一根钢针慢慢扎进电芯,没有冒烟,没有起火,没有爆炸。
做到这一步的不是被念叨多年的全固态电池,而是中科院物理所胡勇胜团队端出的一块钠离子电池。它里面装的还是液态电解质,但温度一旦越过150℃,电解液会自己凝固成一道致密屏障,把热失控的传播路径直接切断。
"绝对安全"本来是全固态最响亮的招牌。可到了2026年10月,国内装车的动力电池里,磷酸铁锂依旧稳稳占着约八成的份额,全固态离规模化上车还隔着几年。
往前挪了一小步的是半固态过渡方案,已经装进智己L6、蔚来ET9这类车型,能量密度在350到400Wh/kg之间。全固态卡在哪?
最硬的一道坎是固-固界面。液态电解质像水,能渗进电极每一条缝;换成固体,就是硬面贴硬面,充放电时材料一胀一缩,缝就冒出来了。
欧阳明高院士点过三大瓶颈:固固界面稳定性、锂枝晶安全性、硫化物电解质的空气稳定性。按行业测算,全固态电池成本约为液态锂电的3到5倍。
欧阳明高给的时间表是:2027年开始装车验证,2030年量产,形成规模还得5到10年。当大家盯着时间表,中科院的实验室里接连甩出王炸。
4月23日,中科院电工所马衍伟、王凯团队在《自然·通讯》发布黑磷快充电池突破:黑磷做负极、磷酸铁锂做正极的软包原型电池,能量密度282Wh/kg,高倍率下10分钟即可充入理论容量的80%,循环数千次仍稳定。
4月6日,胡勇胜团队在《自然·能源》报告,全球首次在安时级钠电中实现无热失控,核心是其研发的可聚合不燃电解质PNE,可在零下40℃到60℃之间稳定工作,将用于中科海钠的产品。替固态补缝的也是中科院自己人。
2025年10月,物理所黄学杰团队联合华中科技大学、宁波材料所,在硫化物电解质里引入碘离子,自动填满界面缝隙,省去外部超过5MPa的加压,面向500Wh/kg以上的能量密度。黄学杰自己说得冷静:量产还需3至5年。
5月13日,大连化物所陈萍团队在《焦耳》发表全球首例气-固氢负离子原型电池,常温常压下能量利用效率达到93.9%。格局就这样分出层次:高端车等全固态,大众车跑磷酸铁锂,储能和商用车先上钠电,补能焦虑交给超充和快充新材料。
固态电池并没有破灭,破掉的只是"一把全解决"的幻想——它从唯一解变成了重要选项之一。
工信部装备工业一司于9月初组织召开动力电池产业链协同创新座谈会,明确将全固态电池、钠离子电池、快充材料并列为"十五五"重点攻关方向,车规级固态电池的竞争焦点已从单点实验室指标全面转向可量产、可认证的工程化能力。
宁德时代(CATL)是中国领先的电动汽车电池供应商,也是中国唯一一家已开始向海外出口产品的电动汽车电池公司。电池通常不被视为高附加值、技术复杂的产品,但其制造工艺实际上相当复杂,这也使得宁德时代成为中国市值最高的公司之一。
该公司创立于福建省宁德市,宁德至今仍是其最大的生产基地,当地共设有三家制造工厂。为了拓展全球版图,公司大举向宁德以外布局:在江苏和青海各设有工厂,在德国也建有一处生产基地。
尽管宏观经济形势严峻,公司仍在持续加大投入。
年初宣布将投资约44亿美元用于现有工厂的扩建或新厂建设;2021年2月,公司宣布在广东省肇庆市新建一座工厂,该厂位于珠江三角洲地区,紧邻包括小鹏汽车电动车工厂在内的众多汽车制造商;2021年9月,公司又宣布投资约21亿美元,在江西宜春建设一处约300英亩的生产基地,用于生产电池及电池材料。
电动汽车电池的供应链可分为三个环节:电芯制造、模组制造和电池包组装。
电芯是最小也是最关键的组件,由阴极、阳极和电解液按特定方式封装而成;若干电芯封装为一个模组,每个模组所含电芯数因制造商而异,少则四个,多则十二个;模组再与电气连接件和冷却装置一同装入电池包,可以手工完成,也可以借助自动化设备。
在三个环节中,模组制造和电池包组装对总成本的贡献相对有限,分别约占11%和14%,因此电芯制造是整个电池生产过程中价值最高的环节。
目前广泛生产的锂离子电池电芯主要以两类材料作为阴极:一是镍钴锰氧化物(NMC),能量密度更高,但在可持续性和安全性上存在一定不足;二是磷酸铁锂(LFP),成本更低,并具有一定的安全优势。
宁德时代同时生产这两种阴极材料,为中国五大汽车公司供货,其当前的突出优势在于磷酸铁锂,是全球最大的磷酸铁锂供应商。电池的外形设计也多种多样:松下与特斯拉采用圆柱形电池,LG化学与SK采用软包电池,而宁德时代则主要生产方形(棱柱形)电池。
尽管外形不同,电池制造的基本工艺大体一致。整个制造过程大致可分为电极制备、电芯组装与电化学活化三个阶段。
电极制备中,阳极和阴极在不同产线上生产,但子工艺相同:将活性物质、聚合物粘合剂、溶剂与导电添加剂投入搅拌机中,搅拌数小时直至获得均匀的电极浆料。
粘合剂用于确保浆料达到所需的粘度和均匀性,以牢固附着在集电极箔上;溶剂用于溶解粘合剂,阳极可用普通的水作为溶剂,而阴极则使用N-甲基吡咯烷酮(NMP)等有机溶剂。
NMP具有毒性,其排放受到管制,因此后续必须采取额外步骤防止其释放到环境中并造成人员中毒。浆料制备完成后,被涂覆到集电极箔两面——阳极使用铜箔,阴极使用铝箔。
涂覆环节至关重要,若浆料含有颗粒或涂布不均,电池将无法达到规格要求,甚至可能存在安全隐患。涂覆后的集电极箔在干燥设备上蒸发溶剂,水可以安全蒸发,而使用NMP的阴极工序则需额外处理。
出于效率考虑,电极通常以宽度远大于单只电池所需的卷材形式制备,之后再用刀具切至所需宽度,并与干燥后的隔膜一同送入干燥室,为电芯组装做准备。电芯组装阶段,电极和隔膜经过缠绕、堆叠和焊接形成电池内部结构。
以Z字形堆叠的软包电池为例,阳极和阴极被切成单片,隔膜以无限折叠的带状形式送入,电极被放置在隔膜之间的空隙中;完成堆叠后,每个电芯的阳极、阴极与隔膜极耳需要焊接在一起,通常采用超声波焊接,随后装入软包或其他外壳并注入液态电解质,再将外壳密封。
电化学活化阶段的目的是确保电池内部结构稳定。最关键的步骤是化成:电池首次充电后,再以不同倍率进行多次缓慢的充放电循环。
这一过程对形成固体电解质界面层(SEI)至关重要,SEI可以保护阳极不受电解液侵蚀,防止形成可能引发火灾的锂枝晶。化成过程中电池内部会产生气体,需要通过外部压力缓慢、安全地排出,否则将引发问题。
之后,电池被放入老化柜中进行稳定化处理,并完成清洗、残气排放与最终测试,确认内部结构稳定后,即可进入模组与电池包的组装。电池制造在成本上具有显著的规模效应,但多步骤的工艺也带来了挑战,不同步骤的节拍无法完全匹配。
例如,涂覆工序是在卷材上进行、速度较快,而堆叠工序则需要高精度的就位操作,机器必须精准,否则电芯会发生短路——两者速度难以同步,形成瓶颈。
能够为瓶颈工序提供更大产能,意味着可以在同一座且折旧周期较短的工厂内生产更多电池,并有机会在整个流程中开展工艺试验与降本改进。宁德时代面临的一大挑战是不直接触达终端用户。
电池是电动汽车最重要的部件,是成本与性能最主要的差异来源,但真正驾驶整车的是消费者,而非电池本身。许多电动汽车制造商因此意识到,其产品的核心差异化依赖于外部第三方。
近期备受关注的芯片短缺之外,电动汽车电池也存在一定供应紧张,影响了整车厂的产能,这推动不少制造商考虑将电池环节转移到内部。为避免被产业链边缘化,宁德时代采取了一系列举措。
其一是建立战略联盟并共享股权,这在电动车行业较为普遍,例如松下与特斯拉、比亚迪与丰田等。2020年,宁德时代与本田达成联盟,共同研发电动汽车电池,并同意向本田发行约1%的自身股份,换取5.7亿美元,这部分股份目前价值接近20亿美元。
其二是沿制造链向上下游延伸,强化垂直一体化。公司在投资宜春基地的同时,还宣布与多家中国科技公司成立一家合资企业,宁德时代持有约54%的多数股权,目标是开发新型电动汽车驱动控制系统。
驱动系统由电动汽车电池、电机、变速器和电力电子设备组成,是整车工程的核心之一。富士康也在构建一个供整车厂使用的电动车平台。
若宁德时代能够向终端用户提供的不只是电池包,而是整套电动车驱动系统,将带来可观的附加价值。为了巩固制造和成本优势,宁德时代持续在原材料端布局。
构成电池的原材料,尤其是正极材料,对电池性能与最终成本至关重要,据估计正极活性材料占电池最终成本的30%以上,且这些材料储量并不丰富。江西宜春以丰富的锂辉石储量著称,锂辉石是一种含锂矿物,该地区有时被称为"亚洲锂都"。
公司也直接投资其他矿业企业和矿山,在加拿大、澳大利亚和美国的锂矿项目中均有直接投资,以确保原材料的可靠与低成本供应。通过稳固其低成本供应商地位,公司迫使终端用户难以绕开其产品。
宁德时代目前是中国市值最高的公司之一,在深圳证券交易所的市值约为1800亿美元,公司创始人也跻身香港最富有的人之列。但公司同时面临来自多方的激烈竞争:既有比亚迪等老对手,也有宝马、奥迪等潜在竞争者,以及松下、LG化学等资金雄厚的外国企业。
此外,中国国内还有快速崛起的后起之秀。为了应对竞争,公司正加快产能扩张以抢占市场份额,签署原材料供应协议以锁定低成本来源,并在钠离子电池等方向上加大研发投入,以避免被技术路线淘汰。
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