500Wh/kg的凝聚态电池!宁德时代再次领先?

2023-04-26 19:01:51 来源:电动星球News

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出品:电动星球News

作者:毓肥

今年上海车展,最忙的「大佬」是谁?

宁德时代创始人曾毓群 肯定榜上有名——光是 18 号当天,他就从早上忙到了下午,从理想到阿维塔,再到自家展台,都有他谈笑风生的画面。

忙碌的背后,是 2023 的电动汽车行业,可能更离不开他,和他的宁德时代了。

为什么说「离不开」? 因为 19 号的一场发布会,让宁德时代继续占领着动力电池的技术高地。

这场发布会上,宁德时代正式发布了凝聚态电池,它的单体能量密度达到了 500Wh/kg。目前主流的电芯密度大概是 300-350——这相当于直接提升了接近 50% 的续航!

如何领跑一个行业?2022 年 37% 的全球市占率只是结果,原因永远是 先进的技术、优秀的产品,最后才是规模的一骑绝尘 。

什么是凝聚态电池?宁德时代能否凭借凝聚态电池领衔的动力电池体系,完成汽车甚至是航空的人类出行全域电动化?

或者换一个角度,从消费者视角出发: 买电动汽车,宁德时代的电池还是首选吗?

我们今天聊点买车背后的知识。

一、500Wh/kg 开创的新时代

不是我们滥用「开创」,而是 500Wh/kg 的参数,放在 2023 年 4 月份过于震撼。

我们已经习惯了等待半固态、固态电池的成熟,以至于目前液态电池体系在能量密度方面缓慢的进度,似乎也是可以接受的。

另一方面,动力电池的工程创新,2022 年迎来了又一个小高峰。以宁德时代的麒麟电池为例,通过结构优化实现了 4C 超快充,以及更高的体积利用率,最终达成超过 1000 公里的续航。

这就满足了吗?如果没有 19 号的那场发布会,对于 2023 来说的确如此。

惊喜的是,宁德时代并没有「屈服」于液态电池路线暂时的瓶颈,而是用凝聚态电池,将其天花板直接拔高了一个台阶。

目前高端的高镍体系液态电池,能量密度稳定在300-350Wh/kg,500Wh 相当于在此基础上提升了足足 50%!

发布会后宁德时代向我们透露,凝聚态电池可以兼容目前主流的化学体系,也 兼容麒麟电池 的工程架构。

这意味着,凭借麒麟电池结构超高的成组率,凝聚态电池的系统能量密度相比传统液态电池,有了质的提升。

这种提升不仅仅在于续航里程本身——目前续航电池的四位数续航已经完全够用了——还在于在相同容量下, 大幅度减少电池尺寸和重量 。

电池包是电动汽车中重量最大的单体(重量占比可以达到1/3),如果能将同样容量的电池包,体积和重量缩小 20%、30%,甚至 40%,这等于是在容量不变的情况下,极大程度地提升了空间利用率、降低了整车能耗。

极致效率 ,这就是凝聚态电池给我们深刻的印象——还不需要固态电池,宁德时代似乎就已经能消灭汽油了。

那到底什么是凝聚态电池?

宁德时代的凝聚态电池,则使用了 仿生凝聚态电解质 ,构建微米级别自适应网状结构,调节链间相互作用力,在增强微观结构稳定性的同时,提高电池动力学性能,提升锂离子运输效率。

换句话说,从性能、安全来看,新的聚合物路线均领先于目前的液态电解质。

除了电解质本身,宁德时代在电池领域的其他前沿技术,包括超高比能正极、新型负极、隔离膜、工艺等等一系列都是「标配」的。

此外,宁德时代向我们透露,改为凝聚态电池显著提升了电池的安全性能,并可在保证高比能的情况下还具备安全性。目前已开发了 6 系到 9 系的凝聚态电池, 可以做到电芯解体的情况下也不起火不爆炸 。

远超现有动力电池的能量密度,以及更好的安全性,你是不是想到了什么?

没错,就是 航空 ——从陆地到航空的跨越,才是凝聚态电池对于人类电动出行方式的完整赋能——也是我们在标题打上「新时代」的原因。

宁德时代首席科学家吴凯表示,他们正在进行民用电动载人飞机项目的合作开发,凝聚态电池可以执行航空级的标准与测试,满足航空级的安全与质量要求。

图片来源:rolls-royce.com

其实上个世纪 70 年代,电动飞机就已经上天了。

但 50 年来电动航空一直无法普及的原因,首要就是能量密度和安全性——比如由于 能量密度低 ,目前的电动飞机甚至只能装配单个或数个座位,而且无法运货。

如果想实现民用航空的电动化,必须从宁德时代凝聚态 50% 级别的能量密度进步开始,才有可能推动从 0 到 1 的质变。

更重要的是,满足航空级的安全和质量要求,意味着凝聚态电池上车只是时间问题。

吴凯表示, 2023 年内 ,凝聚态电池就将具备量产能力。

换句话说,明年我们也许能见证更多电动汽车迈入四位数续航阵营,甚至有可能看到更具实用性的电动飞机——改变我们的生活方式,才是技术创新的最终目的。

二、无处不在的宁德时代

凝聚态电池和麒麟电池,代表着宁德时代,乃至于动力电池领域目前分别在材料体系/工程结构两条分支路线上的顶尖水平。

回到消费者视角,我们目前还买不到凝聚态电池,而麒麟电池暂时还是高端豪华车型首发——这是否代表着,宁德时代在主流市场「曲高和寡」?

事实恰恰相反,上文我们提到过一个数字: 37% ,这是 2022 年宁德时代在全球动力电池市场的市占额;在国内,这个数字是 48.2% ,接近一半。

这意味着去年全球超过三分之一、国内接近一半的动力电池,都打上了 CATL 四个字母——高端市场可以体现实力,但真正获得市占率领先的,还得靠「物美价更美」。

我们直接用上海车展上,宁德时代展出的一系列技术举例子。

1.首先是寿命极长的磷酸铁锂。

2022 年动力电池市场中,LFP 磷酸铁锂体系市占率为 54%,宁德则在国内 LFP 大盘中获得了 43.63% 的市占率——依然比几乎只做 LFP 的比亚迪(37%)高一头。

图片来源:中国汽车动力电池产业创新联盟

目前宁德已经量产的 LFP 电芯,可以实现 176Wh/kg 的单体能量密度,最大循环寿命甚至超越了 15000 次。

这是什么概念?如果一台 LFP 纯电汽车真实续航300公里,15000次完整循环相当于 450 万公里的寿命!

2.但在宁德时代的版图中,未来真正满足千家万户需求的主流纯电车,应该由 M3P 电池驱动。

M3P 电池是宁德时代基于磷酸锰铁锂体系改造而来,号称在能量密度比 LFP 高约 20% 的前提上,电芯成本只高了 5% 左右。

这意味着一台 CLTC 600km 的纯电车,可以在电芯成本几乎不变的情况下,只通过换电池,获得 100km 的续航提升!

而以往电动汽车想要达到 700km 续航,只能上成本更高的 NCM 镍钴锰路线。

更关键的是,M3P 和三元高镍、凝聚态电池一样,都是完全兼容麒麟电池架构的——这意味着 M3P 电池包同样会拥有更好的热管理、更高充电峰值等等。

3.即使是更低门槛的 A0 级市场,宁德时代也有充足准备。

去年宁德时代发布了可商用的钠离子电池,单体密度 160Wh/kg 的版本预计今年将于奇瑞新车型量产,同时可以实现 15 分钟充至 80% 的快充。

钠离子电池的能量密度稍逊于 LFP,但其成本、低温性能、充电速度均优于 LFP——宁德的钠离子电池在 -20℃ 依然能保持 90% 容量——所以被视为未来入门级 EV 的首选。

宁德时代预计,到下一代钠离子电池,单体密度可以上升至 200Wh/kg 。

同时,我们在上海车展上看到了钠离子+LFP 双体系搭配的 AB 电池——类似蔚来跟宁德合作的 75kWh 三元+LFP 电池。

工程师告诉我们,钠离子本身可以代替高镍成为 AB 电池中负责校准的部分,这样搭配的 AB 电池既拥有了钠离子的低温性能,同时还利用了 LFP 的高循环寿命,总体成本还能降得更低。

受限于文章篇幅,我们就先介绍钠离子-M3P-凝聚态,外加麒麟架构这一系列和乘用车、和我们绝大部分读者息息相关的技术。

事实上,宁德时代是一家连续六年雄霸全球动力电池装机量榜单的产业巨头。

而在更幕后的储能领域,去年宁德时代同样有 43.4% 的市占率,不仅是量的第一,在超过 10GWh 装机量的储能电池领域,还同样是增速第一。

这意味着我们几乎不可能用一篇文章说清楚宁德时代所有技术,比如储能就可以再来 5000 字。

但可以肯定的,是 2023 年,宁德时代在乘用车领域已经布局了 极其完善,同时门槛足够低、天花板足够高 的电池产品体系。

三、碳中和的电动星球

4 月 18 号,宁德时代在上海车展第一天举办了碳中和战略发布会。

发布会上宁德时代董秘蒋理宣布了 「2025 核心运营碳中和,2035 价值链碳中和」 的目标;意思是到 2035 年,宁德时代将成为一家上下游全面碳中和的绿色企业。

对于宁德时代来说,零碳战略是一个比单项产品突破更宏大的话题。作为一家市占率接近一半的超级巨头,宁德时代对于电池产业链的地位早已达到了「牵一发而动全身」——一家企业的碳中和,带动全行业接近一半的碳中和目标。

所以我们会在本文的最后,才提到这样恢宏的目标。

麒麟、M3P、凝聚态、钠离子,这些是技术;它们组成了电动汽车、电动航空、电动轮船、储能设备等等与我们或近或远的设备;而 通过驱动更多设备带来的市占率,则最终决定着企业责任感的重要性 。

这是我们观察脚下这颗电动星球,所必须的见微知著。

而宁德时代,则正在这样的世界观引导下,从消费者接触到的每一块电池开始,实现人类全域出行的电动化,乃至于人类生活的电动化。

(完)

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