新能源汽車的電池技術，是怎樣發展到現在的？
電池 電動汽車 技術創新
共2600字｜建議閱讀時間 5 分鐘
文 | 漫天飛雪
一路高歌的電動汽車行業，最近又有新突破。
電池巨頭寧德時代正式推出新品，
鈉離子電池，15分鐘就能充電80%。
乘上電動汽車發展的東風，一塊小小的電池讓寧德時代3年市值增長了20倍，甚至還
超過了中國石油
，到今年5月底
突破了萬億元
大關。
作為電動汽車的核心技術，電池現在發展到什麼程度了，能挑戰燃油車嗎？
要了解這個問題，我們先來回顧一下它的發展歷程，看看它是怎樣一步步走到現在的。
01
鉛酸電池
早在19世紀中期，人們就發明了鉛酸電池。鉛酸電池成本極低，在社會各個領域得到了廣泛應用，直到現在，民用兩、三輪電瓶車等領域仍有應用市場。
但由於
塊頭大、質量重
，車速和續航里程很受限制，如今逐步被效能更好的電池替代。
02
鎳鎘電池和鎳氫電池
20世紀後期又出了新款，鎳鎘電池，雖然效能有提升，但含有重金屬鎘，汙染很嚴重。
後來出現的鎳氫電池做了改良，沒有劇毒物質，危害得以降低。相比於以上兩種，容量更大、汙染更小，在油電混合型汽車中得到了規模化應用。到現在，仍有混動車型在使用鎳氫電池。
03
鋰離子電池
1991年，第一款商業鋰離子電池正式推出，各方面效能都比以前提升很大。現在，它是
電動汽車裝車的首選。
鋰離子電池用正極材料命名，應用在汽車領域，
三元鋰電池、磷酸鐵鋰電池
的產量最大。7月份最近資料，三元鋰電池佔比46。0%，磷酸鐵鋰電池佔比53。8%。
資料來自：中國汽車動力電池產業創新聯盟
這兩種電池對比來看，又各有優缺點：搭載三元鋰電池跑得更遠，但安全性不足；磷酸鐵鋰電池續航里程比較短，但更有安全保障。
▍三元鋰電池
“三元”就是指鎳、鈷、錳或鋁三種元素。這類電池能量密度高，上限能觸到350Wh/kg，是現在所有電池裡
跑得最遠
的一種。
調整三種元素的比例，可以提高能量容量。例如，所謂的四元鋰電池，就是增加了鋁和鎳佔比，降低了鈷元素比例；4680無極耳電池，同樣建立在三元電池基礎上，高鎳無鈷，能量容量得以提升。
但是三元鋰電池有一個最大的隱患：
安全性不足
，自燃溫度僅僅在200℃左右。
▍磷酸鐵鋰電池
磷酸鐵鋰電池
安全性更好
，自燃溫度在500℃-800℃。
在電動汽車起火事故頻頻發生的當下，安全問題成為焦點，磷酸鐵鋰電池產銷量實現了反超。
刀片電池
然而，它的
電池能量密度不及三元鋰電池
，於是，企業試圖透過最佳化工藝進行提升。一度火爆的刀片電池，本質上就是磷酸鐵鋰電池，透過改變設計結構，提升了能量密度，將續航里程拉長。
各種型別的鋰離子電池雖然都不完美，但在現階段，是電動車行業唯一可靠的技術路線。
而這，也就造成了
過度依賴鋰資源
的新問題。
據自然資源部資料，我國絕大多數鋰礦資源地處偏遠地區，開發條件惡劣，
原礦對外依存度高達76%
，需要大量進口碳酸鋰等產品。
綜合來看，當下火爆的電池車市場背後，
鋰資源的供應短缺和價格上漲，
已經成為懸掛在全行業上方的“達摩克利斯之劍”，制約著產業規模擴張。
供不應求的金屬原材料，將催生
“電池荒”
的到來。
行業不得不尋找新的突破口，寧德時代推出鈉離子電池，就是在這一背景下。
04
鈉離子電池
相較於鋰資源，鈉在自然界中極為豐富，原材料價格非常便宜。
未來鈉離子電池如果能夠實現量產應用，將幫助企業擺脫鋰資源供應緊張的壓力。
鈉離子電池與鋰離子電池非常相似，由正負極材料、電解液和隔膜組成，靠離子在正負極之間移動來工作。但鈉離子體積更大，寧德時代開發了具有獨特孔隙結構的硬碳材料，解決了這一問題。
具有獨特孔隙結構的硬碳材料
從優點來看，此次推出的鈉離子電池，充電速度很快，
常溫下15分鐘便可充電80%以上。
適用場景也得以增加，電池在
零下20度低溫環境
，仍有90%以上的放電維持率，
更加適合北方地區的冬季。
在安全性方面，鈉離子電池也比較有保障，和磷酸鐵鋰電池相近。
但是，從能量密度來看，第1代鈉離子電池尚不及鋰離子電池，電芯單體能量密度160Wh/kg，預計下一代將達到200Wh/kg。
為彌補能量密度的不足，寧德時代給出了鋰鈉混搭的電池包解決方案，並表示到2023年，有望基本形成鈉離子電池配套產業鏈體系。
預測未來3-5年內，電池市場仍將主要以鋰離子電池為主導。
短期來看，鈉離子電池還無法改變如今的新能源車市場。
05
全固態電池
現階段能量產的電池技術，受限於續航里程、電池壽命及安全性等一系列問題，都還無法徹底動搖燃油車的根基。
然而，全固態電池的出現，或將帶給燃油車市場巨大的衝擊。
全固態電池的能量密度能超過500Wh/Kg，續航里程比現在將提高一半。
電池的安全問題也將被徹底解決。當前的鋰離子電池，使用的是液體電解質，其中生長出的晶體結構“枝晶”，可能刺穿隔板並導致短路，從而發生爆炸。但固體電池則使用
固體電解質
，解決了這一問題。
與此同時，全固態電池重量更輕、體積更小，一旦實現量產，
將徹底解決電動汽車的安全和歷程焦慮。
全固態電池被電池車行業寄予了厚望，擺到了很高的地位，但這一概念目前也還有大量技術瓶頸尚未攻克。
06
氫燃料電池
氫能是真正的清潔能源，氫燃料電池更加節能環保，也是一條重要的技術路線。
氫燃料加註速度更快，電池續航能力強，短短几分鐘的加氫時間，里程就能達到500公里以上，在動力效能方面有自己的優勢。此次東京奧運會期間，就有4000多輛氫燃料電池大巴車投運。
但是，氫燃料電池成本太高，加氫站等配套設施建設滯後，目前氫燃料電池車的發展規模，還遠落後於電動汽車。
中國石油資源對外依存度過高，去年全國原油產量1。95億噸，但進口量達到了5。42億噸以上。
而交通運輸行業，大約消耗了其中的一半。因此，
發展新能源汽車，是解決中國能源安全問題的重要著力點。
在國家大力扶持下，新能源汽車市場火爆，各路資本蜂擁而至。
電池，作為電動汽車的核心，新概念更是層出不窮。
但本質上，無論是四元鋰電池、4680電池還是刀片電池等，都是基於現有鋰離子電池技術的改良。
然而，大規模發展鋰離子電池，既要面臨
資源供應緊張
的困境，
在能量密度和安全性上，又難以做到兼顧。
寧德時代推出的鈉離子電池，就被看作是行業突破發展瓶頸的一大希望。如果未來能規模化應用，那麼鋰離子電池的原材料問題、安全性問題將得以緩解。隨著研發程序的推進，鈉離子電池的能量密度也將持續提升。
全固態電池給了未來更多可能性，行業高度看好，目前已經有企業提出了量產時間點。
而氫燃料電池也在自己的軌跡上向前發展，也為行業提供了更多的選擇空間。
縱觀以上，我們能看到，在電池車行業，多種技術路線正在共同推進。
這是一個不斷創新，尋求新的替代品的過程。
而整個能源行業的發展歷程，也同樣如此。
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