产能之争转向技术之争动力电池打响创新卡位战

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产能之争转向技术之争动力电池打响创新卡位战

作者：行行来源：《动力电池》杂志时间：2023-07-15

[摘要]伴随着动力电池市场竞争日趋激烈，围绕着动力电池的创新不断提速，新技术及新产品不断涌现。然而业内认为，无论是在结构方面创新，还是材料方面创新，都必须坚持以安全性作为基石，高能量密度、高倍率性能作为主要发展方向的三大基本原则不变。

作为新能源车最核心的零部件，近年来随着我国新能车产销量呈现爆发式上升，锂电池行业迎来发展的黄金期。为应对日益增长的市场需求，动力电池企业纷纷跑马圈地，投入巨额资金扩产。粗略统计，目前仅国内对外公布的规划电池产能已超3000GWh。业内人士预估，动力电池产能过剩已是板上钉钉的事情，整个行业也将提前进入到下半场竞争。

业内普遍的共识是，动力电池企业之间的竞争，从根本上来说还是技术之争。自2020年特斯拉正式公布4680大圆柱电池后，国内电池企业及整车企业自然也不甘心被特斯拉抢去风头。在宁德时代及比亚迪的带动下，主流电池企业不断发布新的电池技术，创造出新的电池名称。譬如宁德时代的麒麟电池、比亚迪的刀片电池、蜂巢能源的短刀电池等。

而在整车企业方面，包括上汽、广汽、长城、哪吒等都研发了自己的动力电池技术。包括上汽的魔方电池、广汽的弹匣电池、长城的大禹电池、哪吒的天工电池等。在电池新材料尚未突破之际，这些带着不同名称的电池技术，主要还是在电池结构上进行创新。大家希望通过电池结构的优化创新，来达到提升电动汽车续航能力、安全性及降成本等目的。

截至目前，这些动力电池技术大多还处于研发及验证阶段。除比亚迪刀片电池外，还没有哪种电池技术在新能源车上得到广泛的应用。技术方向的转变，可能只在朝夕之间。业内分析认为，当产能这个相对较低的门槛趋于饱和，技术将主导下轮竞争。而企业在技术方面不断的推陈出新，除展示自己强大的实力外，也希望借此构筑起自己坚固的护城河。

电池企业首先发力

随着新能源车发展的不断深入，提升动力电池能量密度和安全性已逐渐成为刚需。通常这两个指标的提升主要依赖材料创新及结构创新。然而材料创新由于研发周期长、前期投入巨大以及难度高等特点，导致进度缓慢且收效甚微。相比之下结构创新具有见效快、成本低以及投入小的特点，成为近年来电池企业和车企提升能量密度及安全性的主流方式。

此前在模块化趋势的推动下，锂电池多采用“电芯-模组-电池包”的三级结构，然而这种结构由于对内部空间的利用不够充分，导致系统能量密度低，不符合行业发展要求。因此自2020年以来，以宁德时代CTP技术为基础，各大动力电池企业和新能源车企相继推出去模组化、集成化的系统创新结构以推升动力电池的空间利用率，借此提升能量密度。

去年六月，宁德时代发布CTP3.0电池，即麒麟电池。通过提高电池包利用空间，麒麟电池比能量大增，磷酸铁锂系统能量密度160wh/kg，三元高镍可达250wh/kg。值得注意的是，麒麟电池相较特斯拉4680电池还能提升13%的能量密度。业内人士分析，宁德时代这项领先的电池集成技术势必再度强化宁王的核心技术与市场竞争力，潜力非常大。

而近期有关麒麟电池量产装车的消息频出。三月份有消息传出，宁德时代自研的麒麟电池已经全面实现量产，这款电池从发布到量产，仅仅只用了九个月时间。而外媒也细心研究过麒麟电池，并与特斯拉的4680电池进行对比，最终得出的结论是，麒麟电池的体积利用率高达72%，而特斯拉4680电池体积利用率仅为63%，两者间的差距接近10%。

基本可以这样理解，电池的体积利用率越高，那么电池的容量就能越大。因此麒麟电池相较于4680才会有13%的能量密度提升。事实上，麒麟电池最大的亮点就是，能够让电动车实现1000公里续航，而目前市面上还没有哪款电池能够做到。值得注意的是，宁德时代的麒麟电池还获得权威杂志《时代周刊》的肯定，将其评定为2022年度最佳发明。

四月再度传来消息，麒麟电池全球量产首发极氪009车型已正式交付。该电池包可同时适用三元锂和磷酸铁锂两种体系，能量密度大幅提升，充电方面更实现10分钟快充。宁德时代首席科学家吴凯表示，麒麟电池的冷却功能比传统电池冷却面积提高约四倍，在快充会发热的条件下，可做到不牺牲任何寿命，不牺牲能量密度，也不需要任何安全测试。

比亚迪推出的刀片电池，因为形似刀片而得名，该电池主打的是安全性。用比亚迪董事长王传福的话来讲：刀片电池提振了比亚迪彻底终结新能源汽车安全痛点的信心，让全球动力电池技术路线重回正轨，让自燃的标签从新能源车的字典里彻底抹掉。自去年三月刀片电池正式发布以来，刀片电池逐渐在比亚迪全系车型中应用，实现大规模的应用落地。

根据针刺试验的结果显示，三元锂电池在针刺瞬间表面温度超过500度，传统方形的磷酸铁锂电池被穿刺后表面温度会迅速达到200至400度，而比亚迪的刀片电池表面温度始终只有30至60度。中科院院士欧阳明高指出，刀片电池短路时产热更少且散热更快，安全性能优异。同时在续航上，刀片电池比传统磷酸铁锂电池提升50%，且生产成本更低。

蜂巢能源也于去年十二月重磅发布龙鳞甲电池。官方资料显示，通过技术优化，采用磷酸铁锂电芯的龙鳞甲电池系统体积成组效率大幅提升至76%，续航超过800公里，采用高锰铁镍电芯超过900公里，采用三元电芯则超过1000公里，可帮助整车企业在有限的空间内，大幅拓展续驶里程的上限。极致的兼容性也为整车企业缩短新车型的研发周期。

值得注意的是，龙鳞甲电池成本优势也明显，由于采用了电芯底部防爆阀的设计，取消了中央的排气通道，这样的创新设计使龙鳞甲电池减少了近20%的结构件，为电池包减重将近20公斤。这些结构件的减少和减重，使电池包的成组率提升至76％，达到目前行业最高水平。因此不仅能直接降低物料成本，又能提升生产效率，还能提升整车续航里程。

除上述企业外，其他主流电池企业也纷纷公布自己在技术方面的创新布局。如中创新航推出的顶流电池，可以做到6C快充，电芯能量密度可以做到300Wh/kg；孚能科技推出的电池解决方案SPS，通过大电芯配合层叠布置，可使电池的系统部件减少50%，材料成本降低33%，提升体积利用率达到75%。此外捷威动力也推出降本增效的积木电池等。

主流车企纷纷跟进

无论是新旧造车时代，车企在汽车产业链中的重要地位都没有改变，但车企与供应商之间的关系却与以往大不相同。有行业人士认为，在燃油车时代，整车企业是产业链中议价能力最强的。但是到了电动车时代，换成电池企业成为产业链中最有话语权的环节。更何况整个产业链利润分配不均衡，让车企成为名副其实的打工人，这显然让车企无法忍受。

更重要的是，在全球汽车加速电动化的背景下，动力电池供不应求，新能源车企与电池厂商之间的供需矛盾也随之凸显。2021年新能源车企们更普遍遭遇电池荒。危机之下，车企们开始重新审视被忽视良久的供应体系问题，大家不得不摒弃将专业的事情交给专业的人的想法，意识到不仅要把车造好，更要自建动力电池研发体系，打通产业链的闭环。

如今越来越多的车企踏上自造电池之路，除广汽、上汽等主流车企外，包括蔚来、哪吒等新势力品牌也接连入场。大家在布局产能的同时，也在不断发布全新的电池技术，向外界展示自己的硬实力。早在2021年九月，蔚来汽车发布自研动力电池系统并称之为三元铁锂电池，其独特之处在于采用三元锂与磷酸铁锂电芯混合排布的方式，引起巨大反响。

去年六月，蔚来汽车又公开关于柱状电池发明专利。根据专利描述，蔚来汽车通过设计全新的柱状电池，优化了极耳的分布方式，即将正极耳和负极耳设置在同侧，改进了当前圆柱电池部分缺点。同时正极耳和负极耳设置成多圈环状分布，优化了极耳分布，减小了电芯内阻。从描述上不难发现，该柱状电池似乎和特斯拉的4680电池有部分相似之处。

与比亚迪的刀片电池类似，广汽埃安推出的弹匣电池，同样主打安全性。这种电池结构是将多个电芯组成电池模组，再用多个模组组成整个动力电池包。该电池技术采用了耐高温材料，各个电芯之间也采用了隔热材料，即便其中某个电芯发生热失控，也不会波及到其他电芯。当时埃安搭载弹匣电池系统安全技术的三元电池包还通过了针刺热扩散试验。

最新消息是，今年三月底埃安举行了弹匣电池2.0枪击试验发布会，即在15米处对预留射击开口的满电电池整包进行射击。面对如此严苛的挑战，弹匣电池2.0整包枪击后未发生起火和爆炸，拆开电池系统外壳后整体结构完整，仅有三个电芯爆裂性损坏，静置24小时后电池温度恢复至常温，顺利通过了枪击试验。而这在全球范围内，尚属于首次。

去年八月，来自上汽创新研发总院捷能公司的电池技术专家们深度解读了上汽魔方电池的奥秘。总结来看，魔方电池最明显的特点就是通过躺式电芯将电池包厚度做薄，电池包内部空间利用率大幅提升；通过侧向喷发，解决了立式电芯向上喷发的潜在危险性，安全性得到提升。这些技术的加持下，魔方电池成功挑战了针刺实验，没有起火、爆炸现象。

同为造车新势力的哪吒汽车，也推出了自己的天工电池。据哪吒汽车总裁助理兼汽车工程研究院常务副院长张洪雷介绍，针对动力电池安全性、续航、寿命三大痛点，哪吒汽车研发的天工电池通过超强防护、高集成化的设计，高效智能的恒温热管理系统及全生命周期的电池闭环管理系统，解决用户对安全、续航和寿命的担心，大幅提升用户使用体验。

从单纯造车，再到电池生产及技术创新，在新能源车市场争夺战的下半场，部分车企对整合垂直供应链的热情持续升温。大家普遍的共识是，若想要确保自己的竞争力，势必要在动力电池研发以及成组效率上发力。车企除了布局电池产能，还针对安全性、续航里程及寿命等行业痛点，不断推出新的电池成组技术，势必推动新能源车发展迈上新的台阶。

材料创新才是终极目标

当前动力电池行业竞争不断加剧，各大厂商对电池系统结构和电芯组合方面的改造升级显然已经不能满足行业的实际需求。而从实际的装机情况来看，除了自产自销的比亚迪已经实现对刀片电池的大规模应用外，其他的结构创新实现大规模商业化的并不多。如今行业更期待更具性价比、创造力、前瞻性的技术不断出现，如钠离子电池、半固态电池等。

首先钠离子电池方面。2021年七月，宁德时代发布首代钠离子电池，其电芯单体能量密度达到160Wh/kg，接近磷酸铁锂。业内认为，相较于磷酸铁锂和三元锂电池，钠离子电池在成本、安全、快充和低温性能上有较大优势。尤其是从原材料的储备来看，钠资源在全球的储量非常丰富，其在地壳中的丰度位于第六位，丰富的原料储备避免了价格波动。

与电池级碳酸锂每吨均价数十万元相比较，钠离子电池所需的轻质纯碱均价不足5000元每吨。而且钠离子电池还能采用铜基正极材料来避开价格较高的过渡金属化合物。同时负极材料可通过价格较低的无烟煤加工获得，隔膜成本基本与锂电池相近。根据中科海钠的综合测算，钠离子电池成本比磷酸铁锂电池低约40%，未来成本有望降至0.2元/WH。

不过由于钠离子电池能量密度短板，此前在新能源车领域应用较少。不过近日动力电池龙头企业宁德时代高对外宣布，其钠离子电池将首发落地奇瑞车型。同日在奇瑞 ICAR 品牌之夜上，奇瑞和宁德时代联合推出全新电池品牌ENER-Q。该品牌将覆盖纯电、插混、增程全动力类型及钠离子电池、磷酸铁锂电池、三元锂电池、M3P等材料体系电池系统。

宁德时代研究院副院长黄起森指出，在乘用车应用方面，钠离子电池普遍可以满足续航400公里以下的车型需求。通过结合宁德时代首创的AB电池系统集成技术，还可以实现钠锂电池混搭，使钠离子电池应用有望扩展到500公里续航车型。这种续航车型会面向65%的市场，应用前景非常广阔，也为钠离子电池在新能源车领域产业化落地提供了条件。

而在宁德时代之前，今年二月思皓新能源与中科海钠联合打造的行业首台钠离子电池试验车公开亮相。该试验车基于思皓花仙子打造，定位于微型电动车。应用了钠离子电池包的思皓花仙子续航里程将达252公里，电池容量25kWh，快充时间为15至20分钟。思皓新能源负责人表示，等到钠离子电池技术和性能成熟后，则可以应用于中大型电动车上。

此外还有消息称，比亚迪全新微型电动车海鸥也将采用钠离子电池，并将于今年第二季度上市；多氟多已与三家大型主机厂商达成共识，将在上半年陆续发布装车计划；孚能科技正基于江铃新能源EV3车型开展钠离子电池前期适配性工作等。不过业内人士称，鉴于钠离子电池当前接近1元/WH的价格，其在电动车上的规模应用估计得等到2025年后。

其次在半固态电池方面。基于规模化、商业化、成本等诸多问题，动力电池的终极形态全固态电池可能在2030年前都很难实现大规模量产，而作为折中方案的半固态电池得以率先步入市场。与液态电池相比，半固态电池在安全性、能量密度与循环寿命等多个方面更具优势。在众多动力电池企业推动下，半固态电池今年内有望迎来量产装车关键时点。

国轩高科工程研究院总院副院长徐兴无透露，公司研发的单体能量密度360Wh/kg、系统能量密度达到260Wh/kg的半固态电池已经开始进入装车测试阶段。配套车型的电池包电量达160KWh，具备快充性能，续航里程超过1000km。半固态电池匹配客户需求，预计年内将批量交付。同时公司研发的400Wh/kg三元半固态电池在实验室已有原型样品。

去年十二月，孚能科技也表示，目前公司已有半固态产品实现量产装车。据悉孚能科技推出的半固态电池，就是把部分电解液换成了固态，提升了能量密度，还改变了上代动力电池系统多电芯串联的设计，简化了电池系统结构，提高了快充效率，官方表示在-20℃的环境中，SPS 系统容量始终保持在 90% 以上，且充电10 分钟，可达 400 千米的续航。

今年三月，东风岚图推出纯电动车型岚图追光。据官方信息显示，该车型接近40万元的售价却在未上市前就收获万辆订单。这款车到底有什么吸引人的地方？答案就是其搭载的半固态电池，它是国内首款搭载了该电池的车型，被认为是新能源车的颠覆者和固态电池的普及者。作为业内首个8系三元电芯半固态电池，其已通过针刺试验，续航580KM。

此外包括宁德时代、亿纬锂能、赣锋锂业、蔚来汽车等也公布半固态电池进展，多数预计将在年内实现半固态电池量产装车。业内人士认为，动力电池市场竞争日趋激烈，推动着动力电池技术创新不断加速。然而无论是在结构方面创新，还是材料方面创新，都必须坚持安全性作为基石，高能量密度、高倍率性能作为主要发展方向的三大基本原则不变。

从目前情况来看，以宁德时代麒麟电池、比亚迪刀片电池、特斯拉4680电池为代表的电池技术和产品虽然各领风骚，然而由于市场局限，短时间内恐难决出绝对王者；钠离子电池、半固态电池等全新技术仍在大规模应用前夜，还远不具备颠覆当前动力电池产业格局的条件。然而唯有不断的创新，才能成为企业打造核心竞争力，推动行业发展的动力。

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