新電池技術(shù)層出不窮，續(xù)航焦慮何時(shí)解決？

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/黃山明）在新能源汽車高速發(fā)展的當(dāng)下，電池技術(shù)成為其中重要一環(huán)，其地位也在與日俱增。從1799年人類發(fā)明第一塊電池開始，盡管在過去的兩個(gè)多世紀(jì)里人們不斷研究，但仍然沒有完全理解設(shè)備內(nèi)部的具體工作機(jī)制。

近幾年來，隨著電子設(shè)備性能的飛速增長(zhǎng)，電池技術(shù)（或儲(chǔ)能技術(shù)）似乎已經(jīng)達(dá)到了瓶頸，長(zhǎng)時(shí)間停滯不前。這主要是因?yàn)楝F(xiàn)有的電池技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)革命性的突破，而傳統(tǒng)的化學(xué)電池性能已經(jīng)接近其理論極限。因此在近期，不斷有新電池技術(shù)推出，希望能夠打破或繞開物理限制，解決如今電動(dòng)汽車的續(xù)航焦慮問題。

電池技術(shù)突破方向

目前電池經(jīng)過多年的發(fā)展，基本已經(jīng)達(dá)到理論的瓶頸。一個(gè)是化學(xué)反應(yīng)過程中的能量轉(zhuǎn)化存在極限，而目前的電池技術(shù)已經(jīng)接近這個(gè)極限，另一個(gè)，設(shè)計(jì)軟件、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)與理念缺少話語權(quán)，導(dǎo)致電池儲(chǔ)能轉(zhuǎn)化的相關(guān)機(jī)理、技術(shù)及系統(tǒng)的研究還不夠成熟，導(dǎo)致如今的電池技術(shù)難以突破。

想要實(shí)現(xiàn)電池技術(shù)的突破，如果無法在物理層面上解決，那么只能先提高電池各個(gè)維度的指標(biāo)，比如提高能量密度，這可以有效提高設(shè)備的續(xù)航時(shí)間，也是目前大多數(shù)企業(yè)選擇的方向。

再比如提高充放電效率，而現(xiàn)有的電池充放電速度已經(jīng)逐漸接近極限，需要進(jìn)一步優(yōu)化電池結(jié)構(gòu)，提高充放電效率。不僅效率要高，還需要保證安全性，例如，電池過熱、短路等問題時(shí)有發(fā)生，這些問題可能會(huì)引發(fā)火災(zāi)、爆炸等安全事故。保證電池的安全性是突破電池技術(shù)的重要難點(diǎn)之一。此外，降低成本與環(huán)保生產(chǎn)也非常重要。

可以看到目前一些新推出的電池產(chǎn)品都是遵循以上的方向進(jìn)行設(shè)計(jì)，比如寧德時(shí)代的5C麒麟電池，能夠?qū)崿F(xiàn)充電12分鐘，續(xù)航500公里。

廣汽埃安最新發(fā)布全棧自研的因湃電池，電池整包能量密度達(dá)到146.5Wh/kg，壽命達(dá)150萬公里。而廣汽埃安此前發(fā)布的“彈匣電池”技術(shù)專門用于保護(hù)三元鋰電池，通過軟硬件實(shí)現(xiàn)整包針刺不起火，從能量密度、壽命以及安全性上都有了不小的提升。

再比如當(dāng)下盛行的磷酸鐵鋰電池，盡管在電池能量密度、重量上處于劣勢(shì)，但由于壽命更長(zhǎng)、安全性更好、耐高溫性能較好以及成本更低，讓磷酸鐵鋰成為車企更好的選擇。

以12月7日市場(chǎng)正極材料數(shù)據(jù)，三元材料8系價(jià)格為17.5萬元/噸，磷酸鐵鋰現(xiàn)貨價(jià)格為5.12萬元/噸，三元材料的價(jià)格已經(jīng)達(dá)到了磷酸鐵鋰的三倍以上，這也讓磷酸鐵鋰更具性價(jià)比。

可以看到，大多數(shù)電池廠商發(fā)力的重點(diǎn)在于提高充電速度與降低成本上，高續(xù)航的重要性被放在了稍后的位置。尤其是提升充電速度，無論電池本身具有多大的容量，充電慢，充電樁難尋仍然是目前新能源汽車車主所面臨的最大痛點(diǎn)，這也是為何如今許多新能源汽車?yán)m(xù)航超過1000公里，但仍然存在續(xù)航焦慮的原因。

如果充電時(shí)間能夠進(jìn)一步，甚至達(dá)到與燃油車一樣，續(xù)航焦慮自然會(huì)消失。一些企業(yè)采用換電的方式來幫助汽車充能，盡管速度很快，但需要換電站的支持。大多數(shù)新能源汽車仍然依靠充電樁來進(jìn)行充電，因此充電速度將更加重要。

不同的電池技術(shù)路線

想要解決目前鋰電池所遇到的物理瓶頸，當(dāng)無法使用技術(shù)繼續(xù)提升時(shí)，或許換種形式繞過它會(huì)更加可行。比如鈉離子電池、鈣鈦礦電池以及被許多車企所看好的固態(tài)電池。

鈉離子電池相比鋰離子電池，其材料主要以鈉離子為主，不僅更便宜而且環(huán)保。不過鈉離子電池能量密度較低，通常鈉離子電池的能量密度則為100-150Wh/kg，而鋰離子電池的能量密度大約為100-300Wh/kg，這主要是鈉離子的特性所決定的。

而在工作電壓范圍上，鋰離子電池為3.0-4.2V，鈉離子電池為2.8V-3.5V，盡管工作電壓范圍較低，但其高低溫性能要優(yōu)于鋰離子電池。

鈣鈦礦電池與鈉離子電池類似，能量密度上不如鋰離子電池，不過鈣鈦礦電池在光電轉(zhuǎn)換效率上有顯著優(yōu)勢(shì)。目前，鈣鈦礦太陽能電池的理論光電轉(zhuǎn)換效率已高達(dá)33%，而當(dāng)采用疊層模式后，其光電轉(zhuǎn)換效率甚至有望突破45%。

此外，鈣鈦礦電池還具備制造工藝簡(jiǎn)單、成本低和光譜吸收范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。不過鈣鈦礦原材料在地球上有大量分布且價(jià)格低廉，但其壽命和穩(wěn)定性相較于鋰離子電池較差,特別是大面積應(yīng)用時(shí)的效率損失以及含有鉛的問題需要解決。

相比之下，固態(tài)電池更受到車企的歡迎，首先是安全性顯著優(yōu)于鋰離子電池，能量密度也更高，使用壽命更長(zhǎng)。并且固態(tài)電池還具有體積小、穩(wěn)定的特點(diǎn)，可以讓電池管理更加簡(jiǎn)化。并且固態(tài)電池的溫度工作范圍，目前可以在-25℃到60℃之間。

不過固態(tài)電池的缺點(diǎn)在于量產(chǎn)困難，成本極高。這是因?yàn)楹茈y設(shè)計(jì)出同時(shí)穩(wěn)定、化學(xué)惰性和電極之間離子良好導(dǎo)體的固體電解質(zhì)。并且固態(tài)電池的界面阻抗過大，這也是固態(tài)電池研究過程中需要解決的問題。

今年10月份，豐田和出光興產(chǎn)宣布將合作推出全固態(tài)電池量產(chǎn)，爭(zhēng)取2027年前后實(shí)現(xiàn)規(guī)模商用，三星SDI也公布了其固態(tài)電池路線圖，正致力于開發(fā)能量密度超過900 Wh/L的固態(tài)電池，同樣計(jì)劃于2027年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，目前正在水原研究所中試線上持續(xù)迭代工藝。

廣汽埃安近期發(fā)布消息稱，其實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)完成固態(tài)電池的界面改性技術(shù)試驗(yàn)驗(yàn)證，公布了新的技術(shù)突破。該技術(shù)將使固態(tài)電池的壽命衰減降低50%，150周循環(huán)后，電池容量能夠保持在90%以上。并計(jì)劃在2026年實(shí)現(xiàn)裝車搭載，埃安旗下高端豪華品牌昊鉑將率先采用。

據(jù)EVTank的預(yù)測(cè)，至2030年全球固態(tài)電池滲透率有望達(dá)到10%，需求達(dá)到276.8GWh。2023-2030年，全球固態(tài)電池需求增長(zhǎng)的CAGR為63.7%。

不過當(dāng)前全固態(tài)電池工藝并不成熟，還存在諸多難題需要解決，如離子電導(dǎo)率低、循環(huán)壽命差、倍率性能差、成本高昂等，因此大多數(shù)車企目前選擇了半固態(tài)電池，作為液態(tài)電池與全固態(tài)電池的過渡方案。

包括未來、上汽、東風(fēng)、賽力斯等企業(yè)都宣布將陸續(xù)推出半固態(tài)電池版車型，續(xù)航里程可達(dá)1000km。有相關(guān)機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)，半固態(tài)電池預(yù)計(jì)將在2024年開啟規(guī)?；慨a(chǎn)，規(guī)模有望達(dá)到5GWh，2025年成本有望降低至0.9元/Wh，而全固態(tài)電池的商用時(shí)間可能要到2030年。

寫在最后

續(xù)航焦慮是目前新能源汽車車主揮之不去的問題，哪怕如今電動(dòng)汽車的續(xù)航越來越高，也無法得到有效緩解。歸根結(jié)底，續(xù)航焦慮的原因還在于充電時(shí)間過長(zhǎng)以及基礎(chǔ)設(shè)施不足所致，如果充電能夠像加油一樣隨處都有，并且方便快捷，那么續(xù)航焦慮自然不復(fù)存在。

而在市場(chǎng)中，存在著換電與升級(jí)電池技術(shù)本身兩種方式，優(yōu)缺點(diǎn)都很明顯。而國(guó)內(nèi)的市場(chǎng)也足夠這兩種路線同時(shí)生存，就讓市場(chǎng)來選擇新能源汽車未來的充電方式。