钜大LARGE | 点击量：276次 | 2023年01月05日
整车"眼高"，电池"手低"，1000公里续航还是再等等
摘要：
1.三款1000公里续航纯电车型相继公布，引发行业专家和公司的热烈讨论，官媒点评少吹牛，多实干；
2.蔚来、智己、广汽埃安在材料创新上各具特色，掺硅补锂是主流方法，混合固态电池和石墨烯技术备受关注，长续航、零衰减和8分钟快充恐难兼顾；
3.若要实现1000公里续航，电池材料的创新仍需更进一步，动力锂电池厂商下一阶段重点聚焦9系高镍、富锂、无钴、固态、锂金属等路线；
4.锂硫电池、氟离子电池、锂空气电池或为远期发展方向，依据元素周期表构建高比能电池的步伐不会停歇。
符合Exic IIB T4 Gc防爆标准
充电温度：0~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃最大放电倍率：1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%
经过多年的发展，国内新能源汽车产业成果喜人。2021年以来，电动汽车市场持续火热，三家车企相继公布1000公里长续航纯电车型。是技术变革还是商业炒作？引发产业界广泛讨论。
2021年会是1000公里续航电动汽车的量产元年吗？我们将结合车企公布的新技术和动力锂电池厂商的产品布局，一探究竟。
01前情回顾：1000公里续航甚嚣尘上，官媒点评少吹牛多实干
首先，来回顾一下事情的经过。
一月九日晚，蔚来NIODay上，李斌表示我们采用量产固态电池技术，实现了360wh／kg的超高能量密度，续航将超过1000公里。
一月十三日，上汽旗下智己汽车公布的两款新车，据称搭载了上汽和CATL共同开发、首次采用掺硅补锂技术的电池，最大续航里程可达1000公里、20万公里零衰减、永不自燃。
一月十五日，广汽埃安官方微信公众号公布全新动力锂电池科技海报称：石墨烯基超级快充电池，8分钟可充满80％，NEDC续航里程1000公里，硅负极电池让电动汽车进入月充时代。
1000公里续航似乎成了2021年纯电动新车上市的硬性指标。
一月十六日，我国电动汽车百人会论坛上，欧阳明高院士指出，第二点我想说的就是电池材料创新，其实是非常要厚积薄发的一件事情，要长期努力的。因为我们要平衡比能量、寿命、快充、安全、成本等相互矛盾的性能指标它们是相互矛盾的。假如某一位说，它既能跑1,000公里，又能几分钟充满电，而且还特别安全，而且成本还非常低，大家不用相信，因为这是不可能的。这些方面，应该说近年来没有特别大的突破。
院士一针见血得道出动力锂电池的发展本质，材料的创新要长期努力，各性能指标的均衡不能一蹴而就。
而后，其他车企也开始表态。
威马汽车董事长沈晖炮轰续航1000公里：背着电池满街跑是一种巨大浪费。
大众CEO冯思翰表示，大众目前没有推出1000KM续航电动汽车的计划，假如电动汽车在追逐高续航里程这条道路上一直走下去的话，是恶性循环。
产业界议论斐然，资本市场波澜起伏。新华社终于站出来警告，少吹牛，多实干!
从2020年的最高700公里，到2021年的1000公里，续航能力提升43%，这一大步能跨过去吗？还是真的浮夸风在做祟？
02长续航离不开材料改良，多指标恐难一次兼顾
1000公里续航根本上是探讨电池的问题，在正式探究之前，我们先简单了解一下动力锂电池的结构和工作原理。
动力锂电池单体，即通常所说的电芯，结构上包含正负电极、隔膜、电解质（目前多为液态有机溶剂）、外壳和端子等。负极为碳素材料，正极为含锂的化合物。
当对电池进行充电时，电池的正极上有锂离子生成，生成的锂离子经过电解液运动到负极。而作为负极的碳呈层状结构，它有很多微孔，达到负极的锂离子就嵌入到碳层的微孔中，嵌入的锂离子越多，充电容量越高。
同样，当对电池进行放电时，嵌在负极碳层中的锂离子脱出，又运动回正极。回正极的锂离子越多，放电容量越高。
电池的性能直接取决于其材料的搭配。目前已批量应用于锂电池的正极材料重要有钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、钴镍锰酸锂以及磷酸铁锂。负极材料有天然石墨、人造石墨、碳硅材料等。
纯电动乘用车的动力锂电池重要为磷酸铁锂（LFP）和三元锂(NCM)两条技术路线。
磷酸铁锂电池成本低、材料结构稳定、安全性更高，但能量密度、充放电功率以及体积上表现较差，基本被排除在长续航的候选名单之外。
三元锂电池能量密度更高、体积更小，由于金属钴的使用，成本高昂、安全性上有所欠缺，重要应用于中长续航车型上。
当前市面上的主流乘用车，多处在400-700公里续航之间。如何才能实现向1000公里续航的跨越？
盲目的塞电芯是行不通的，使得由于车内空间有限，电池包不可能肆意做大。新增的电池重量反过来会拖累车辆的续航，导致续航里程并不会随电芯数量的提升线性上升，整体能效较低。
提高整车续航最根本的方式仍是提升电池包的能量密度，要从两方面入手，电芯能量密度和系统结构。前者重要依靠材料的创新，后者重要表现为电芯到电池包系统结构的改良。
从三家车企公布的方法来看，多是基于前者改良材料工艺。
l蔚来汽车高镍正极、硅碳负极、固化固液电解质三大创新
为支撑1000公里的续航，蔚来ET7车型采用150kWh电池包，电芯运用无机预锂化硅碳负极、纳米级包覆超高镍正极材料、固化固液电解质三项技术。
原位固化固态电解质
蔚来此次公布的原位固化固态电解质技术让固态电池的概念再次火热。
固态电池和目前主流的传统锂电池最大的不同在于电解质。固态电池使用固体电解质，替代了传统锂电池的电解液和隔膜，可大幅提升理论能量密度和电池安全性。
但遗憾的是本次蔚来的方法并未做到全固态，属于半固态或混合固态电池的一种，采用凝胶电解质提高导锂性、稳定性和安全性，使电池能量密度有较大提升，该方法依然要使用电解液和隔膜。
原位固化是指诱导液态电解质发生梯度固化，使其生成凝胶聚合物电解质阻挡层，如同夹心饼干，同时保留适量液态电解质。
由于全固态锂电池的产业化还未成熟，半固态锂电池是短时间的一种折中解决方法。
无机预锂化硅碳负极
无机预锂化硅碳负极是掺硅补锂的一种方式。
当前电池负极的主流材料是石墨，其理论克容量约为372mAh/g，发展已进入瓶颈期。由于硅基材料具有很高的理论克容量（约4200mAh/g），通过在石墨负极材料中掺入硅，合成硅碳复合材料，可以提高负极储存锂离子的能力，从而提升电池能量密度，这一技术就是所谓的掺硅。
在TSLAModelS和ModelX时期，TSLA就已经开始在石墨负极中掺杂硅材料，当时硅的成分极少。到了Model3阶段，硅的比例得到了提升，给电池性能提升带来莫大的帮助，使得Model3实现500-600公里左右的续航里程。
补锂是在负极材料（正极补锂容易破坏材料结构）中预先通过电化学或其他方式填充锂，来解决碳硅负极首次充放电带来的高额锂损耗（15%-30%），提升电池的循环寿命。
无论三元锂还是磷酸铁锂，都能通过掺硅补锂提高能量密度，碳硅负极的应用越来越广泛。
纳米级包覆超高镍正极材料
由于镍可以提高材料活性，提升电池能量密度，从NCM523、NCM622到NCM811，三元锂的发展过程几乎成为镍含量不断提高的过程。松下最新的4680电池、LG的NCMA四元锂电池，正极镍含量都超过90%。在工艺上通过纳米级包覆手段可进一步提高正极材料的导电率和强度。
据介绍，通过从正负极材料和电解质的全面改良，蔚来电池单体能量密度达到360Wh/kg，位居行业前列。
l智己汽车115kWh掺硅补锂电池，实现20万公里零衰减
智己汽车在公布会上透露，其实现超长续航的重要技术手段也是掺硅补锂，电芯单体能量密度达到300Wh/kg，具体的材料工艺没有进一步透露。
其首台轿车上将搭载115kWh的电池，实现1000公里的续航，意味着百公里电耗需达到11.5kWh，对动力系统综合效率提出较高的要求。
智己动力锂电池的另外两个宣传亮点是长寿命和高安全，宣称可实现NEDC工况下20万公里零衰减以及永不自燃的高安全等级。
20万公里零衰减
电池衰减是一个老生常谈的话题，根据国家工信部规定，从2016年起乘用车生产公司对电池、电机等核心部件必需供应8年或12万公里质保(以先到者为准)。新能源汽车市场默认动力锂电池衰减一旦超过20%就要更换，已成为约定俗成的标准。
一个来自荷兰-比利时的TSLA车主论坛做了一份1462辆TSLA（多车型）的续航样本调查。在前5万英里（8.05万公里）时，绝大部分车辆都保持在95%的电池健康水平，到10万英里（16.06万公里）时，大部分车辆的实际续航保持在92%以上。
相较于TSLA5万公里衰减5%，智己汽车的20万公里零衰减是否过于理想？实际情况还有待更多的测试和应用数据公布。
永不自燃
永不自燃方面，2020年CATL、比亚迪、欣旺达、孚能科技、蜂巢能源都推出了不起火动力锂电池解决方法，业界正在努力实现由5分钟向30分钟不自燃不爆炸的安全标准转变。
l广汽埃安石墨烯基超级快充和硅负极能实现月充吗？
广汽埃安的全新动力锂电池重要透露两大材料创新，石墨烯基超级快充和硅负极。表现在产品力上，宣称既能实现1000公里续航又能在8分钟内充满80%，备受行业质疑。
石墨烯基超级快充是石墨烯电池吗？
石墨烯是一种由碳原子排列构成的单层四维蜂窝状晶格结构新型纳米材料，具有优良的电子传导性能、热性能以及较高的比表面积，电子在石墨烯中流动更快，因此用石墨烯做导电剂可以促进快充和快放。由于价格昂贵，此前重要应用于手机等消费类电子当中。
在广汽埃安的石墨烯基超级快充电池中，石墨烯也是作为导电剂使用，整体石墨烯含量不到10%。外加一核双壳结构工艺的硅基锂离子负极，一定程度上可以提升电池散热、循环稳定性、结构密度和放电倍率。
电池的命名一般遵循正极负极活性材料的规则，XX材料只有充当了正负极活性材料之一，才将其命名为XX电池。使用石墨烯作为导电剂的电池，只能被称之为石墨烯基电池。
假如用石墨烯做负极，相较于普通石墨，在电池能量密度上的提升微乎其微，而且成本高昂，所以真正的石墨烯电池并未获得行业重视。
根据广汽埃安给出的信息，石墨烯基快充电池具备6C快充能力，结合高功率超充设备，最快8分钟就能充电至80~85%。电芯能量密度280Wh/kg左右，寿命大于1600循环，整体电芯成本和目前市面上常规动力锂电池成本相比较略高5-8%。
8分钟充满80%，能实现吗？
2020年华为在数字能源产品线产业暨技术论坛上表示，在现有标准充电头下，90kWh电池的实现6C充电，充电电压需超过2000V，这是目前乘用车领域所无法实现的。当前业界最为领先的保时捷快充技术，仅可实现800V快充。
即便是在2021年超级充电头标准下，90kWh电池假如实现6C快充，充电电压需到达1080V，充电电流500A，充电功率达到540kW，2倍于TSLA目前的V3超级快充。
这要显著提升整车电力水平，对电池材料、电池管理系统、功率器件、充电机、充电基础设施是很大的考验。
广汽后来在通告中表示，该技术的普及有赖于国家超级快充相关标准的公布和高功率超充设备的建设进展，市场需求具有不确定性。
广汽埃安总经理古惠南向记者表示，今年底就能做到8分钟充满80%同时续航还达1000公里。但这些技术我们肯定会分阶段推广，不会在今年九月份就把全部技术推出去，若全部推出，成本大家也受不了。
显然，既能做到8分钟充满80%同时续航还达1000公里，今年是不会量产了。
所以，我们来总结一下。
蔚来汽车通过三项关键材料技术的改良提升动力锂电池能量密度，加上150kWh的大容量电池包，在2022年兑现承诺的可能性较大。
智己汽车的掺硅补锂符合主流技术路线，115kWh的电池包若要满足1000公里续航，需严格控制百公里电耗。实现20万公里零衰减仍需给出更多可以让行业信服的技术支撑。
广汽埃安通过硅基负极和石墨烯材料的应用，可有效提升电池能量密度和充放电性能，但既要长续航又要实现8分钟快充，整车电力水平和充电设施等不确定因素太多，2021年预计无法同时达成。
03盘点动力锂电池厂商：实现1000公里续航，仍需更进一步
三家车企虽然给出了新技术和新的性能指标，但能否顺利落地，最终还得取决于动力锂电池供应商的产业化程度。
从国内外重要动力锂电池供应商的技术储备来看，LG化学和SK创新长于多元化材料体系开发，软包技术成熟，高镍电池均已量产，LG化学NCM811电池批量配套TSLA。
国内动力锂电池供应商中，CATL凭借在CTP结构创新和磷酸铁锂、中高镍电池的全面布局，占据行业龙头地位。比亚迪的刀片电池、国轩高科的JTM，通过无模组设计有效提升电池系统能量密度。孚能科技、亿纬锂能均具备高镍软包锂电池生产量力，蜂巢能源成功研发出无钴电池。
根据各电池厂商已公布的技术储备，电芯能量密度总体处于180-300Wh/kg。
就当前高端电动汽车上较为常用的NCM811三元锂电池而言，凭借260Wh/kg的能量密度，组装成100kWh电池包可实现近700公里的续航里程。在其他要素不变的情况下，续航上升到1000公里，电芯能量密度需上升到370Wh/kg左右。
所以，若要稳妥得实现1000公里续航，还有待电池技术的进一步发展，动力锂电池厂商们正从各方面展开探索。
lCATL
CATL董事长曾毓群在我国电动汽车百人会论坛上提到，正在开发的BEV电池包，可以实现超过1000公里续航、10分钟的快速充电、16年200万公里的使用寿命，基本解决消费者里程焦虑、充电焦虑和寿命焦虑。
从官网上，我们看到CATL围绕正负极材料、电解液、结构的优化采取了一系列手段，高镍、高压、无模组、低锂耗为重点发展方向。
根据CATL的技术规划，300-350Wh/kg比能量电池的时间节点为2020年，350-500Wh/kg比能量电池的时间节点为2025年，满足1000公里续航要求的动力锂电池将在2020-2025年间的某个时间点实现量产。
lLG化学
据韩媒ETNews报道，LG化学旗下子公司LG能源解决方法计划于2021年正式量产全球首款超高镍NCMA四元电池。新配方新增了铝，镍含量高达90%的同时，钴含量降至5%，有效降低电池成本。
此外，LG化学还致力于开发大圆柱电池(容量提升6倍、能量密度提升5倍)、锂硫电池(2024-2025年量产应用小众市场)、纯固态电池(2028-2030年商业化)在内的下一代电池，通过改进的模组、电池包结构降低生产成本，提高生产效率。
l松下
松下正准备为TSLA生产4680电池，其采用了激光雕刻的无极耳技术，去掉了电池重要发热部件，内阻减少，电池的热稳定可控性更高。4680电池长度为80mm，单体能量提升约5倍，功率相比有极耳电池提升了6倍，续航提升了16％。
另外，2020年松下高管表示，公司计划在五年内将其相TSLA公司供应的21700电池单体能量密度提高20%，并在三年后将无钴电池交付TSLA。
l蜂巢能源
2020年五月蜂巢能源全球首发了基于无钴材料的电芯产品，这种NMX的无钴材料具有高循环寿命、高安全性和高能量密度的核心优势。以热稳定性为例，它可轻松通过150℃的热箱实验。基于590模组的电芯设计，容量为115Ah，电芯的能量密度达到245Wh/kg，将在2021年实现量产。
综合来看，当前人造石墨、硅碳负极、中高镍正极等技术已实现广泛应用，今后一段时间动力锂电池厂商的产品布局将重要集中于9系高镍、高压、富锂、无钴、固态、锂金属等方向。
就能量密度来看，2020-2023年动力锂电池厂商的重要任务仍将是巩固量产300+Wh/kg比能量电池，2024-2025年期间有望实现400+Wh/kg突破，届时1000公里纯电续航才能实现常态化。
04依据元素周期表构建高比能电池的步伐不会停歇
当前围绕现有三元锂电池材料体系的改良最为稳妥，但能力密度的提升也较为缓慢，2010-2020年十年间，电池能量密度提升了200%。
主流技术路线之外，锂硫电池、氟离子电池、锂空气电池等技术也正在被研究和探讨。
l锂硫电池
锂硫电池是锂电池的一种，它以硫元素作为电池正极，金属锂作为负极，其电池能量较高。英国OXIS能源公司已经成功研发出能量密度达到了425Wh/kg的锂硫电池。硫锂电池对环境较为友好，是一种非常有前景的锂电池。
l氟离子电池
氟离子电池是以氟化物作为载流子的可充电电池器件。本田公布的氟离子固态电池相关研究报告显示，这种电池的能量密度可达锂电池理论极限的10倍，-50℃时仍能达到常温下75%的充放电水平。
l锂空气电池
锂空气电池是金属空气电池中的一种，由于使用分子量最低的锂金属作为活性物质，其理论比能量非常高，实际上可利用的能量密度可达1700Wh/kg，远高于其它电池体系，有望成为未来的终极充电电池。
长远来看，为应对电动汽车、电动器等场景，依据元素周期表构建高比能电池的步伐不会停歇。
05结语
总体而言，动力锂电池厂商现有的产品还不足以使整车公司轻松实现1000公里续航，但这一需求必将在2025年前被满足。如何兑现吹下的牛？除了期待性能卓越的动力锂电池，极力优化整车质量、风阻及动力系统效率同样至关重要。
虽然技术进步的速度或许会比预期更快，但从技术突破到产业成熟是一个较为漫长的过程，要整车公司和电池厂商耐心钻研，不断验证迭代。我们期待公司商业运作的背后，高镍电池、富锂电池、无钴电池、固态电池等创新技术能够快速落地，真正解决新能源车的技术痛点。
