文/ 本刊記者 鄭雪芹

目前，磷酸鐵鋰、三元鋰、錳酸鋰、鈦酸鋰等是常用的動(dòng)力電池材料類型，但行業(yè)圍繞動(dòng)力電池技術(shù)的研發(fā)從未止步，從比亞迪的刀片電池到廣汽埃安的彈匣電池，從蜂巢能源的無(wú)鈷電池到寧德時(shí)代的鈉電池，宣告著電池技術(shù)的一個(gè)個(gè)優(yōu)化與創(chuàng)新。

現(xiàn)階段的動(dòng)力電池技術(shù)不乏優(yōu)化與創(chuàng)新

今年以來(lái)，動(dòng)力電池領(lǐng)域不斷傳來(lái)技術(shù)新進(jìn)展，僅7月份就爆出兩則好消息。先是7月16日，蜂巢能源宣布全球首款無(wú)鈷電池正式實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，其由此也成為全球首家突破無(wú)鈷電池技術(shù)難關(guān)，成功實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品量產(chǎn)的動(dòng)力電池企業(yè)。據(jù)蜂巢能源技術(shù)人員介紹，該款電池具有高安全性、高能量密度、高循環(huán)壽命和低成本的核心優(yōu)勢(shì)。相比同級(jí)別的高鎳三元電池，該款無(wú)鈷電芯循環(huán)壽命可達(dá)到3000次以上，能輕松通過(guò)150℃的熱箱測(cè)試和140%SOC的過(guò)充測(cè)試，擁有GB/IEC62660/UL2580/UN38.3等多項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證。

隨后的7月29日，寧德時(shí)代發(fā)布了第一代鈉離子電池。據(jù)其介紹，在正極材料方面，該電池采用了克容量較高的普魯士白材料，對(duì)材料體相結(jié)構(gòu)進(jìn)行電荷重排，解決了普魯士白在循環(huán)過(guò)程中容量快速衰減的核心難題；在負(fù)極材料方面，寧德時(shí)代開發(fā)了具有獨(dú)特孔隙結(jié)構(gòu)的硬碳材料，具有克容量高、易脫嵌、優(yōu)循環(huán)的特性。

7 月29 日，寧德時(shí)代發(fā)布了第一代鈉離子電池。據(jù)其介紹，在正極材料方面，該電池采用了克容量較高的普魯士白材料，對(duì)材料體相結(jié)構(gòu)進(jìn)行電荷重排，解決了普魯士白在循環(huán)過(guò)程中容量快速衰減的核心難題；在負(fù)極材料方面，寧德時(shí)代開發(fā)了具有獨(dú)特孔隙結(jié)構(gòu)的硬碳材料，具有克容量高、易脫嵌、優(yōu)循環(huán)的特性。

基于上述材料體系的一系列突破，寧德時(shí)代研發(fā)的第一代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特點(diǎn)。其電芯單體能量密度達(dá)160Wh/kg；常溫下充電15分鐘，電量可達(dá)80%以上；在-20%uB0C低溫環(huán)境中，擁有90%以上的放電保持率；系統(tǒng)集成效率可達(dá)80%以上；熱穩(wěn)定性遠(yuǎn)超國(guó)家強(qiáng)標(biāo)的安全要求。

值得關(guān)注的是，雖然鈉離子電池的安全性、經(jīng)濟(jì)性、工作溫度等多項(xiàng)指標(biāo)都優(yōu)于鋰離子電池，但鈉離子電池能量密度較低，產(chǎn)品性能相對(duì)不高。因此，為了彌補(bǔ)鈉離子電池在現(xiàn)階段的能量密度短板，寧德時(shí)代此次發(fā)布的鈉離子電池是與鋰電池混搭的，其創(chuàng)新的鋰鈉混搭電池包也一起在發(fā)布會(huì)上首次亮相。這就是寧德時(shí)代在電池系統(tǒng)集成方面提供的AB電池系統(tǒng)解決方案，即鈉離子電池與鋰離子電池兩種電池按一定比例進(jìn)行混搭，集成到同一個(gè)電池系統(tǒng)里，通過(guò)BMS精準(zhǔn)算法進(jìn)行不同電池體系的均衡控制。

寧德時(shí)代董事長(zhǎng)曾毓群解釋稱，“新的應(yīng)用場(chǎng)景不斷出現(xiàn)，給了不同技術(shù)展示的舞臺(tái)。鈉離子電池在低溫性能、快充以及環(huán)境的適應(yīng)性等方面擁有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，與鋰離子電池相互兼容互補(bǔ)，多元化的技術(shù)路線也是產(chǎn)業(yè)長(zhǎng)期穩(wěn)定發(fā)展的重要保障?！?/p>

事實(shí)上，除了寧德時(shí)代外，市場(chǎng)上研究鈉離子電池的企業(yè)還有中科海納、格林美等多家企業(yè)。今年6月底，中科海納發(fā)布了全球首套1MWh鈉離子電池光儲(chǔ)充智能微網(wǎng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)以鈉離子電池為儲(chǔ)能主體，推動(dòng)了鈉離子電池商業(yè)化的應(yīng)用發(fā)展。同時(shí)，格林美也在今年5月份稱其已經(jīng)完成了鈉離子電池材料的研發(fā)，鵬輝能源也已經(jīng)做出鈉離子電池樣品并于6月份進(jìn)行中試。

從寧德時(shí)代的“鈉鋰混搭”方案，我們不難看出，在電池技術(shù)難以獲得實(shí)質(zhì)性突破的現(xiàn)在，各大電池制造商的主要工作就是針對(duì)現(xiàn)有的電池包，整合產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)進(jìn)行集成創(chuàng)新。其本質(zhì)上還是通過(guò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化提高電芯通量和體積利用率，通過(guò)物理阻隔、冷卻和軟件監(jiān)控等方式，實(shí)現(xiàn)熱監(jiān)控并阻止熱擴(kuò)散，廣汽埃安的彈匣電池和比亞迪的刀片電池采用的都是這個(gè)路徑。

為了讓三元鋰電池包在針刺后不發(fā)生熱失控，不起火，廣汽埃安在今年3月10日發(fā)布的新一代動(dòng)力電池安全技術(shù)——“彈匣電池”系統(tǒng)采用了超高耐熱穩(wěn)定電芯、超強(qiáng)隔熱電池安全艙、急速降溫三維速冷系統(tǒng)和全時(shí)管控第五代電池管理系統(tǒng)等安全技術(shù)。顧名思義，彈匣電池技術(shù)就是打造了一個(gè)安全保護(hù)殼，將電芯一個(gè)個(gè)地放進(jìn)安全艙，酷似彈匣中的子彈，這個(gè)子彈既能是三元鋰，也能是磷酸鐵鋰。彈匣電池采用了耐高溫（超1400℃）材料制成，并在電芯之間采用了隔熱材料，可以很好地阻燃隔熱，保證在一個(gè)電芯出現(xiàn)問(wèn)題的情況下不會(huì)波及其他電芯。

上述技術(shù)無(wú)論是針對(duì)電芯的材料創(chuàng)新，還是針對(duì)電池包的結(jié)構(gòu)創(chuàng)新，其本質(zhì)上都是一種對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)化，不能稱之為顛覆性技術(shù)。因此，不管是鋰電池的“去鈷”，還是“鈉鋰混搭”，現(xiàn)階段宣布已經(jīng)量產(chǎn)或即將量產(chǎn)的動(dòng)力電池技術(shù)，都有一個(gè)共同的特點(diǎn)，其研發(fā)目的是在降低成本、提高安全、增加續(xù)航方面找到平衡點(diǎn)，提升整車競(jìng)爭(zhēng)力。

未來(lái)真正稱得上顛覆性的技術(shù)向何方突破？

就現(xiàn)階段來(lái)看，新能源汽車存在的續(xù)航短、充電慢、衰減快、售價(jià)高、安全性差、殘值低等諸多痛點(diǎn)，癥結(jié)根源直指電池，其性能難以多方兼顧，全面突破面臨挑戰(zhàn)。

那么，未來(lái)能夠真正顛覆鋰離子和磷酸鐵鋰電池地位的技術(shù)有哪些呢？離量產(chǎn)的距離還有多遠(yuǎn)？

就現(xiàn)階段來(lái)看，新能源汽車存在的續(xù)航短、充電慢、衰減快、售價(jià)高、安全性差、殘值低等諸多痛點(diǎn)，癥結(jié)根源直指電池，其性能難以多方兼顧，全面突破面臨挑戰(zhàn)。

近來(lái)在全球范圍內(nèi)最熱門的怕要屬固態(tài)電池了?，F(xiàn)代汽車的計(jì)劃是在2025年試生產(chǎn)配備全固態(tài)電池的電動(dòng)車，2027年部分批量生產(chǎn)，在2030年左右實(shí)現(xiàn)全面批量生產(chǎn)。與此同時(shí)，大眾、通用、豐田等國(guó)際主機(jī)廠也在積極布局固態(tài)電池的研發(fā)和量產(chǎn)應(yīng)用。在國(guó)內(nèi)，寧德時(shí)代、國(guó)軒高科、蜂巢能源、贛鋒鋰電、清陶、衛(wèi)藍(lán)等中國(guó)電池企業(yè)也在積極研發(fā)固態(tài)電池，商業(yè)化應(yīng)用時(shí)間集中在2025-2030年。

所謂固態(tài)電池，顧名思義就是使用固體電解質(zhì)的鋰電池，與目前主流的傳統(tǒng)鋰離子電池最大的不同在于電解質(zhì)。從工作原理來(lái)看，傳統(tǒng)鋰電池由正極、負(fù)極、隔膜和電解液組成，而電解液中含有易燃的有機(jī)溶劑，發(fā)生內(nèi)部短路時(shí)溫度驟升容易引起燃燒，甚至爆炸。而固體電解質(zhì)材料具有不可燃、無(wú)腐蝕、不揮發(fā)以及不漏液等特性，即便是在高溫環(huán)境下也不會(huì)發(fā)生副反應(yīng)。因此，采用固態(tài)電解質(zhì)替代傳統(tǒng)鋰離子電池中的電解液和隔膜，有望提升電池的單體能量密度，在結(jié)構(gòu)上有著更強(qiáng)的溫度適應(yīng)性，電池使用壽命也相對(duì)延長(zhǎng)，安全性能將得到有效改善。

作為下一代動(dòng)力電池的重要技術(shù)路線，固態(tài)電池被寄予厚望。但總體而言，目前固態(tài)電池在世界范圍內(nèi)尚處于研發(fā)階段，距離產(chǎn)業(yè)化還比較遠(yuǎn)。在固態(tài)電池的發(fā)展過(guò)程中，還存在許多需要面對(duì)的問(wèn)題，一些瓶頸還有待解決。這些難題包括固態(tài)電解質(zhì)材料的鋰離子電導(dǎo)率偏低、金屬鋰反復(fù)充放電的循環(huán)性問(wèn)題、電解質(zhì)可塑性差、界面相容性等方面。

除此之外，鋰硫電池、金屬-空氣電池等也在研發(fā)中，技術(shù)瓶頸待解，量產(chǎn)遙遙無(wú)期。

其中，鋰硫電池是以硫元素作為電池正極，金屬鋰作為負(fù)極的一種鋰離子電池。單質(zhì)硫在地球中儲(chǔ)量豐富，具有價(jià)格低廉、環(huán)境友好等特點(diǎn)。利用硫作為正極材料的鋰硫電池，其材料理論比容量和電池理論比能量較高，分別達(dá)到1675mAh/g和2600Wh/kg，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于商業(yè)上廣泛應(yīng)用的鈷酸鋰離子電池的容量（<150mAh/g）。并且硫是一種對(duì)環(huán)境友好的元素，對(duì)環(huán)境基本沒(méi)有污染，是一種非常有前景的鋰離子電池。

然而，鋰硫電池的主要問(wèn)題在于，如果電解質(zhì)使用鋰離子電池中通常使用的有機(jī)電解質(zhì)，則電池容量將隨著充電和放電循環(huán)而顯著降低。在電池的充電和放電反應(yīng)期間產(chǎn)生的硫和鋰的中間化合物將溶解在電解質(zhì)中并在負(fù)極側(cè)發(fā)生反應(yīng)，從而大大減少了用于充電和放電的硫量。這些技術(shù)瓶頸都是等待攻克的難題。

金屬-空氣電池具有一半電池屬性、一半燃料電池屬性，使用的是空氣和電池內(nèi)部的化學(xué)物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)來(lái)產(chǎn)生電能。因?yàn)榭諝饪梢噪S時(shí)獲取，這樣就不需要在電池中儲(chǔ)存含有氧元素的固態(tài)物質(zhì)，這樣一來(lái)就可以填入更多的鋰元素來(lái)增加能量密度。所以這種電池相比傳統(tǒng)鋰離子電池的能量密度提升可高達(dá)10倍。目前主流研究方向主要是鋰-空氣電池和鋅-空氣電池。

金屬-空氣電池最大的技術(shù)瓶頸在于反復(fù)充電。如果是一次性電池，那么毫無(wú)疑問(wèn)，這種技術(shù)具備碾壓式的優(yōu)勢(shì)。然而要想將其制造成可以反復(fù)充電的電池，就是非常困難的事情了。由于電池內(nèi)部的金屬化學(xué)物質(zhì)會(huì)因?yàn)楦諝獍l(fā)生化學(xué)反應(yīng)而慢慢變性，因此這種電池在充電幾次之后就幾乎失效了，所以反復(fù)充電的壽命問(wèn)題亟待攻克。