锰基材料电池进展——相比25年有什么明显变化？

在过去几年中，中国电动汽车行业迅速发展，成为了世界产业的引擎和创新开拓者。而如果仔细看一下整个行业的发展格局，其实不难发现几个重要的特点：1）磷酸铁锂渗透率不断提高，这一定程度上是因为成本优势，以及最为重要的是：四/五代高压实密度的材料的成熟使得质量以及尤其是体积能量密度快速提升，因此用磷酸铁锂装到100度电700~800km的续航以基本解决里程焦虑也成为了可能。2）三元电池的指标似乎一定程度上“停滞了”，峰值4-5C的麒麟电池推出已经有了若干年，系统能量密度多数是170~180Wh/kg，以至于大家可能都快忘了三元体系技术提升空间其实非常大这件事。3）对电池综合维度的要求不断上升，比如快充、安全、寿命、低温的要求都在提升，大家希望电池做“六边形战士”，希望可以给用户带来更好的使用体验。然而，如果你仔细看一下，也不难发现一些问题：说磷酸铁锂对三元形成优势的，常常淡化成本方面因素，而且对于磷酸铁锂电池做大电池带来的车大、超重、能耗、车内空间小的问题避而不谈，目前堆电池把车重拉到三吨带来的各种问题已经开始显现；更有趣的是：其中很多人天天喊着三元的高能量密度没意义，却没有意识到磷酸铁锂这几年的大发展相当重要的一个原因其实就是能量密度的提升。这次发布会中，宁德时代提到的超重-堆电池的怪循环电池的高的能量密度可以直接服务于轻量化，带来经济性、性能、安全、环保等方面的综合优势，而轻量化对于汽车行业本来就应该是天经地义的研究方向，按理说都不应该专门特别强调。百年汽车史就是一部轻量化史：比如全铝车身的使用，碳纤维的引入，F1赛车减重1kg圈速即可提升0.03秒，以及电池能量密度的不断提升，都是最好的实例。而电车过重，已经带来了刹制动、能耗、维保、空间等一系列问题。因此电池的高能量密度对于汽车产业，就是最重要的指标之一，在过去几年中，全社会对于轻量化这么重要的指标性能的忽略是有问题的，这应该在未来得到纠正。Deepseek总结的汽车轻量化可以带来的好处那为什么过去几年在乘用车市场，做高比能体系的声音变少了呢？，主要原因是：1）磷酸铁锂成本优势（降本压力）+电池相对好做（工艺环境控制要求更低）以及也容易用（系统设计更简单），很多企业自己转型去做铁锂了，还坚持做三元的企业越来越少，从下图中国汽车动力电池产业创新联盟的数据可以看出来，还在坚守战线的企业已经没几家了。2）有相当一部分的高比能电池的期望和需求转向/集中在了大圆柱和半/全固态，大圆柱包括的新设计+新工艺多，上车进展略慢于预期，以及很多开始在机器人/EVTOL领域开花，所以在车上面的放量才刚开始；而半/全固态领域的受到的高层级的关注，更是仍然说说明了人们对于高能量密度、高安全的新型电池的渴望。大家希望装上一块轻盈的电池，轻松1000公里续航不是梦，而且它可以可以体积更小，更加安全。从技术来说，磷酸铁锂随着压实密度不断提升接近真密度，能量密度逐渐将迫切瓶颈上限，如果不配合补锂、负极用硅等新技术，能量密度几乎已经没有进一步明显提升的空间了。而不管是补锂、负极用硅，还是新一代的三元，以及固态电池用的固态电解质，还有未来的锂金属负极、无负极解决方案，它们其实都有一个共同的特点，就是：成本更高，技术挑战更大（比如产气、膨胀、界面、阻抗、热防护，寿命优化以及系统设计方案），并不是哪家企业都能搞定。但是只要能做好，能量密度的指标就可以甩开别人一个身位，毫无疑问的高投入高收益。所以在过去几年中，在先进电池技术尤其是固态电池领域，仍然有无数的学者正在研究攻克技术难关，也有很多企业都在努力工作投入开发，希望推出有竞争力的产品，不过略带遗憾的是，很多都带有或多少的局限：比如有的不是严格意义的量产，不可购买，而且应该已经停产；比如有的能量密度甚至比不上主流的三元产品甚至只能和铁锂相当，这无疑是不能让人完全满意的——如果技术真的好，就应该能够克服技术壁垒，带来性能更好的可量产的产品，推向市场。包括行业的一系列技术路线图，也是希望引导企业可以向着高的目标努力，带来新一代的产品上车。而很明显的，目前很多高比能/固态电池企业的技术，还属于“突破中”的阶段，强于样品性能以及技术路线展望，但是在推出可商用的性能指标领先产品方面的进展还是不够理想。节能与新能源汽车技术路线图中，对于电池技术尤其是高比能方向的规划目标而这一次，宁德时代的凝聚态电池，在23年推出概念后，终于正式的推出车规级产品，能量密度350Wh/kg （注意了是方形不是软包电芯，折合到软包电芯可以理解为大约对应375Wh/kg左右），体积能量密度760Wh/l，性能指标在行业内都是断崖式领先（比一般的磷酸铁锂电芯高75%），而且在安全层面上得益于固态化技术和安全优化，能够电芯锯断不起火且仍可正常放电。那它里面用了什么技术呢？1）应该含量不低的的硅负极，可以在负极维度极大提高能量密度，大概率不是个位数含量，以及应对老化/膨胀宁德应该都有自己成熟的解决方案。2）新一代高镍体系正极，应该是比一般的8/9系体系更强的新一代材料。3）钛合金壳体，超高强度因此使壳体轻薄化以提高能量密度成为可能。传统的壳体都是铝壳，这个新材料结构件的使用是非常创新的，估计可能有一个缺点，就是贵一点:)。4）虽然没有明确说，我觉得这里应该使用了一些特种电解液/固态化的技术，可能有凝胶化（保证不漏液），也可能有电解液安全添加剂等。其实行业对于固态/半固态/固液混合的概念到底是什么一直有争议，我倒是觉得，现阶段只要用上相关的技术并且可以做出好的产品，那就是重大的进步，究竟是哪种固态反而相对不那么重要。5）复合集流体材料使用，在减重+安全上再多一分助力。以及我猜的：如前所述，能把这几个体系的问题应对好，设计出综合性能卓越的产品并且量产推出，这体现了宁德时代强有力的技术研发能力和生产制造能力，这也是这几年宁德时代每年研发投入超过百亿的成果的体现。那如果使用凝聚态电池装车，可能带来什么样的好处呢？装在一辆5米长的轿车内，纯电续航就不只是突破1000km了，而是突破1500km。即使是全尺寸大型SUV也可以纯电续航达到1000km，同时还可以把电池包重量控制在650kg以内。通俗的说：一次充电够用两个月（当然是对用车少点的人），对于里程焦虑的缓解不是一般的大。更不用说轻量化后带来的更多具象化的好处：如果把磷酸铁锂的电池换成等电量的凝聚态电池，明显减重使麋鹿测试成绩提升10%，100km/h刹车距离降下降5%，轮胎寿命提升35%，弹性器件寿命提升40%；而且还会减少体积占用225l，让头部空间提升36mm，车辆重心降近8mm，坐姿体验更佳，操控更稳定。现场摆放的凝聚态电池的实物上图就是现场的凝聚态电池实物，这毫无疑问是对于很多“PPT电池论”观点的最好回应，而且这款电池的尺寸让我看起来总是觉得眼熟——似乎以前的某款大电量车型的电池包就长成这样，是不是有可能在这款车上会搭载呢？拭目以待吧。以及我计算了一下：79kWh剩余电量，45%SOC，折算后可得电池能量约为175.5度；电池包654kg，计算得电池系统能量密度为268Wh/kg （比一般的三元电芯的都要高）——这样的性能指标毫无疑问是惊人的。其实，能量密度的意义早已超越技术指标本身，它是电池行业的技术皇冠，是中国制造的未来希望与方向，高能量密度是动力电池产业从“规模竞争”走向“价值竞争”的核心抓手。而高能量密度技术具有很强的技术壁垒，涉及到补锂、硅负极、固态化、安全添加剂等诸多先进技术，需要持续投入、团队协作攻关才能见到成果。难度高，回报当然也大，以宁德时代的凝聚态电池为代表的高能量密度电池技术是我国动力电池产业在世界争夺技术制高点的最核心武器，更是打开低空经济、具身智能等新兴赛道的关键钥匙，作为动力电池产业的核心技术，掌握了它才能在下一代产业变革中占据主导地位。所以，总结一下：高量密度电池是技术皇冠，高能量密度电池技术是国之希望，能量密度就是电池技术水平的分水岭。宁德时代推出的350Wh/kg凝聚态电池是行业技术的领军之作，对于马上到来的量产装车，让我们拭目以待。来源：弗雷刘