特斯拉首席執(zhí)行官埃隆·馬斯克（Elon Musk）日前在推特上宣布，特斯拉 “電池日”將發(fā)布一款“具有行業(yè)顛覆意義”的動力電池產(chǎn)品，業(yè)內(nèi)認(rèn)為這款產(chǎn)品就是“超級電池”。
如無意外，特斯拉“電池日”（Battery Day）活動將于9月22日在特斯拉加州工廠舉行。此前，受疫情影響，這一活動一再延期。
據(jù)外媒報(bào)道，特斯拉將在“電池日”活動上公布其“百萬英里”電池的細(xì)節(jié)?！鞍偃f英里”電池采用新一代單晶NCM（鎳、鈷、錳）523陰極和一種新的先進(jìn)電解質(zhì)，可以使電動汽車持續(xù)行駛100萬英里（約合161萬公里）。
無獨(dú)有偶，不僅是特斯拉向超級電池吹響進(jìn)攻的號角，大眾、通用等主機(jī)廠以及寧德時代、蜂巢能源、LG化學(xué)、三星SDI等國內(nèi)外動力電池企業(yè)皆發(fā)起超級電池攻堅(jiān)戰(zhàn)。其中，憑借手握特斯拉訂單而一躍成為全球第一大動力電池企業(yè)的LG化學(xué)在9月17日宣布，今年12月將拆分該公司旗下動力電池事業(yè)部門，并取名為“LG能源方案”公司（LG Energy Solutions）。
一位韓系電池業(yè)內(nèi)人士向第一財(cái)經(jīng)記者表示，這主要是LG化學(xué)在電池研發(fā)及產(chǎn)能擴(kuò)充方面的資本需求，其中超級電池成為重要一環(huán)。截至2020年第一季度，LG化學(xué)的總借入現(xiàn)金已突破11萬億韓元，相較于2019年底的8.41萬億韓元明顯增加。上述業(yè)內(nèi)人士透露，LG化學(xué)的借入現(xiàn)金在2017年之前都保持在2萬億~3萬億韓元的穩(wěn)定水平，而自從2018年“超級電池”概念提出和動力電池市場不斷擴(kuò)大以來，此金額每年近乎翻一番增長。
動力電池被喻為電動車的“心臟”，各路企業(yè)紛紛在此領(lǐng)域布下重兵，一場硬仗難于避免。不過，超級電池究竟是噱頭還是真正的技術(shù)變革，業(yè)內(nèi)對此持有不同的聲音。
戴著“面紗”的超級電池
超級電池究竟是什么模樣？
目前，超級電池更多還是停留在概念層面，闖入超級電池領(lǐng)域的企業(yè)，往往只給出簡單的“公里數(shù)”及原理信息。
例如，特斯拉在去年9月、12月及今年4月發(fā)布三篇專利文件，分別就材料配方、放電周期及充放電次數(shù)進(jìn)行闡述。該公司稱，其技術(shù)存在革命性的變化，但并不需要從根本上改變?nèi)嚮蛄姿徼F鋰材料，因此成本上升空間較為有限。至于“超級電池”的細(xì)節(jié)，這有待特斯拉將于本月22日披露。
此外，寧德時代在前不久也透露，將推出循環(huán)充電總續(xù)航（總里程）可達(dá)200萬公里、壽命達(dá)16年的電池，目前已可以接受訂單并進(jìn)行生產(chǎn)。寧德時代方面稱其研發(fā)的長壽命電池的最大特征系采用獨(dú)有的“自修復(fù)長壽命技術(shù)”，無論是在磷酸鐵鋰電池還是三元鋰電池上均可采用，因此相較于競爭企業(yè)的技術(shù)具有成本優(yōu)勢。不過，寧德時代在超級電池細(xì)節(jié)上同樣語焉不詳。
正因此，業(yè)內(nèi)對特斯拉的超級電池即將揭開面紗充滿好奇。
伊維經(jīng)濟(jì)研究院研究部總經(jīng)理吳輝接受第一財(cái)經(jīng)記者采訪時稱，僅從續(xù)航百萬英里來看，不能判斷這個技術(shù)是不是突破性的。如果是電動車裝了100度電，續(xù)航里程700~800公里，按照2000次循環(huán)，就能達(dá)到特斯拉所說的百萬英里的目標(biāo)。
吳輝談道，如果特斯拉將采取業(yè)內(nèi)所傳出來的單晶NCM 523，這一材料屬于比較成熟的材料體系，其在產(chǎn)氣、熱穩(wěn)定性以及循環(huán)性能上都要比多晶NCM523材料更占有優(yōu)勢，但在容量上要低于多晶NCM523材料。因此，單晶NCM523材料更適合應(yīng)用在一些對倍率性能要求不高但對于循環(huán)性能有較高要求的領(lǐng)域。此外，特斯拉將采用先進(jìn)的電解質(zhì)，有可能是固態(tài)電解質(zhì)，因此這個超級電池可能是固態(tài)電池或者半固態(tài)電池。
他還分析指出，電動汽車光談續(xù)航?jīng)]有意義，要看這個車是在裝載了多大的電量的前提下談單次續(xù)航里程和循環(huán)壽命。多裝電池成本肯定就會高，這個成本高不是電池單價貴，是這個車裝電池裝得多，所以本質(zhì)上要提高續(xù)航，還是得提高電池的能量密度，不能靠多裝電池。
韓國工程院院士、漢陽大學(xué)教授宣良國向第一財(cái)經(jīng)記者表示，動力電池的壽命限制主要還是在電芯材料和電芯設(shè)計(jì)兩個層面。因此，通過改善結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使電池穩(wěn)定且不會快速跳變，或直接引入新的電芯材料提高初始容量及正負(fù)極材料的穩(wěn)定性，這是提高電池壽命的兩條核心路線，絕大多數(shù)超級電池往往都是從這兩條路線中進(jìn)行選擇。
面對多座碉堡
經(jīng)過多年奮戰(zhàn)，動力電池的技術(shù)明顯提高以及成本明顯下降。此前，動力電池的成本在電動車的成本中占比高達(dá)50%~60%，而如今在不少電動車型中占比降低至30%甚至更低。與此同時，電動車的綜合續(xù)航里程也從之前普遍集中在300公里之下到現(xiàn)在不少車型已突破500公里甚至更高。
不過，在動力電池技術(shù)攻堅(jiān)戰(zhàn)過程中，主機(jī)廠與動力電池制造商不得不面對成本與安全等多座碉堡。無論是國際上的特斯拉和松下，還是國內(nèi)的比亞迪、寧德時代、蔚來及廣汽新能源等企業(yè)，皆卷入過電池導(dǎo)致新能源汽車起火的事故中。目前，國家監(jiān)管平臺的數(shù)據(jù)顯示，2020年以來，國內(nèi)54輛新能源汽車著火。
特斯拉超級電池能否解決安全及成本等難題而順利推進(jìn)商用化進(jìn)程？
今年以來，備受關(guān)注的是，已進(jìn)入特斯拉電池供應(yīng)商名單的寧德時代，被指其NCM811電池在某種程度上存在著安全隱患。這緣于采用寧德時代NCM811電池的廣汽新能源的主打純電動車型Aion S在今年發(fā)生三起自燃事故。對此，廣汽新能源內(nèi)部人士接受第一財(cái)經(jīng)記者采訪時稱，第一起自燃事故已基本查明，起火緣于該車此前經(jīng)過相對激烈的碰撞，而后兩起還在與電池供應(yīng)商調(diào)查起火的原因，一旦查清楚原因會及時對外公布。
寧德時代內(nèi)部人士在接受第一財(cái)經(jīng)記者采訪時回應(yīng)稱，廣汽新能源電動車的電芯是由寧德時代供應(yīng)，而廣汽新能源電動車釆用的電池包，部分由其自己生產(chǎn)，部分由寧德時代提供。究竟是哪個環(huán)節(jié)出現(xiàn)安全隱患，還在與廣汽新能源共同調(diào)查中。
所謂NCM811電池，指的是正極材料中鎳、鈷、錳的配比為8：1：1的三元鋰電池。寧德時代2019年上市的NCM811/石墨體系電芯，單體能量密度超過240Wh。這比磷酸鐵鋰電芯密度要高40%以上，比一般的三元鋰電池也要高15%以上。電池單體能量密度提升，能幫助提升電池包的能量密度，繼而提升車輛的續(xù)航里程。此外，有業(yè)內(nèi)人士估算過，采用811材料生產(chǎn)的三元電芯，做成電池包后，每瓦時成本可下降8%。
NCM811電池正成為全球動力電池企業(yè)攻關(guān)的方向之一，不過，因?yàn)槠浒踩詥栴}， LG化學(xué)、SKI原計(jì)劃2018年推出用于電動汽車的NCM811電池，但后來推遲了。目前，國際上NCM811的方形和軟包電池，還沒有大規(guī)模推廣。
作為新型的NCM811技術(shù)，其應(yīng)用難度是多個維度的，首先是電芯生產(chǎn)，NCM811材料受其高鎳含量、表面殘堿高、熱穩(wěn)定性差等因素的制約，對正極材料生產(chǎn)廠家及電池企業(yè)的生產(chǎn)制造環(huán)境及技術(shù)水平提出更高的要求；其次，電池的安全性是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，由于單體性能的變化，模組、系統(tǒng)乃至整車，應(yīng)該做出有針對性的設(shè)計(jì)，在生產(chǎn)過程也要提升要求。因此，NCM811電池大規(guī)模商業(yè)化還是受到一定限制。
寧德時代NCM 811電池通過提高鎳的比例來削減鈷的比重，降低電池的生產(chǎn)成本，但在動力電池中高活性的鎳元素比重越大，正極材料的熱穩(wěn)定性相對降低，當(dāng)電池遇到高溫、外力等沖擊時可能容易引發(fā)熱失控。在搭載寧德時代NCM 811的電動車發(fā)生多次起火事件之后，有傳言稱寧德時代基本否定了已占其動力電池市場20%的NCM811路線而將轉(zhuǎn)向能量密度較低的NCM523電池。對此，寧德時代上述內(nèi)部人士稱，這一傳言不實(shí)，在發(fā)展NCM811新技術(shù)過程中會遭遇挑戰(zhàn)，但不會因?yàn)橛龅嚼щy就放棄，這是未來應(yīng)對日韓等先進(jìn)電池技術(shù)的武器之一，將會繼續(xù)攻破難關(guān)不斷完善NCM811技術(shù)。
新技術(shù)往往會遇到未知的挑戰(zhàn)，而即將揭開面紗的特斯拉超級電池，能否攻破安全及成本等多座碉堡而引發(fā)動力電池行業(yè)變革？
動力電池行業(yè)研究人士王凡正在研究不同種類電池的可靠性，為此在全國各個不同氣候的地區(qū)就電池壽命進(jìn)行研究與試驗(yàn)。他談到，電池的性能穩(wěn)定程度主要是基于電解液及電芯之間的隔膜層是否穩(wěn)定，而他發(fā)現(xiàn)，在一些被稱為“夢想電池”的超級電池上出現(xiàn)一些早期的廉價動力電池會出現(xiàn)的情況，例如因不同天氣影響電池的壽命。
王凡認(rèn)為，即便是相較于超級電池技術(shù)更加具象化且專利數(shù)量多出近三倍的NCM 811電池，尚且由于幾起自燃而引發(fā)動力電池行業(yè)深思并不斷進(jìn)行改進(jìn)，那么超級電池作為相對抽象化的概念，其安全性能是否得到保證仍需更多驗(yàn)證。
由于目前特斯拉尚未公布超級電池具體的材料及構(gòu)成，業(yè)界暫時難以估算其成本，但普遍認(rèn)為成本勢必會增長。此外，“超級電池”是否具有商業(yè)化的價值也被質(zhì)疑。上海工程技術(shù)大學(xué)汽車工程學(xué)院教師劉淼接受第一財(cái)經(jīng)記者采訪時談到，以電池為代表的“三電系統(tǒng)”確實(shí)是許多新能源汽車的核心部件，但考量一輛新能源汽車的真正使用壽命，遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有電池一個部件這么簡單。
劉淼提到，正如“木桶效應(yīng)”，汽車是由眾多配件共同運(yùn)作的系統(tǒng)，且每一個配件如齒輪般相連，因此汽車的整體壽命不是取決于壽命最長的零部件，而是取決于壽命最短的零部件。
例如，連接電池及電機(jī)的電機(jī)線板的質(zhì)保期限一般只有幾年，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于超級電池所設(shè)計(jì)的使用年限。劉淼稱，這種配件如果要有較大幅度的壽命提升，除了將材料完全替換，否則還是比較困難。在他看來，即使超級電池在技術(shù)上可以實(shí)現(xiàn)，但新能源車其他部件沒有同樣長的使用壽命，這意味著超級電池的現(xiàn)實(shí)價值并沒有鼓吹的那樣大。
