋰離子電池仍是主流。

　　不過(guò)，業(yè)內(nèi)也找到了折中方案，即半固態(tài)電池。半固態(tài)電池一側(cè)電極不含液體電解質(zhì)，另一側(cè)電極含有液態(tài)電解質(zhì)的電池，或單體中固體電解質(zhì)質(zhì)量或體積占單體中電解質(zhì)總質(zhì)量或總體積之比的一半。

　　半固態(tài)電池可兼顧液態(tài)電池和全固態(tài)電池的性能優(yōu)勢(shì)，最大程度兼容現(xiàn)有工藝、設(shè)備及材料，具備快速落地的可能。

　　今年1月，由東風(fēng)公司與贛鋒鋰業(yè)合作開(kāi)發(fā)的首批50輛東風(fēng)-贛鋒高比能固態(tài)（實(shí)為半固態(tài)）電池車，在江西省新余市完成交付。3月份，在中國(guó)電動(dòng)汽車百人論壇上，衛(wèi)藍(lán)新能源透露，計(jì)劃基于蔚來(lái)ET7車型推出單次充電續(xù)航1000公里的混合固液電解質(zhì)電池。

　　理論上來(lái)說(shuō)，固態(tài)電池是優(yōu)于三元鋰電池、磷酸鐵鋰電池的更佳選項(xiàng)。中國(guó)電動(dòng)汽車百人會(huì)副理事長(zhǎng)、中國(guó)科學(xué)院院士歐陽(yáng)明高表示：全固態(tài)電池是一個(gè)汽車廠商理想的電池。可以把它當(dāng)成一個(gè)機(jī)電產(chǎn)品來(lái)看，而不是一個(gè)化工產(chǎn)品。疊片、軟包加外力，我們不需要焊了之后回收，就非常方便，這就是面向回收的設(shè)計(jì)。

　　固態(tài)電池技術(shù)仍在全力突破，但有一個(gè)方向比較確定，就是包裝方式。

　　軟包是工藝的未來(lái)

　　“將來(lái)做到全固態(tài)電池以后，電池在充放電過(guò)程中基于膨脹和收縮有可能需要一定的外力來(lái)加持，我們認(rèn)為鋁塑軟包這個(gè)電池對(duì)于全固態(tài)來(lái)講可能更有優(yōu)勢(shì)一些。” 衛(wèi)藍(lán)新能源科技有限公司董事長(zhǎng)兼總經(jīng)理俞會(huì)根在6月“云上宜賓”活動(dòng)提到。

　　傳統(tǒng)的鋰電池和固態(tài)電池包裝，有軟包、方形和圓柱三種工藝。不同包裝方式制作工序也不同，圓柱、方向電池主要采用卷繞工藝，而軟包電池采用的是疊片工藝。

　　軟包電池在能量密度、安全性和制造工藝上，較圓柱、方形電池有顯著優(yōu)勢(shì)：① 制造工藝采用疊片設(shè)計(jì)，內(nèi)部變形、彎曲或斷裂的概率低；② 殼體采用不堅(jiān)硬的鋁塑膜，若電池?zé)崾Э兀X塑膜破裂時(shí)可帶走大量的熱量，避免爆炸；③ 鋁塑膜外殼質(zhì)量較輕，在同等容量下，使得整個(gè)電池重量輕20%~40％，能量密度高40％。

軟包電池

　　孚能科技董事長(zhǎng)兼CEO王瑀對(duì)軟包電池倍加青睞：“圓柱、方殼、軟包從這三種方向來(lái)說(shuō)，理論上講肯定軟包電池是最佳的選擇。所有的殼體都是無(wú)效的，都要占有效的體積、成本，最后的發(fā)展都要把它去掉。到了固態(tài)電池的時(shí)候，或者就沒(méi)有包裝，或者就是軟包裝。”車企方面，大眾、奔馳、通用、現(xiàn)代、福特等也紛紛使用軟包電池配置多款主流車型。

　　鋰電池的技術(shù)突破是一場(chǎng)持久戰(zhàn)，電池技術(shù)是臺(tái)面之爭(zhēng)。想要撐得起臺(tái)面，還要有穩(wěn)定的電池供應(yīng)鏈，以獲得電動(dòng)汽車競(jìng)技賽的持續(xù)驅(qū)動(dòng)力。

　　車企自建、合建、入股電池廠 爭(zhēng)取動(dòng)力電池主動(dòng)權(quán)

　　目前，車企比較依賴電池供應(yīng)商，以寧德時(shí)代為代表的電池企業(yè)包攬了國(guó)內(nèi)新能源車企的大部分電池“生意”。但高采購(gòu)成本實(shí)為負(fù)擔(dān)，與其拓寬外采渠道，不如自建工廠實(shí)現(xiàn)內(nèi)供，一些實(shí)力非凡的車企，正在自主布局電池產(chǎn)業(yè)鏈。

　　據(jù)公開(kāi)資料整理結(jié)果來(lái)看，約2成車企自建電池廠，掌握主動(dòng)權(quán)。特斯拉在美國(guó)、德國(guó)自建工廠，已實(shí)現(xiàn)4680電池規(guī)模化量產(chǎn)；比亞迪自建弗迪電池廠，生產(chǎn)的“刀片電池”在4月磷酸鐵鋰電池市場(chǎng)市占率反超“寧王”；長(zhǎng)城汽車通過(guò)孵化蜂巢能源，可實(shí)現(xiàn)電池的自產(chǎn)自供及外銷。

　　約4成車企采用“自建+合建”方式，保證電池供應(yīng)渠道，穩(wěn)定成本。寶馬、東風(fēng)、吉利、廣汽依賴寧德時(shí)代，豐田和松下綁定較緊密，福特和SK On緊密合作。有“自建底氣”的多為海內(nèi)外實(shí)力深厚的主流車企，與其共創(chuàng)的電池企業(yè)也實(shí)力不俗。

　　另有4成車企選擇與電池廠“合建”，快速進(jìn)入電動(dòng)汽車市場(chǎng)。沃爾沃、本田、長(zhǎng)安、江淮與獨(dú)家電池廠合作；現(xiàn)代、上汽、一汽、北汽引入更多的電池合作伙伴，分散電產(chǎn)能和成本壓力；理想、小鵬選擇入股黑馬電池企業(yè)欣旺達(dá)，綁定優(yōu)質(zhì)電池供應(yīng)商。

　　一邊打著電池技術(shù)的攻堅(jiān)戰(zhàn)，一邊在電池產(chǎn)業(yè)鏈競(jìng)技賽馳騁，電池廠商和車企的博弈從未停止，未有持久的贏家，也難言敗者的定局，中國(guó)電動(dòng)汽車江湖正百花齊放。