經(jīng)濟(jì)觀察報(bào) 記者 王帥國新能源汽車發(fā)展十多年來，沒有比今天更有活力的時(shí)刻了。在整車領(lǐng)域，純電動(dòng)、混動(dòng)、插電混動(dòng)、增程式混動(dòng)、氫能等多條路線，由多年前的爭議攻伐走到了如今并行發(fā)展的階段。新能源汽車市場的擴(kuò)容，為秉持各種動(dòng)力路線的車型帶來了發(fā)展空間，雖然仍不乏爭吵“內(nèi)耗”，但更多的是包容。
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而在被視為新能源汽車“心臟”的動(dòng)力電池領(lǐng)域，攻伐論戰(zhàn)的烈度多年來未明顯降低，甚至到今天還有增無減。什么才是動(dòng)力電池的終極形態(tài)？每個(gè)玩家都想試圖證明自己就是那個(gè)天選之子。
對于材料體系、電池形態(tài)、制造工藝的爭論，隨著一家軟包電池企業(yè)的高調(diào)發(fā)言再度被挑起。9月9月，國內(nèi)軟包電池頭部企業(yè)孚能科技董事長王瑀在一場公開發(fā)布會(huì)上表示：“明年開始軟包電池市占率會(huì)大幅增加”“軟包疊片是動(dòng)力電池的未來”。
什么樣的動(dòng)力電池代表著行業(yè)的未來？是方型電池、圓柱電池、軟包電池，抑或固態(tài)電池？實(shí)際上這個(gè)問題難有明確答案。
與電池形態(tài)上的比拼相比，電池材料體系之間的較量也在激烈追逐。多年前磷酸鐵鋰“稱王”，如今三元鋰后來居上，而最近兩年磷酸鐵鋰再度回歸。你追我趕之間，全球汽車產(chǎn)業(yè)的面貌也在跟隨著跳動(dòng)。寧德時(shí)代、比亞迪、松下、LG等巨頭之間的市場排位不斷變化。一些二三線動(dòng)力電池企業(yè)也在虎視眈眈地盯著頭把交椅的位置。
正因?yàn)閯?dòng)力電池對車企的至關(guān)重要性，當(dāng)全球新能源汽車滲透率快速增長的同時(shí)，一批車企也想要掌握自己的電池話語權(quán)，特斯拉、比亞迪、大眾、豐田、通用、福特、奔馳、寶馬，無一不希望自建電池廠。而國內(nèi)各大車企，紛紛推出自己的電池技術(shù)品牌，以彰顯自己電池技術(shù)的先進(jìn)性。
但如此百家爭鳴的局面背后，實(shí)質(zhì)上是動(dòng)力電池面臨了難以逾越的物理與化學(xué)天花板。動(dòng)力電池能量密度已經(jīng)接近理論最高值，但繼續(xù)提高電池性能又是用戶與市場的期望。在這一兩難的境況下，動(dòng)力電池實(shí)際上需要在技術(shù)為王的基礎(chǔ)上，更多地向市場為王的邏輯演進(jìn)。
材料體系之爭暫告段落
現(xiàn)在新能源汽車上使用的鋰電池，1976年由英國的科學(xué)家M.Stan－leyWhittingham所發(fā)明。到20世紀(jì)90年代，日本的索尼公司將鋰離子電池商業(yè)化。
此后，在日產(chǎn)、松下、LG化學(xué)、特斯拉等車企與電池廠商的推動(dòng)之下，鋰離子電池開始逐漸進(jìn)入汽車市場。
在中國2009年開始發(fā)展新能源汽車時(shí)，日韓的電池技術(shù)已經(jīng)處于領(lǐng)先地位。因此，在行業(yè)發(fā)展早期，松下、LG化學(xué)、三星SDI等日韓企業(yè)一度占據(jù)中國動(dòng)力電池大部分市場份額。
2015年，國家出于促進(jìn)國內(nèi)動(dòng)力電池企業(yè)平穩(wěn)發(fā)展的目的，出臺(tái)了《汽車動(dòng)力蓄電池行業(yè)規(guī)范條件》，并配套了四批符合條件的企業(yè)名單（俗稱“動(dòng)力電池白名單”），將日韓動(dòng)力電池企業(yè)拒之門外。
在財(cái)政資金的持續(xù)補(bǔ)貼之下，寧德時(shí)代、比亞迪、國軒高科、孚能科技等一眾企業(yè)發(fā)展迅速。不過，國內(nèi)動(dòng)力電池的競爭格局也經(jīng)歷了由比亞迪領(lǐng)銜，到后來寧德時(shí)代一家獨(dú)大，再到如今，二三線電池企業(yè)追趕的幾個(gè)階段。
這其中，國家補(bǔ)貼政策的驅(qū)動(dòng)對于動(dòng)力電池的材料體系等影響深遠(yuǎn)。從剛開始的注重安全，到后來慢慢提高對于能力密度的要求，動(dòng)力電池的材料體系也經(jīng)歷了以磷酸鐵鋰為主到以三元鋰為主的更替。如今隨著補(bǔ)貼的退出，磷酸鐵鋰憑借著成本更加低廉、安全系數(shù)更高的優(yōu)勢，市場占有率又重新回到50%以上。
中汽協(xié)發(fā)布的最新數(shù)據(jù)顯示：2022年1-8月，中國動(dòng)力電池累計(jì)裝車量162.1GWh，累計(jì)同比增長112.3%。其中三元電池累計(jì)裝車量66.0GWh，占總裝車量40.7%，累計(jì)同比增長61.1%；磷酸鐵鋰電池累計(jì)裝車量95.9GWh，占總裝車量59.2%，累計(jì)同比增長172.2%。無論是裝車量還是增速，磷酸鐵鋰電池都已經(jīng)遠(yuǎn)超三元鋰電池。
鋰、鎳、鈷、錳等是構(gòu)成動(dòng)力電池的基本原料。簡單而言，因幾大元素的配比不同，便形成不同的電池性能。從這個(gè)角度，鈉離子電池、無鈷電池等新材料電池也開始被研究應(yīng)用。
在經(jīng)歷了十余年的發(fā)展后，行業(yè)更清醒地意識(shí)到，實(shí)際上每一種電池都有其最合適的應(yīng)用場景，不再爭論究竟誰會(huì)統(tǒng)治市場，誰會(huì)隨著時(shí)代的發(fā)展而消逝。目前，國內(nèi)形成的共識(shí)是，未來三元鋰市場憑借更高的能量密度，將占據(jù)大部分高端車市場；而對續(xù)航里程要求不那么高的中低端汽車市場，則主要將以磷酸鐵鋰電池為主。
外觀形態(tài)之爭烽火四起
雖業(yè)界對于動(dòng)力電池材料有了一定的共識(shí)，但在電池的形態(tài)方面又起了爭執(zhí)。由于方型電池具有內(nèi)阻小、循環(huán)壽命長、封裝可靠度高、耐受性好、成組相對簡單、系統(tǒng)能量效率高等優(yōu)勢，多年來始終占據(jù)著主流的市場地位。
來自中國汽車工業(yè)協(xié)會(huì)與高工產(chǎn)業(yè)研究院的數(shù)據(jù)顯示，2017年至2021年，方型電池在中國動(dòng)力電池市場的占比從57.5%上升至86.5%；軟包電池在中國動(dòng)力電池市場的占比從15.3%下降至7.4%；圓柱電池在中國動(dòng)力電池市場的占比從27.2%下降至6.2%。
在國際市場上，方型電池的占比并不如國內(nèi)市場。起點(diǎn)研究院發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，在全球范圍內(nèi)，今年上半年方型電池裝機(jī)量133.8GWh，占比65.2%；軟包電池裝機(jī)量41.6GWh，占比 20.3%；圓柱電池裝機(jī)量29.7GWh，占比14.5%。
不過，當(dāng)行業(yè)將固態(tài)電池作為未來的發(fā)展方向之一后，動(dòng)力電池形態(tài)上又出現(xiàn)了巨大變數(shù)。在上述孚能科技的發(fā)布會(huì)上，王瑀對外喊出了“軟包疊片是動(dòng)力電池的未來”的口號(hào)，其理論正是基于對電池形態(tài)的全新理解。
據(jù)王瑀介紹：“軟包電池與方型和圓柱電池不同的地方在于它的包裝材料，軟包電池的包裝材料是鋁塑膜，方型和圓柱電池包裝材料主要是鋁殼、鋼殼。軟包電池可以包含疊片、卷繞兩種工藝；也可以包含任何的材料，正極材料從磷酸鐵鋰到三元鋰，固體材料可以從石墨到硅碳；電解質(zhì)也可以從液態(tài)組織到半固態(tài)再到固態(tài)，所以它是包羅萬象的。”
獨(dú)立財(cái)經(jīng)智庫遠(yuǎn)川研究院曾在有關(guān)軟包電池生存現(xiàn)狀的一篇文章中指出，目前動(dòng)力電池廠都在研發(fā)固態(tài)電池，由于使用固態(tài)電解質(zhì)，柔軟性不足，只能使用疊片方式，因此無法使用圓柱封裝方式，使用方型封裝則會(huì)削弱它的能量密度優(yōu)勢，反倒是軟包封裝和固態(tài)電池是最適配的。
未來總是存在諸多不確定性，軟包的電池形態(tài)能否在固態(tài)電池時(shí)代迎來飛躍，目前還不能下結(jié)論。
此外，許多汽車廠商也推出了一系列新的電池技術(shù)品牌，如比亞迪的刀片電池，寧德時(shí)代的麒麟電池，廣汽埃安的彈匣電池、嵐圖的云母、琥珀電池，上汽的躺式電池，等等。這些電池也在強(qiáng)調(diào)電池形態(tài)與結(jié)構(gòu)的功效。但更多情況下，它們采取的是外購電芯+電池包結(jié)構(gòu)創(chuàng)新的模式，雖宣揚(yáng)不起火不爆炸，但嚴(yán)格而言屬于品牌營銷語境，與真正的技術(shù)突破還有距離。
行業(yè)盼望質(zhì)的飛躍
目前來看，全球的動(dòng)力電池廠商依舊在圍繞著能量密度、安全性、循環(huán)壽命、充電速度等消費(fèi)者面臨的痛點(diǎn)做相應(yīng)的提升工作。
但行業(yè)面臨的一個(gè)重要問題是，作為動(dòng)力電池的核心指標(biāo)之一，已經(jīng)接近量產(chǎn)的新產(chǎn)品的能量密度，已經(jīng)達(dá)到甚至超過理論最高值300Wh/kg。
例如，特斯拉即將于今年年底實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)的4680電池單體能量密度已達(dá)到300Wh/kg，而它的電池組能量密度為217Wh/kg；今年6月，寧德時(shí)代發(fā)布的第三代 CTP技術(shù)——麒麟電池，電池組能量密度更是已經(jīng)達(dá)到255Wh/kg。
根據(jù)寧德時(shí)代官方的描述，在相同的電化學(xué)體系、電池包尺寸下，材料用三元高鎳版的麒麟電池，比同體積的特斯拉4680高出13%的能量密度。
近期，孚能科技發(fā)布的SPS大軟包電池系統(tǒng)，由于采用高效液冷板與底盤的一體化設(shè)計(jì)，半固態(tài)大軟包電芯直接集成于系統(tǒng)底盤（省去了電池模組），使系統(tǒng)零部件減少50%，體積利用率增加30%至75%，比寧德時(shí)代麒麟電池的體積利用率還要高出3個(gè)百分點(diǎn)。這意味著，在同等條件下，SPS大軟包電池系統(tǒng)能量密度比后者還要高出一些。
在能量密度已經(jīng)達(dá)到最高值后，安全性能、低溫情況下的使用性能與充電速度的重要性愈發(fā)凸顯出來。時(shí)不時(shí)被爆出的新能源車失火、爆炸，假期排隊(duì)數(shù)小時(shí)充電的報(bào)道，每次都會(huì)引發(fā)一波又一波關(guān)于新能源汽車技術(shù)成熟與否的談?wù)摗?/p>
因此，電池廠商與車企想盡了一切辦法，在電池系統(tǒng)中使用高效液冷板、導(dǎo)熱片、納米保溫材料，以及高效排氣通、低溫快速自加熱設(shè)計(jì)、全極耳技術(shù)等等。充電方面，則是電池廠商與充電樁廠商在相互配合，同時(shí)提高電芯的充電倍率與充電樁的電流、電壓。
但這些問題的解決方案，或由于實(shí)際效果并不如商家宣傳的那么好，或由于新的解決方案還沒有被消費(fèi)者感受到，因此市面上的質(zhì)疑之聲仍不在少數(shù)。
因此，理論能量密度可以達(dá)到500Wh/kg、不需要可燃液體作為電解質(zhì)的固態(tài)電池，被行業(yè)看作是目前解決上述多個(gè)問題的最佳方案。但目前還沒有真正的技術(shù)能力實(shí)現(xiàn)固態(tài)電解液，于是半固態(tài)電池充當(dāng)起中間過渡品。
今年3月，在2022中國電動(dòng)汽車百人會(huì)論壇上，中國科學(xué)院院士歐陽明高表示，中國動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)化的目標(biāo)為：到2025年，液態(tài)體系電池單體能量密度將達(dá)到350Wh/kg；2030年，液態(tài)電池向固態(tài)電池過渡的固液混合體系電池單體能量密度為400Wh/kg；2035年，準(zhǔn)/全固態(tài)體系電池單體能量密度將達(dá)500Wh/kg。
這也意味著，現(xiàn)在距離液態(tài)體系電池發(fā)展至固態(tài)體系電池至少還需要十余年的時(shí)間。在這期間，是否會(huì)出現(xiàn)性能更好的電池化材料體系，軟包電池是否會(huì)取代方型電池成為主流，一切都還是一個(gè)未知數(shù)。
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