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长续航和低成本如何兼顾 1000公里续航动力电池背后的迷雾与真相

脑极体 2021-01-21 10:50 次阅读

新年伊始,新能源汽车行业纷纷抛出同一手“王炸”——1000公里续航的纯电汽车。

这几天,蔚来汽车、上汽智己、广汽埃安先后宣布将在未来的一、两年内推出可量产的1000公里续航的新车型。这种集体放卫星一样的“期货式”发布会,甚至让资本市场都一时难以消化,这些厂商连同相关技术产业链的股票纷纷涨停,而锂电池板块中“被淘汰”的技术股票则纷纷跌停,引发整个行业的热议和质疑。

先来看“1000公里续航”是个什么概念。

开车的老司机都知道,现在主流燃油乘用车的续航一般在500-600公里左右,加上续航里程稳定(而电动车有快速掉电的风险)和加油方便快捷的两大优势,这几个因素成为燃油车抵抗电动车入侵的最大护城河。

而现在1000公里续航的新能源汽车的推出,再搭配上可以媲美加油时长一样的快充体验,这就让燃油车的最后一点优势荡然无存。其背后的超长续航的动力电池,相当于颠覆整个传统汽车产业的一项里程碑技术。

用一句耳熟能详的话就是:我们再一次见证了历史。

对此,我采访了下身边的小伙伴,很多人都对这些超长续航的新能源汽车发生了浓厚的兴趣。手头阔绰的朋友会比较关心:超长续航到底靠不靠谱?新车价格贵不贵?充电快不快?安全不安全?也有看热闹不嫌事大的朋友在关心:这些厂商能不能如期兑现量产的承诺?超强续航电池会不会威胁到现有的动力电池体系?

这些问题恰恰像是笼罩在这几场“期货式发布会”后面的层层迷雾。而我们要做的就是去解开这些迷雾背后,超长续航动力电池的技术真相。

长续航和低成本,真的难以兼得

众所周知,决定一辆新能源汽车是否具有竞争力的因素有三个:成本、能量密度和安全性。

成本,特别是动力电池的成本,占到了整车成本的30%-40%,也就决定了整车的整体价位;能量密度,同时还包括电池重量和体积因素,决定了整车的续航能力;动力电池的安全性则几乎是一辆新能源汽车的生命线,没有人愿意坐在一块极易燃烧的大电池上面飞驰。

因此,成本越低、能量密度越高、充电速度快、安全性越高,自然就是一款动力电池的最优技术路线,但是往往这几者之间难以同时兼得,甚至是互相矛盾。

最近,正如中科院院士欧阳明高在中国电动车百人会论坛(2021)上讲到:“如果有人告诉你,这个车能跑1000公里,几分钟能充满电,还很安全,成本又很低。以目前的技术来讲,他一定是骗子。”

欧阳院士的话说得很严谨。因此严格来论,这几家推出1000公里续航的新能源车企,都还得不到“骗子”的称号,毕竟他们还没有宣称一款电池可以同时达成所有的性能,而几乎所有的长续航电池现在成本都非常高。

我们不妨先从近十年来动力电池的几次技术演进,看下这几项性能之间的相互制约关系。

在新能源汽车兴起时的六七年前,由于乘用电动车消费量极小,大多是公共交通、出租车等商用车使用场景,这时候的动力电池普遍采用能量密度低但安全性好、成本也低的磷酸铁锂电池的技术路线。

随着2017、2018年,新能源汽车开始进入大众乘用车市场,消费者普遍更加关注续航里程的问题,因此,能量密度高,成本效益比更好的三元锂电池成为当前市场的主流,但三元锂电池层出不穷的燃烧爆炸事件也让很多人记忆犹新,而且只要接连几起的电池燃烧爆炸几乎就能毁掉一个新能源汽车品牌。

而到了2020年,经过技术升级的磷酸铁锂电池,从结构上使得能量密度得到提升,而同时又在安全性和成本上占有优势,又显示出份额上升的强劲势头,从而和三元锂电池技术路线开始了新一轮的捉对厮杀。

但现在双方战局刚一拉开,一个野蛮人又闯了进来。以蔚来汽车推出的“固态电池”为代表的新一代动力电池技术一下子抢过了所有的风头,让原有技术路线一下子有了被“颠覆”的感觉。

但事实上,新一代超长续航动力电池想要走向量产商用落地,仍然还有很多的关要闯。而最根本也是最难以解决的问题,就是长续航和低成本之间的矛盾,而这也是超长续航的动力电池能否如期落地最大制约因素。

成本难控,长续航电池的最大制约因素

具体问题具体分析。我们先以蔚来汽车推出的“固态电池”的技术路线为例来回答这一问题。

从理论上来说,与当前的磷酸铁锂电池和三元锂电池这两类液态锂电子电池相比,固态电池具有能量密度高、安全性好、充电速度快的特点,几乎满足一块“优秀”动力电池的绝大多数特征了。

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固态电池,顾名思义,就是用固态电解质来代替传统锂离子电池的电解液和隔膜。在关键特性上,可以容纳更高的能量密度,更长时间的循环使用寿命;在安全性上,固态电池具有不易燃、耐高温、无腐蚀、不挥发等特性,起火燃烧风险大幅降低;在体积上,固体形态能够大幅缩小电池体积,在同等电容量的前提下,可以减少汽车空间和重量,从而更好地提高整车的续航能力。

现在,液态锂电池在能量密度的最高理论值也就能达到350wh/kg,而现在液态锂电池的单体能量密度也只能达到280wh/kg,目前最高只能到300wh/kg,最高续航也只能达到600-700公里,而想要提高进一步续航,就会打破续航和电池重量、车辆安全性的平衡点了。

对比来看,蔚来汽车发布的这款新能源车的单体能量密度达360Wh/kg,电池能量达到150kWh,最高续航能达到1000公里的固态电池,确实可以“惊艳”整个业界。

不过,打脸来得不要太快。蔚来的1000公里“固态电池”推出之后,很多行业人士纷纷表示质疑,认为现有的固态电池技术路线并不成熟,蔚来其实是在给用户“画大饼”。

从行业的普遍认识来看,固态电池的商业化量产,仍然存在着巨大的技术和成本难题。比如固态电解质决定了其电导率要远远小于电解液,能够突破电导率瓶颈的固态电解质材料尚未获得关键性突破。同时固态电解质的制备成本高、产业链不成熟,使得业界普遍对固态电池的投入使用持谨慎态度,预计5-10年时间才有望实现全固态电池的成熟技术路线。

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而这次蔚来汽车的1000公里固态电池组实际采用的是“原位固化固液电解质”、“无机预锂化碳硅负极”,以及“纳米级包覆超过镍正级”的设计方案,实际上仍然使用了一定比例的液态电解质。

所以,我们看到发布会后,蔚来掌门人李斌赶紧改口说,这次发布的动力电池其实是“半固态电池”。

现在,尽管还不是真正的固态电池,但单体能量密度能够达到360wh/kg的半固态电池,也仍然面临着量产成本过高的问题。

不知出于商业机密的考虑,还是这一半固态电池的技术尚未成熟,蔚来汽车并没有公布具体采用了哪一家动力电池厂商的技术。这让外界对“固态电池哪家强”有了诸多的猜测和质疑。

为解决“固态电池”的高昂生产成本问题,蔚来设计了BaaS(Battery as a Service)模式的电池租用服务,也就是用户购买汽车后,要从电池资产公司租用电池来使用。

这种“车电分离”的模式能够有效解决动力电池残值率大幅下滑的问题,但同时意味着用户要持续以高于自己充电成本的方式来使用固态电池,从而推动固态电池的量产和独立迭代。

但究其实质就是避免了用户一次性为高成本固态电池买单,而是选择用“分期付款”的方式为固态电池的更新换代做贡献。因此,这一“创新”模式非常适合有情怀同样也有财力的技术尝鲜者们买单。

类似的问题也出现在广汽埃安的1000公里续航车型上。似乎是为回应欧阳院士的质疑,广汽埃安的说法是“1000公里续航今年是肯定要出的,8分钟快充也是要出的,但需要配套的高功率充电桩,也要非常高的成本。”总而言之就是,长续航和快充是可以技术上实现的,但商业化推广则另外一回事了。

因此,并非“能否如期量产”,而是“能否低成本量产”才是这些厂商要解决的关键问题。

颠覆还是打脸:我们如何看待“蔚来们”的“期货式”发布

毋庸置疑的是,无论是蔚来的固态电池技术,智己的“掺硅补锂”电池技术,还是广汽埃安的石墨烯基超级快充电池,所要实现的“1000公里续航”、“超级快充”以及电池寿命更久、体积更小、安全性更高等特性,都是试图解决当前新能源汽车核心痛点的颠覆性技术。

从技术路线上来说,多元化的动力电池技术一定是未来的市场趋势,只是每一条技术路线的成熟度不同,推向市场的时间有早晚,电池单位成本因为受到技术突破和量产规模等制约而有不同的下降周期。

那么,这三家能够在2021年初就如此勇猛地推出自己的“一千公里续航”甚至“8分钟快充80%”的激进目标,其实是非常令人佩服的。毕竟,这些车企们在电池技术上要砸进去真金白银,在承诺期限内要真的交付能达标的量产汽车,然后接受购车客户和全行业的测试和监督。

到时候,是“颠覆新能源汽车行业”,还是“自己打自己脸”,结果是不会说谎的。

而且实际上,无论是资本市场,还是大众消费者,对于这种激进式的“期货”发布,宽容度还是很高的。想一想特斯拉的马斯克曾经夸下过多少“海口”,虽然一部分预言真的实现,但同样有更多预言最终打脸,但这仍然不妨碍特斯拉的股价一路飙升。

那么,像“蔚来们”的这种“期货式”的发布还将有哪些好处呢?

首先,就是在新能源汽车行业掀起新一轮动力电池的军备竞赛。

接下来一两年中,必定有更多厂商会在新产品中推出类似“半固态电池”的解决方案,1000公里续航成为中高端车型的标配,而具备固态电池等技术研发能力的电池供应商也会受到前所未有的关注和追捧。

其次,就是加速新能源汽车动力电池路线的两极分化。

未来几年,固态电池等长续航动力电池会在新能源汽车厂商在高端纯电车型中加速应用。与此同时,更具低成本优势的磷酸铁锂电池会在中低端车型中普及,而当前主流的三元锂电池的市场份额将被挤压。特斯拉新版本的国产Model 3和今年将推出的一款低价车型都会采用磷酸铁锂电池,正是这一趋势的代表。

第三,就是将加速传统燃油汽车向新能源汽车的“改朝换代”。

目前,全球各国已经纷纷为燃油车的退出市场制定了详细的时间表,但其稳定的续航能力和充电体验,一直是人们坚持选择燃油车的终极理由。现在,超越燃油车续航的动力电池的出现,已然为燃油车的加速淘汰敲响了警钟。不过,这场“改朝换代”的变革仍然可能是未来十年左右的事情。

总体来看,1000公里续航的新能源汽车值得期待吗?非常值得期待。

那么,这些厂商所承诺的动力电池的技术方案可以如期兑现吗?我们也不好妄下结论。究竟是“蜜糖”还是“苦果”,最终结果还得是这些厂商等在兑现的时候亲自去吃下。

我们能够很快体验到这种一千公里续航的新车型吗?对于广大消费者而言,“很快”应该是不会“很快”的,至少3-5年内不会是普通消费级车型可以配置的,但好的一点是,我们可能会享受到在高续航车型倒逼下,现有新能源汽车的更大优惠降价力度。

读过彼得·蒂尔的《从0到1》的话,就会知道人类要做出从0到1的突破性创新的确很难,但是只要有0.1的突破,后面的一切就会水到渠成。从技术角度来说,一旦一项技术具备零星的现实可能性,人类就能够不惜一切代价地将其实现出来。

现在,新一轮的动力电池技术正在从实验室走向消费市场,从一个科学实验问题变成一个工程学的成本问题,其实是需要一些破冰者的。

因此,这一次是中国汽车厂商,而且还是一连三家,能够率先站出来作为“吃螃蟹者”,非常值得我们肯定,何必一开始就说风凉话呢?

求仁得仁,又何怨乎!

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新任美国总统拜登设定的目标是到2035年实现电网完全脱碳,锂电池仍是当今最受欢迎的电池存储选择。面对全球缺锂,几乎每一块锂...
发表于 04-06 15:03 313次 阅读
干掉锂电池,锌电欲别树一帜

电动车带来的挑战-电动车辆的 EMC 测试(下集)

| HV 高压标准和测试    ISO 21498-2 和 ISO 7637-4 |ISO 21498 高压元器件测试标准 电力驱动道路车辆 - ...
发表于 03-31 10:22 202次 阅读
电动车带来的挑战-电动车辆的 EMC 测试(下集)

新能源汽车小三电系统(PDUDCOBC)详解

近几年,在国家政策的支持下,新能源汽车产销量保持了较快增长,随着规模效应,国家逐步降低对新能源汽车的补贴,新能源行业也启...
发表于 03-30 21:43 236次 阅读
新能源汽车小三电系统(PDUDCOBC)详解

动力电池主要的性能参数有哪些

上文我们说了纯电动汽车的组成,其中有聊到目前电动汽车受限的一个关键因素是,它关于到电动汽车的性能,同时又限制了外被配套设...
发表于 03-11 08:27 0次 阅读
动力电池主要的性能参数有哪些

电动汽车动力电池的主要分类有哪些

电动汽车动力电池的主要分类有哪些
发表于 03-11 07:20 0次 阅读
电动汽车动力电池的主要分类有哪些