钠离子加固态电池 新能源汽车开启2.0时代

2023年年底的中国乃至全球新能源汽车市场仍旧热闹非凡：以小米为代表的新车型、新技术和电气架构层出不穷；各种约架、口水战和测试标准之争好戏不断。剥开纷繁芜杂的信息碎片，笔者隐约看到两条关于动力电池的技术路线深向远方：一个是钠离子电池，一个是固态锂电池。两种新的动力电池将帮助新能源汽车迈向2.0时代。而在这新时代的进程当中，中国品牌仍会处在领先方阵位置，这其中最显眼的位置当属广汽埃安、宁德时代和比亚迪。

2023年12月结束的联合国CO28气候大会虽然没有给新一年的全球环保行动提供明确的共识和指南，但对于加快化石燃料替代的步伐却在悄然加速，这其中电动汽车的普及是肉眼可观最明显的变化。

据联合国贸易发展组织官网公布的分析数据，机动车中的内燃机每年导致了约15%的二氧化碳排放，同时电动汽车的能效（77%）也远高于燃油车（15%）。但是要逐步淘汰内燃机，就必须实现交通电气化，而这又需要数量空前的电池。乘用车联席会秘书长崔东树去年在参加车质网2023年中国新能源汽车三电系统质量表现研究结果发布会线上直播时表示，中国汽车年产量将顺利突破3000万台，直至下一个台阶4000万时企稳。而在中国汽车市场的增量中绝大部分就是纯电BEV和混合车型，这也就意味着车用动力电池将有上千万套的需求。英国《金融时报》在一篇文章中则援引分析机构基准矿物情报（Benchmark Mineral Intelligence）称，到2030年，中国将拥有全球电池生产能力的69%，低于2022年的78%，但仍可以满足每年生产9000万辆汽车所需的电池。相比之下，预计到2030年，欧洲和美国的产能将各占全球产能的14%左右，分别足够装配1900万辆汽车，与中国的发展差距仍然巨大。

但是现在有一个问题横亘在电动汽车浪潮面前，那就是现有锂电池的发展空间。如何让更高效、更便宜、更安全的电池支撑人类清洁能源交通出行可持续发展的宏图大业呢？至少在2024年元月笔者写下这篇评论文章的时候，我们有两条可以商业化的路径：一是钠离子电池，二是取代液态燃料的固态电池。考虑到液氢燃料和氢燃料电池的技术成熟度和商业化成本仍未取得突破性进展，新能源汽车的下一站很可能在这两条路径的交汇处。

钠离子的前途

图片来源：宁德时代官方微博

说到钠离子，不能不提到瑞典的Northvolt。欧洲业界普遍认为，这家企业和它的钠离子技术可能是目前欧洲能够与占主导地位的中国、韩国和日本电池企业竞争的最大希望。根据报道，该公司已开始在瑞典北极圈下的一家工厂生产汽车和卡车用锂离子电池，并计划在加拿大、德国和瑞典再建三家工厂。

根据现有研究成果能够检索到的内容，钠离子电池在高温和低温条件下都能更好地工作，因此比起广泛用于储能的锂电池，钠离子有可能是一种相比锂更便宜、更安全的材料。但相对于它们的尺寸，钠离子电池可以产生的能量却长期落后于锂电池，钠离子电池驱动的电动车要么比较小，要么就得让电池组更大，这使得钠离子电池目前对大多数空间有限的电动汽车来说不切实际。

Northvolt去年年底公开表示，它已经验证了一种钠离子电池的临界水平，即160Wh/kg，这一能量密度接近于通常用于储能的锂电池的能量密度。目前用于电动汽车的锂电池的能量密度高达250至300Wh/kg，这还是行业平均值。

一些欧洲专家甚至撰文称，Northvolt比许多强大的中国竞争对手走得更远，如世界最大的电池制造商宁德时代(CATL)，虽然在钠离子电池中使用了含有镍、钴或锰等金属的氧化物。使用这些金属使其成本更高，安全性也更低，但是因为它们可能在较低温度下起火，而且效率上也处于劣势，因此与瑞典同行仍有差距。

据海外媒体报道，Northvolt的钠离子电池使用了普鲁士蓝，这种颜料在改善电池化学条件方面拥有巨大的潜力，虽然这已经是上世纪的发明了。这家公司还声称将在今年年内向客户提供第一批样品，并将在20年代末期实现全负荷生产。但坊间分析人士担心，其生产规模和投资到位在未来都是挑战，因为除了目前计划生产汽车用锂离子电池的四家工厂外，它还需要更多新的工厂。

另外，说到钠离子电池，商业化的遥遥无期和锂电池成本的不断下降都是坏消息。因此，时间拖延带来的成本可能是其普及道路上最大的障碍。钠离子电池的潜在成功将取决于锂电池的价格，以及Northvolt等制造商能多快推广这项新技术。由于全世界投资流向电动车的趋势，以及锂矿的充分开采，锂电池的价格在最近几个月一直在下降。

“投资者的热情不如去年，钠离子供应链的一些未来发展可能会推迟甚至取消。”一家欧洲汽车咨询公司负责人在谈到生产钠离子电池时表示，“低廉的锂价格使得钠离子的成本效益不那么明显。”

谈到钠离子，有一个毋庸置疑的事实被西方分析人士忽略了，那就是中国同行并没有缺席钠离子的研发。目前，宁德时代、广汽埃安、比亚迪和中南大学等产学研机构均在同步研发钠离子电池，而且以目前相对成熟的中国电动汽车市场来看，应用场景的丰富和消费需求的扩张，会大大提升钠离子电池商品化的速度，从而缩小甚至反超瑞典Northvolt等企业的优势地位，并加快钠离子电池在全球市场的推广进程。

固态电池的竞争

图片来源：广汽埃安官方微博

谈到今年乃至未来五到十年的车用电池，你首先想到的其实还不是钠，或者元素周期表上其他与锂相近的选项，而是将锂固态化。在这方面走在最前的应该是丰田，但是最近业内却出现了一些顾虑，丰田固态锂电池的热度也在明显降低，业界似乎把丰田放在了仍待观察的那一页。

摩根和美林等分析巨头都认同，丰田正在大力投资电池技术——既有现有的锂离子电池，也有下一代固态电池——并希望到2025年，全球所有丰田和雷克萨斯车型都能配备电气化选项。该公司还制定了从2030年起每年销售350万辆电池驱动汽车的计划。然而，分析师同时也表示，该集团目前预计本财年纯电动汽车销量仅为12.3万辆，低于此前20.2万辆的目标，原因是对中国需求的预期降低。其与比亚迪合资的电动汽车企业虽然已经上路，但似乎除了弥补中国双积分政策带来的负分被动情形之外，在销量上并不能扭转颓势。与此同时，宣布在2025年不再生产纯燃油车（估计多数仍为混合动力汽车）的雷克萨斯在中国市场上也找不到强有力的增长点，如果你在街头看到纯电版的雷克萨斯，几乎是中了奖的概率。

但是固态电池的确是丰田咸鱼翻身的惟一机会，因此在2027年这个关键节点到来之前，我们还不能对固态电池的成败作出判断。至少在锂电池作为动力电池阴极主要材料的今天，他可能是离未来最近的发展方向。所以我们看到，即使面临着良品率不高，生产成本偏高等负面因素的限制，大步向前甚至与丰田齐头并进的竞争者正在增多，这其中最令人印象深刻的，无过于广汽埃安！

去年11月20日，广汽埃安实验室宣布完成固态电池的界面改性技术试验验证，并公布了新的技术突破。该技术将使固态电池的寿命衰减降低50%，150周循环后，电池容量能够保持在90%以上。在此前的广汽集团新闻发布会上，广汽埃安已经正式对外官宣将于2026年实现全固态电池量产搭载，而新品牌昊铂将率先采用。据广汽集团提供给笔者的信息，广汽埃安实验室通过固态电解质成分的一种特殊设计，在负极表面诱导形成界面缓冲层，可有效降低界面阻抗，同时提升界面稳定性。解决了常规固态电池界面因“固固接触”导致的接触阻抗大、稳定性较差的问题，以及其进一步引发的电量严重衰减、寿命缩短的问题，从而能够实现固态电池从实验室走向量产应用的突破。而在试验测试中，常规固态电池经历150周循环后容量大幅衰减至80%；而采用界面改性技术的固态电池循环稳定性显著提高，150周容量保持率＞90%，电池寿命衰减率降低了50%。此外，新型固态电解质、固固界面改性等相关技术也在加速开发中，有望实现固态电池综合性能的持续优化。

其实，笔者去年在广汽埃安参观时，就通过总经理古惠南的介绍中了解到，广汽的电池技术布局已经形成了高筑墙、广积粮的足够储备。他们已经将固态电池、无钴电池、低钴电池、钠离子电池等列入关键技术攻关。当然，这其中最令人兴奋的就是固态电池取得的突破性进展。广汽集团新闻中心负责人称“我们的固态电池在电芯能量密度达到400Wh/Kg时，仍能满足电池在极端环境下的安全性与可靠性要求，这也是我们敢于宣布计划在2026年实现装车搭载的信心所在。”

广汽埃安之所以有这样的豪情壮志，并不在于一两款电池的技术有多么先进，而是其整体技术研发的储备能力。可以说固态电池并非一花独秀，在它的背后早已满园春色。目前，除了固态电池，广汽埃安还手握大量电池技术储备和先发优势技术，比如其海绵硅负极片电池实现锂离子电池体积缩减 20%，重量减轻 14%，电池电芯能量密度能够达到 280 Wh/kg，已经在广汽埃安AION LX搭载，它是全球首款续航超过1000km的纯电车型。再比如其刚刚发布的P58微晶超能电芯，已经成为公认的全球最强，针刺连烟都不冒的电芯。在这方面，广汽埃安确实比手里只有一张底牌的丰田，甚至其他国内同行显得更有底气，至少在2023年BEV的销量上，它仅仅排在比亚迪和特斯拉之后，这使得埃安发展更多先进电池技术拥有一个商业逻辑上的闭环，对投资人和直接融资市场都有强大的说服力。

当然，在未来电池技术的竞争中，埃安也并不孤单，中国电动汽车的强悍选手正在形成互为僚机，交错伴飞的态势。2024年，宁德时代和比亚迪均将在钠离子、半固态和全固态锂电池上发力。比如宁德时代将在今年全面商业化钠离子和半固态电池，而比亚迪也将在2025年试装全固态锂电池，2026年发布搭载全固态锂电池的新纯电平台和新纯电车型等等。不过，值得一提的是，相比宁德时代的半固态电池，以及目前国内应用材料方面的差距，广汽埃安的突破应该是目前国内厂商在电池商业化方向最接近丰田的厂家。由于之前外界普遍估计中国固态电池与丰田的差距大约在五年左右，埃安的这一突破明显缩短了这本来就不长的时间距离。这也给民族汽车工业在新能源领域持续巩固地位平添了更多信心。

还是回到文首笔者的观点，无论是钠离子还是固态锂电，不管是什么技术来驱动新能源汽车的未来，至少在未来五到十年，电动汽车和动力电池行业处于领先位置的第一集团里，能穿上黄色领骑衫的选手肯定是中国品牌居多。