新能源汽车的电池技术，是怎样发展到现在的？
电池电动汽车技术创新
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文
漫天飞雪
一路高歌的电动汽车行业，最近又有新突破。电池巨头宁德时代正式推出新品，钠离子电池，15分钟就能充电80%。乘上电动汽车发展的东风，一块小小的电池让宁德时代3年市值增长了20倍，甚至还超过了中国石油，到今年5月底突破了万亿元大关。作为电动汽车的核心技术，电池现在发展到什么程度了，能挑战燃油车吗？要了解这个问题，我们先来回顾一下它的发展历程，看看它是怎样一步步走到现在的。01
铅酸电池
早在19世纪中期，人们就发明了铅酸电池。铅酸电池成本极低，在社会各个领域得到了广泛应用，直到现在，民用两、三轮电瓶车等领域仍有应用市场。但由于块头大、质量重，车速和续航里程很受限制，如今逐步被性能更好的电池替代。02
镍镉电池和镍氢电池20世纪后期又出了新款，镍镉电池，虽然性能有提升，但含有重金属镉，污染很严重。后来出现的镍氢电池做了改良，没有剧毒物质，危害得以降低。相比于以上两种，容量更大、污染更小，在油电混合型汽车中得到了规模化应用。到现在，仍有混动车型在使用镍氢电池。03
锂离子电池年，第一款商业锂离子电池正式推出，各方面性能都比以前提升很大。现在，它是电动汽车装车的首选。锂离子电池用正极材料命名，应用在汽车领域，三元锂电池、磷酸铁锂电池的产量最大。7月份最近数据，三元锂电池占比46.0%，磷酸铁锂电池占比53.8%。数据来自：中国汽车动力电池产业创新联盟
这两种电池对比来看，又各有优缺点：搭载三元锂电池跑得更远，但安全性不足；磷酸铁锂电池续航里程比较短，但更有安全保障。▍三元锂电池“三元”就是指镍、钴、锰或铝三种元素。这类电池能量密度高，上限能触到Wh/kg，是现在所有电池里跑得最远的一种。调整三种元素的比例，可以提高能量容量。例如，所谓的四元锂电池，就是增加了铝和镍占比，降低了钴元素比例；无极耳电池，同样建立在三元电池基础上，高镍无钴，能量容量得以提升。但是三元锂电池有一个最大的隐患：安全性不足，自燃温度仅仅在℃左右。▍磷酸铁锂电池磷酸铁锂电池安全性更好，自燃温度在℃-℃。在电动汽车起火事故频频发生的当下，安全问题成为焦点，磷酸铁锂电池产销量实现了反超。刀片电池然而，它的电池能量密度不及三元锂电池，于是，企业试图通过优化工艺进行提升。一度火爆的刀片电池，本质上就是磷酸铁锂电池，通过改变设计结构，提升了能量密度，将续航里程拉长。各种类型的锂离子电池虽然都不完美，但在现阶段，是电动车行业唯一可靠的技术路线。
而这，也就造成了过度依赖锂资源的新问题。
据自然资源部数据，我国绝大多数锂矿资源地处偏远地区，开发条件恶劣，原矿对外依存度高达76%，需要大量进口碳酸锂等产品。
综合来看，当下火爆的电池车市场背后，锂资源的供应短缺和价格上涨，已经成为悬挂在全行业上方的“达摩克利斯之剑”，制约着产业规模扩张。
供不应求的金属原材料，将催生“电池荒”的到来。
行业不得不寻找新的突破口，宁德时代推出钠离子电池，就是在这一背景下。
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钠离子电池相较于锂资源，钠在自然界中极为丰富，原材料价格非常便宜。未来钠离子电池如果能够实现量产应用，将帮助企业摆脱锂资源供应紧张的压力。钠离子电池与锂离子电池非常相似，由正负极材料、电解液和隔膜组成，靠离子在正负极之间移动来工作。但钠离子体积更大，宁德时代开发了具有独特孔隙结构的硬碳材料，解决了这一问题。具有独特孔隙结构的硬碳材料从优点来看，此次推出的钠离子电池，充电速度很快，常温下15分钟便可充电80%以上。适用场景也得以增加，电池在零下20度低温环境，仍有90%以上的放电维持率，更加适合北方地区的冬季。在安全性方面，钠离子电池也比较有保障，和磷酸铁锂电池相近。但是，从能量密度来看，第1代钠离子电池尚不及锂离子电池，电芯单体能量密度Wh/kg，预计下一代将达到Wh/kg。为弥补能量密度的不足，宁德时代给出了锂钠混搭的电池包解决方案，并表示到年，有望基本形成钠离子电池配套产业链体系。预测未来3-5年内，电池市场仍将主要以锂离子电池为主导。短期来看，钠离子电池还无法改变如今的新能源车市场。05
全固态电池现阶段能量产的电池技术，受限于续航里程、电池寿命及安全性等一系列问题，都还无法彻底动摇燃油车的根基。然而，全固态电池的出现，或将带给燃油车市场巨大的冲击。全固态电池的能量密度能超过Wh/Kg，续航里程比现在将提高一半。电池的安全问题也将被彻底解决。当前的锂离子电池，使用的是液体电解质，其中生长出的晶体结构“枝晶”，可能刺穿隔板并导致短路，从而发生爆炸。但固体电池则使用固体电解质，解决了这一问题。与此同时，全固态电池重量更轻、体积更小，一旦实现量产，将彻底解决电动汽车的安全和历程焦虑。全固态电池被电池车行业寄予了厚望，摆到了很高的地位，但这一概念目前也还有大量技术瓶颈尚未攻克。06
氢燃料电池氢能是真正的清洁能源，氢燃料电池更加节能环保，也是一条重要的技术路线。氢燃料加注速度更快，电池续航能力强，短短几分钟的加氢时间，里程就能达到公里以上，在动力性能方面有自己的优势。此次东京奥运会期间，就有多辆氢燃料电池大巴车投运。但是，氢燃料电池成本太高，加氢站等配套设施建设滞后，目前氢燃料电池车的发展规模，还远落后于电动汽车。中国石油资源对外依存度过高，去年全国原油产量1.95亿吨，但进口量达到了5.42亿吨以上。
而交通运输行业，大约消耗了其中的一半。因此，发展新能源汽车，是解决中国能源安全问题的重要着力点。
在国家大力扶持下，新能源汽车市场火爆，各路资本蜂拥而至。
电池，作为电动汽车的核心，新概念更是层出不穷。
但本质上，无论是四元锂电池、电池还是刀片电池等，都是基于现有锂离子电池技术的改良。
然而，大规模发展锂离子电池，既要面临资源供应紧张的困境，在能量密度和安全性上，又难以做到兼顾。
宁德时代推出的钠离子电池，就被看作是行业突破发展瓶颈的一大希望。如果未来能规模化应用，那么锂离子电池的原材料问题、安全性问题将得以缓解。随着研发进程的推进，钠离子电池的能量密度也将持续提升。
全固态电池给了未来更多可能性，行业高度看好，目前已经有企业提出了量产时间点。
而氢燃料电池也在自己的轨迹上向前发展，也为行业提供了更多的选择空间。
纵观以上，我们能看到，在电池车行业，多种技术路线正在共同推进。
这是一个不断创新，寻求新的替代品的过程。
而整个能源行业的发展历程，也同样如此。
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