鉅大LARGE | 點擊量：460次 | 2022年07月07日
超級電池虛和實 噱頭還是顛覆性技術(shù)？
TSLA首席執(zhí)行官埃隆·馬斯克（ElonMusk）日前在推特上宣布，TSLA"電池日"將公布一款"具有行業(yè)顛覆意義"的動力鋰電池產(chǎn)品，業(yè)內(nèi)認為這款產(chǎn)品就是"超級電池"。
如無意外，TSLA"電池日"（BatteryDay）活動將于九月二十二日在TSLA加州廠舉辦。此前，受疫情影響，這一活動一再延期。
據(jù)外媒報道，TSLA將在"電池日"活動上公布其"百萬英里"電池的細節(jié)。"百萬英里"電池采用新一代單晶NCM（鎳、鈷、錳）523陰極和一種新的先進電解質(zhì)，可以使電動汽車持續(xù)行駛100萬英里（約合161萬公里）。
無獨有偶，不僅是TSLA向超級電池吹響進攻的號角，大眾、通用等主機廠以及CATL、蜂巢能源、LG化學(xué)、三星SDI等國內(nèi)外動力鋰電池公司皆發(fā)起超級電池攻堅戰(zhàn)。其中，憑借手握TSLA訂單而一躍成為全球第一大動力鋰電池公司的LG化學(xué)在九月十七日宣布，今年十二月將拆分該公司旗下動力鋰電池事業(yè)部門，并取名為"LG能源方法"公司（LGEnergySolutions）。
一位韓系電池業(yè)內(nèi)人士向第一財經(jīng)記者表示，這重要是LG化學(xué)在電池研發(fā)及產(chǎn)量擴充方面的資本需求，其中超級電池成為重要一環(huán)。截至2020年第一季度，LG化學(xué)的總借入現(xiàn)金已突破11萬億韓元，相較于2019年底的8.41萬億韓元明顯新增。上述業(yè)內(nèi)人士透露，LG化學(xué)的借入現(xiàn)金在2017年之前都保持在2萬億~3萬億韓元的穩(wěn)定水平，而自從2018年"超級電池"概念提出和動力鋰電池市場不斷擴大以來，此金額每年近乎翻一番上升。
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動力鋰電池被喻為電動汽車的"心臟"，各路公司紛紛在此領(lǐng)域布下重兵，一場硬仗難于防止。不過，超級電池究竟是噱頭還是真正的技術(shù)變革，業(yè)內(nèi)對此持有不同的聲音。
戴著"面紗"的超級電池
超級電池究竟是什么模樣？
目前，超級電池更多還是停留在概念層面，闖入超級電池領(lǐng)域的公司，往往只給出簡單的"公里數(shù)"及原理信息。
例如，TSLA在去年九月、十二月及今年四月公布三篇專利文件，分別就材料配方、放電周期及充放電次數(shù)進行闡述。該公司稱，其技術(shù)存在革命性的變化，但并不要從根本上改變?nèi)嚮蛄姿徼F鋰材料，因此成本上升空間較為有限。至于"超級電池"的細節(jié)，這有待TSLA將于本月二十二日披露。
此外，CATL在前不久也透露，將推出循環(huán)充電總續(xù)航（總里程）可達200萬公里、壽命達16年的電池，目前已可以接受訂單并進行生產(chǎn)。CATL方面稱其研發(fā)的長壽命電池的最大特點系采用獨有的"自修復(fù)長壽命技術(shù)"，無論是在磷酸鐵鋰電池還是三元鋰電池上均可采用，因此相較于競爭公司的技術(shù)具有成本優(yōu)勢。不過，CATL在超級電池細節(jié)上同樣語焉不詳。
正因此，業(yè)內(nèi)對TSLA的超級電池即將揭開面紗充滿好奇。
伊維經(jīng)濟研究院研究部總經(jīng)理吳輝接受第一財經(jīng)記者采訪時稱，僅從續(xù)航百萬英里來看，不能判斷這個技術(shù)是不是突破性的。假如是電動汽車裝了100度電，續(xù)航里程700~800公里，按照2000次循環(huán)，就能達到TSLA所說的百萬英里的目標。
吳輝談道，假如TSLA將采取業(yè)內(nèi)所傳出來的單晶NCM523，這一材料屬于比較成熟的材料體系，其在產(chǎn)氣、熱穩(wěn)定性以及循環(huán)性能上都要比多晶NCM523材料更占有優(yōu)勢，但在容量上要低于多晶NCM523材料。因此，單晶NCM523材料更適合應(yīng)用在一些對倍率性能要求不高但有關(guān)循環(huán)性能有較高要求的領(lǐng)域。此外，TSLA將采用先進的電解質(zhì)，有可能是固態(tài)電解質(zhì)，因此這個超級電池可能是固態(tài)電池或者半固態(tài)電池。
他還分析指出，電動汽車光談續(xù)航?jīng)]有意義，要看這個車是在裝載了多大的電量的前提下談單次續(xù)航里程和循環(huán)壽命。多裝電池成本肯定就會高，這個成本高不是電池單價貴，是這個車裝電池裝得多，所以本質(zhì)上要提高續(xù)航，還是得提高電池的能量密度，不能靠多裝電池。
韓國工程院院士、漢陽大學(xué)教授宣良國向第一財經(jīng)記者表示，動力鋰電池的壽命限制重要還是在電芯材料和電芯設(shè)計兩個層面。因此，通過改善結(jié)構(gòu)設(shè)計使電池穩(wěn)定且不會快速跳變，或直接引入新的電芯材料提高初始容量及正負極材料的穩(wěn)定性，這是提高電池壽命的兩條核心路線，絕大多數(shù)超級電池往往都是從這兩條路線中進行選擇。
面對多座碉堡
經(jīng)過多年奮戰(zhàn)，動力鋰電池的技術(shù)明顯提高以及成本明顯下降。此前，動力鋰電池的成本在電動汽車的成本中占比高達50%~60%，而如今在不少電動汽車型中占比降低至30%甚至更低。和此同時，電動汽車的綜合續(xù)航里程也從之前普遍集中在300公里之下到現(xiàn)在不少車型已突破500公里甚至更高。
不過，在動力鋰電池技術(shù)攻堅戰(zhàn)過程中，主機廠和動力鋰電池制造商不得不面對成本和安全等多座碉堡。無論是國際上的TSLA和松下，還是國內(nèi)的比亞迪、CATL、蔚來及廣汽新能源等公司，皆卷入過電池導(dǎo)致新能源汽車起火的事故中。目前，國家監(jiān)管平臺的數(shù)據(jù)顯示，2020年以來，國內(nèi)54輛新能源汽車著火。
TSLA超級電池能否解決安全及成本等難題而順利推進商用化進程？
今年以來，備受關(guān)注的是，已進入TSLA電池供應(yīng)商名單的CATL，被指其NCM811電池在某種程度上存在著安全隱患。這緣于采用CATLNCM811電池的廣汽新能源的主打純電動汽車型AionS在今年發(fā)生三起自燃事故。對此，廣汽新能源內(nèi)部人士接受第一財經(jīng)記者采訪時稱，第一起自燃事故已基本查明，起火緣于該車此前經(jīng)過相對激烈的碰撞，而后兩起還在和電池供應(yīng)商調(diào)查起火的原因，一旦查清楚原因會及時對外公布。
CATL內(nèi)部人士在接受第一財經(jīng)記者采訪時回應(yīng)稱，廣汽新能源電動汽車的電芯是由CATL供應(yīng)，而廣汽新能源電動汽車釆用的電池包，部分由其自己生產(chǎn)，部分由CATL供應(yīng)。究竟是哪個環(huán)節(jié)出現(xiàn)安全隱患，還在和廣汽新能源共同調(diào)查中。
所謂NCM811電池，指的是正極材料中鎳、鈷、錳的配比為8：1：1的三元鋰電池。CATL2019年上市的NCM811/石墨體系電芯，單體能量密度超過240Wh。這比磷酸鐵鋰電芯密度要高40%以上，比一般的三元鋰電池也要高15%以上。電池單體能量密度提升，能幫助提升電池包的能量密度，繼而提升車輛的續(xù)航里程。此外，有業(yè)內(nèi)人士估算過，采用811材料生產(chǎn)的三元電芯，做成電池包后，每瓦時成本可下降8%。
NCM811電池正成為全球動力鋰電池公司攻關(guān)的方向之一，不過，因為其安全性問題，LG化學(xué)、SKI原計劃2018年推出用于電動汽車的NCM811電池，但后來推遲了。目前，國際上NCM811的方形和軟包鋰電池，還沒有大規(guī)模推廣。
作為新型的NCM811技術(shù)，其應(yīng)用難度是多個維度的，首先是電芯生產(chǎn)，NCM811材料受其高鎳含量、表面殘堿高、熱穩(wěn)定性差等因素的制約，對正極材料生產(chǎn)廠商及電池公司的生產(chǎn)制造環(huán)境及技術(shù)水平提出更高的要求；其次，電池的安全性是一項系統(tǒng)工程，由于單體性能的變化，模組、系統(tǒng)乃至整車，應(yīng)該做出有針對性的設(shè)計，在生產(chǎn)過程也要提升要求。因此，NCM811電池大規(guī)模商業(yè)化還是受到一定限制。
CATLNCM811電池通過提高鎳的比例來削減鈷的比重，降低電池的生產(chǎn)成本，但在動力鋰電池中高活性的鎳元素比重越大，正極材料的熱穩(wěn)定性相對降低，當電池遇到高溫、外力等沖擊時可能容易引發(fā)熱失控。在搭載CATLNCM811的電動汽車發(fā)生多次起火事件之后，有傳言稱CATL基本否定了已占其動力鋰電池市場20%的NCM811路線而將轉(zhuǎn)向能量密度較低的NCM523電池。對此，CATL上述內(nèi)部人士稱，這一傳言不實，在發(fā)展NCM811新技術(shù)過程中會遭遇挑戰(zhàn)，但不會因為遇到困難就放棄，這是未來應(yīng)對日韓等先進電池技術(shù)的之一，將會繼續(xù)攻破難關(guān)不斷完善NCM811技術(shù)。
新技術(shù)往往會遇到未知的挑戰(zhàn)，而即將揭開面紗的TSLA超級電池，能否攻破安全及成本等多座碉堡而引發(fā)動力鋰電池行業(yè)變革？
動力鋰電池行業(yè)研究人士王凡正在研究不同種類電池的可靠性，為此在全國各個不同氣候的地區(qū)就電池壽命進行研究和試驗。他談到，電池的性能穩(wěn)定程度重要是基于電解液及電芯之間的隔膜層是否穩(wěn)定，而他發(fā)現(xiàn)，在一些被稱為"夢想電池"的超級電池上出現(xiàn)一些早期的廉價動力鋰電池會出現(xiàn)的情況，例如因不同天氣影響電池的壽命。
王凡認為，即便是相較于超級電池技術(shù)更加具象化且專利數(shù)量多出近三倍的NCM811電池，尚且由于幾起自燃而引發(fā)動力鋰電池行業(yè)深思并不斷進行改進，那么超級電池作為相對抽象化的概念，其安全性能是否得到保證仍需更多驗證。
由于目前TSLA尚未公布超級電池具體的材料及構(gòu)成，業(yè)界暫時難以估算其成本，但普遍認為成本勢必會上升。此外，"超級電池"是否具有商業(yè)化的價值也被質(zhì)疑。上海工程技術(shù)大學(xué)汽車工程學(xué)院教師劉淼接受第一財經(jīng)記者采訪時談到，以電池為代表的"三電系統(tǒng)"確實是許多新能源汽車的核心部件，但考量一輛新能源汽車的真正使用壽命，遠遠沒有電池一個部件這么簡單。
劉淼提到，正如"木桶效應(yīng)"，汽車是由眾多配件共同運作的系統(tǒng)，且每一個配件如齒輪般相連，因此汽車的整體壽命不是取決于壽命最長的零部件，而是取決于壽命最短的零部件。
例如，連接電池及電機的電機線板的質(zhì)保期限一般只有幾年，遠遠低于超級電池所設(shè)計的使用年限。劉淼稱，這種配件假如要有較大幅度的壽命提升，除了將材料完全替換，否則還是比較困難。在他看來，即使超級電池在技術(shù)上可以實現(xiàn)，但新能源車其他部件沒有同樣長的使用壽命，這意味著超級電池的現(xiàn)實價值并沒有鼓吹的那樣大。
