为什么新一代电池没有出现?

撰文 / 天玑

对于电池的发展周期，行业有一个公认的进度表，即30年是一个周期 。根据30年的一个周期，下一代电池应该在2020年左右出现。但直到2024年，下一代电池还没有进入大规模商业化阶段。

作为新能源汽车的核心组成部分，各方都非常重视这一点，这不禁让人怀疑为什么到目前为止还没有新的突破？

30年的周期没有失败，但电池的进展仍然很长

为什么新一代电池没有出现？这也从电池的核心部分开始。

电池的基本原理是用高活性金属材料制作阳极，用稳定的材料制作阴极。由于库仑力，阳极材料会发生还原反应（丢失电子），电子流向阴极会发生氧化反应（获得电子），而阴极的阴离子流向阳极与阳离子结合，从而形成电路并产生电能。不同类型的电池，主要是正负极和电解质材料，每一代电池的突破也在于此。

以铅酸电池和锂离子电池为例。铅酸电池正极的主要成分是二氧化铅，负极的主要成分是铅，电解质锂离子电池正极的主要成分是含有锂的过渡金属氧化物和磷化物，负极的主要成分是碳材料。锂离子电池的能量密度高于铅酸电池，这是新能源汽车选择锂离子电池的主要原因。

发现新材料是一个漫长的过程。

锂离子电池的正极材料于1980年确定，包括钴酸锂、磷酸铁锂和锰酸锂。然而，直到1991年，吉野彰才开发出第一款商用锂离子电池，摆脱了负极锂金属的限制，创新地使用石墨作为负极。

锂离子电池后，行业发明了固态电池、钠离子电池等几种新材料电池。

固体电池的发展历史可以追溯到19世纪。当时，迈克尔·法拉第发现了固体电解质硫化银和氟化铅，开启了固体电池研究的序幕。然而，由于基础科学研究，固体电池的进展非常缓慢。

直到20世纪50年代以后，科学家们在固态电解质材料方面取得了突破，固态电池的发展才加快。20世纪90年代，橡树岭国家实验室开发了一种新型的固态电解质氮化锂磷氧。

除了材料创新，行业还试图在物理层面“更换”动力电池。

根据形状，动力电池可分为方形、软包和圆柱形，方形射击场份额最高，约60%。

以特斯拉为代表的企业希望用圆柱形电池代替方形电池。圆柱形电池可分为小圆柱形和大圆柱形。前者是成熟产品，后者是行业新兵。大圆柱形电池的代表是特斯拉提出的4680圆柱形电池（直径46mm、高度80mm的电池）。在特斯拉看来，这是提高耐久性和降低成本的最佳尺寸。

除特斯拉外，宁德时代、松下、LG等企业也布局了大圆柱形电池。但大圆柱形电池尚未进入商业化阶段，4680电池难以生产。

固态电池最受欢迎，但不是未来？

固体电池是动力电池行业的顶流，承担着下一代电池的重任。

现在动力电池的电解质是液体，固体电池的电解质变成了固体电解质。根据电解质的形式，固体电池分为准固态、半固态和全固态。准固态液体电解质量的百分比<5%，半固态液体电解质质量百分比<10%，全固态则不含有任何液体电解质。

固态电解质具有更高的热稳定性，可以使动力电池使用能量密度更高的正负极材料，从而提高车辆的电池寿命。在“电池寿命是测量消费者购买汽车时最大的担忧”的时刻，固态电池无疑可以消除消费者的担忧，因此它已成为该行业的热门财产。

目前，固态电池的技术路线分为聚合物、氧化物和硫化物，各有优缺点。

硫化物是三种材料系统中离子电导率最高的，质地柔软，可塑性强。日韩企业是硫化物的支持者，丰田、三星、松下都选择了这条路线。

最激进的是丰田，它的成就也是最丰富的。早在2012年，丰田就推出了世界上第一款硫化物固态电池，专利储备多达1.3万台 项，世界第一。

可以看出，虽然日本汽车公司的高管会发表一些关于贬低新能源汽车的评论，但他们的身体仍然非常诚实。然而，丰田无法批量生产固态电池。2017年，丰田宣布将在2020-2025年推出10多辆使用固态电池的纯电动汽车，然后跳票。2023年，丰田纯电动汽车销量占总销量的不到1%。

这主要是因为硫化物路线的技术难度太大。该材料容易与正负极材料发生副作用，导致界面高阻抗，增加内阻。此外，它还容易与空气中的水发生反应，释放有毒的硫化氢气体，这对生产、加工和运输提出了很高的要求，企业需要一些特殊的手段。

目前，半固态电池商业化进展迅速。

去年12月，蔚来创始人李斌对半固态电池(容量为150度)进行了直播续航测试。这款半固态电池组是由威来汽车和卫兰新能源共同开发的，单芯能量密度为360Wh/hkg，能量密度260Wh//kg。固液电解质采用原位固化，硅碳负极无机预锂化，超高镍正极采用纳米级涂层。经李斌测量，配备150度半固态电池的ET7续航时间超过1044公里(剩余36公里)，平均能耗为13.2公里。

在测试过程中，李斌还表示，半固态电池组不会向第三方提供。”目前，150度电池组很难大规模生产，产量相对较低，良率也很具挑战性。”李斌说。

难产只是半固态电池的挑战之一。据业内人士透露，这可能是世界上单位(每WH)成本最高的电池组，甚至超过了特斯拉的4680电池成本。“材料和制造工艺肯定是最贵的。”

可以看出，即使是进展迅速的半固态电池也面临着成本问题。因此，全固态电池的普及还很遥远。因此，固态点的问题不是“是否是未来”，而是什么时候“拉出来”。

钠电池是未来吗？

如果回到电池进化的起源，半固态或固态电池不能被视为真正的下一代电池。它们的正负极材料仍然是锂离子，但它们在电解质方面是创新的。该行业也在开发新的正负极材料，即钠离子电池。

与锂离子电池相比，钠离子电池的优点不是能量密度更高，而是低温性能优异。

由于锂离子电池不耐低温，新能源汽车在冬季和高寒地区的耐久性会降低。

当前，锂离子电池的工作温度范围为 -20℃-60℃，在中国东北地区，-20℃只是日常生活。钠离子电池可达-40℃-80℃。 在-20℃的温度范围内正常工作 环境中的容量保持率接近 90%，在-40 可在℃低温下释放 70%的容量，在高温下 80 ℃仍可正常循环充放电。

如果新能源能够使用钠离子电池，其市场覆盖范围自然会更广。此外，钠电池的成本低于锂电池。

钠电池业务布局在宁德时代和比亚迪。更重要的是，钠电池已经进入商业化阶段。

今年1月，世界上第一款配备钠离子电池的新能源汽车江淮，正式批量交付给用户。该车由中科海钠宣布与江淮合作推出。此前，富能科技与江铃集团合作推出的江铃EV3(青春版)也下线。

钠电版花仙子为A00级车型，钠离子电池为中科海钠ME12圆柱电池，能量密度大于或等于140Wh/kg，续航里程252公里。江铃易至EV3(青春版)也是A00级车型，续航里程251公里。富能科技投产的钠离子电池能量密度在140-160Wh/kg之间。

从数据来看，这两款钠电池车型的耐久性明显较短。新能源汽车的发展方向是耐久性越来越长。钠电池不是动力电池的下一个选择吗？这取决于能量密度和成本。在这两点的帮助下，磷酸铁锂电池的市场份额超过了三元锂电池。

目前，钠电池的能量密度已接近磷酸铁锂电池，中科海钠在研究钠离子电池中的能量密度已超过160Wh/hkg。此时，成本是否经济更为重要。毕竟，广汽董事长曾庆红和小米董事长雷军公开抱怨电池太贵。

最重要的是相对成本，即磷酸铁锂电池的成本。浙江青钠董事长王子轩曾公开表示，当碳酸锂价格下降到10万元/吨时，钠离子电池的边际成本领先约12%；如果碳酸锂价格回到5万元/吨，钠离子电池的边际成本仅领先约5%。换句话说，当钠电池在成本上“遥遥领先”磷酸铁锂电池时，市场将有更强的推广动力。

鉴于江淮的销量不好，很难通过终端的规模优势降低钠离子电池的成本。与磷酸铁锂电池相比，钠离子电池处于从1到N的起步阶段。

总的来说，行业一直在探索固态电池、4680电池和钠电池的可能性，但目前还没有找到替代锂电池的选择。