新能源汽车三电技术方面，我国处于什么水平？
天花板？看人类的发展史来看，从来不存在什么真正意义上的天花板，科技的发展超乎你的想象，很多人们认为的天花板受当时的背景或技术的局限，才被暂且认为是天花板，但随着科技进步，天花板早晚会有被捅破的一天。从人类最初用四肢行走的天花板突破到直立行走；从弱肉强食的天花板突破到人类使用工具主宰地球；从结绳记事的天花板突破到数千亿次的超级计算机诞生。所以电池技术是否已发展到天护板，我的回答肯定是NO；至于未来电池的发展方向，目前来看继续往前走更高层次的路线是全固态电池和金属空气电池，而且这只是目前能看到的未来10-20年的一个方向，至于过了1，2十年后，新的科技水平达到怎样的一个高度，又会有多么更加高科技的电池技术，那就一起期待吧。 其实看到这个问题，让我想起了自己5年前刚大学毕业，作为一个小白刚进入一家主机厂公司接受新员工培训的时候，培训老师当时问了我们这些刚大学毕业的新员工一个问题:电动汽车会在将来普及吗？一个同事首先回答了这个问题，说不会普及，并列举了种种电动汽车不可能普及的理由。但听到这个回答，心中多少有点不屑，当初火车刚诞生时比人走路还慢，很多人在当时也有足够的理由去说明火车不会普及，但他们忽略了一个最为重要的前提，那就是科技的进步的力量是无穷的，看看我们现在全世界的火车普及量就知道当时的回答是多么幼稚。记得当时我按奈不住站起来回答这个问题，回答培训老师说一定能，前面同事说的种种理由不都是会在科技的发展中得以解决吗？所以纯电汽车一定会普及，就因为它有比燃油车有更多优势，解决了续航，充电等硬伤问题，将自然而然取代燃油车。如今看全世界车企全面转向电动化的举措，我更坚信当时的回答。 好了，废话说了这么多，下面来点关于这个问题实际相关的吧。 首先我们看下市面上目前普遍应用的电池技术水平，目前市面上电池主要应用的是三元锂电池和磷酸铁锂电池，三元其实就是指的电池正极的三种材料，市面上的主流三元锂电池又分为镍（Ni）钴（Co）锰（Mn）酸锂电池（NCM）和镍（Ni）钴（Co）铝（Al）酸锂电池（NCA），代表企业分别是宁德时代和松下等。对应的主机厂则是蔚来威马NCM和特斯拉NCA。而磷酸铁锂电池代表就是比亚迪刚出的刀片电池。对于这种锂电池的优劣势对比，目前综合比较为三元锂电池综合性能较高。 从上图我们可以看出两类三元锂电池，就能量密度来说，NCA电池更具潜力，但安全性来说NCM更安全，所以在电池的能量密度，安全性等综合考虑，实际上也是互相制约的，有更高的能量密度就更具安全隐患，反之为提高安全就不得不牺牲掉一些能量密度，他们互相之间存在着制约关系，只有找到那平衡点，才能将电池性能和稳定性最大化。 按目前电动车的行业痛点来说，续航里程一直是客户所关注的，所以客户的需求当然就会直接传导至电池厂商，理论上说制造能量密度高安全性高的产品谁就能抢占市场，赢得先机。按目前的趋势，下一阶段大批量量产的NCM电池就是NCM811，这个811分别就是镍（Ni）钴（Co）锰（Mn）三种材料的所含比例，而镍的含量越高则直接体现为就是能量密度越高，对安全性控制工艺就要要求更加高，当然直接体现优势为续航里程增加，而其生产的难度就越高。关于NCM几种型号电池容量和制作难度有以下对比。 同时其中无论是NCM还是NCA目前市场常用的两种型号的三元锂电池，都需用到元素钴，这可是贵重金属材料，电池成本其中一块也是因为此正极材料的价格高昂导致电池包成本的高居不下，目前关于钴元素各国的占比中，刚果占比最多达到了46%，中国仅有5% ，钴元素属于贵重金属，目前单价就已达到8.8万美元/吨。 钴这种材料真正应用于电池是在1980年，在这一年，美国化学家约翰·古迪纳夫（John Goodenough）发明了钴酸锂电池，“足够好”先生开启了能量存储模式的新纪元，也因此被称为“锂离子电池之父”，协同斯坦利·惠廷厄姆，吉野彰获得了2019物理学诺贝尔奖。目前我们用的电脑，手机，纯电动汽车中的电池都少不了锂电池。而绝大部分锂电池都含有钴元素。关于钴元素还有一个有趣的说法，据说距今亿万年前，一颗富含钴元素的小星系撞击地球，在非洲大草原上砸出了刚果盆地，同时也带来了大量的钴，如果没有这次小星系撞击，估计今天钴元素会比黄金还贵，没有这次撞击带来的钴，那你今天可能真的卖肾也买不起一个Iphone了，当然纯电动汽车的发展计划也会受到严重影响。钴的作用是什么，为什么电池中一定要有钴呢，钴能在电池中起到防止过热的作用，防止过热在电池中有多重要，还记得三星的note7吗，网上段子手号称能当手榴弹使用的note7，就是三星在电池研发时过于激进，减少了电池中钴元素的含量，导致这次三星的品牌“大事故”，虽然钴的价格高昂，但是确实是电池为保证安全不可或缺的元素。 钴的价格不断上涨，一块电池包差不多含有10千克钴元素，导致电池成本高居不下，阻碍了电动车成本的降低，增加了与燃油动力竞争的难度。同时各大电池厂都向提高镍含量比例（提高能量密度），减少钴含量比例（降低成本）研发方向攻关，保证安全性的同时提高电池性能，研发出又好又便宜的高性价比产品，从而来争取行业的领先地位。18年特斯拉与日本松下展开合作研发无钴电池，这也是特斯拉推动电动汽车发展的重要一步。 最近比亚迪推出了其号称行业革新的刀片电池，刀片电池采用的磷酸铁锂电池，其突出强调了其安全性方面和能量密度方面的优势，在纯电动汽车的发展中，由于钴酸锂电池在能量密度方面强于磷酸铁锂电池，但安全性弱于磷酸铁锂电池。同时市场客户对续航里程的急切要求和钴酸锂电池技术的发展，已能够基本控制其安全性，导致后续大部分主机厂都转向钴酸锂电池的发展中，目前钴酸锂电池，在电动汽车行业占比大概在71% ，但这次比亚迪的刀片电池采用磷酸铁锂电池，但体积电池能量密度并不弱于钴酸锂电池的一个重要革新方面就是刀片电池采用CTP（Cell to Pack）技术，即没有了钴酸锂电池模组化的结构，将单体电芯长条化，两端出极耳的设计使得电池包高度z轴方向利用率可以明显提高，将有效的电池布局体积相较于模组化电池提升了20%。总的来说可以说是电池技术本身不难，但电芯结构设计是具有革新意义的。 对于纯电动汽车主机厂来说，选择多家电池包厂家合作，降低把所有鸡蛋放在同一个篮子的风险，是一个明智之举。例如国产新势力威马汽车继与宁德时代等合作后，与TAFEL电池展开合作项目，针对电动汽车上的核心零部件电池包，威马在甄选电池包供应商时都有严格要求，就 TAFEL电池包来说，五大性能指标行业领先，在电芯安全方面做了超过200多项的设计，威马EX5搭载的是53.7KWh，能量密度为143Wh/Kg；EX6 EX5搭载的是55.9KWh，能量密度为143Wh/Kg的TAFEL的NCM电池包；TAFEL电池的生产过程高度智能化，自动化和信息化，良好保证了电池包的性能，全过程拥有超过1508个工艺点的精准控制，都保证了EX5，EX6整车电池包的安全性与稳定性。在今年第三季度，TAFEL将量产NCM811电芯产品，能量密度将高达245 Wh/Kg,将搭载于威马汽车上，这对威马汽车续航里程又将是一个新的突破，威马汽车为推进整车更加优良的性能与质量在多方面进行着布局。 当然上面所说的刀片电池，NCM811电池，无钴电池等都算是电池下一步量产的目标，但真正意义上的更深层次的技术革新，可能还是要属于全固态电池了，目前日本韩国中国等均已开始研发此项技术，简单来说全固体电池就是电解液和电极均为固态形式，使用固态电解质后，全固态电池相比于一般锂离子电池，可以实现更轻的质量、更小的体积，能量密度也有较大幅度的提升。全固态金属锂电池具有安全性能好、能量密度高、循环寿命长等优点。此前中国电池巨头宁德时代宣布其全固态电池商业量产最早要到2030年后。根据全固态电池的推算性能，能量密度可能是目前三元里电池的5倍以上，这意味着目前市面上400公里的电池包，如果换为全固态电池，那么续航将是2000公里以上，那电动车淘汰燃油车也是必然的事情。 当然还有更加概念的电池产品空气电池 ，这类产品何时能上市，估计只有观望了。金属空气电池基本原理即电极电位较负的金属与空气电极相配对都可以构成相应的金属-空气电池。例如镁空气电池，镁的电极电位较负、电化学当量较小，用它与空气电极配对可以组成镁-空气电池，镁-空气电池的理论比能量可以达到3910W·h/kg，是全固态电池能量密度的3-4倍，是目前三元锂电池的20倍左右，所以镁等金属空气电池也将是极具潜力的一个概念化产品电池。 所以电池技术目前肯定没有到天护板，未来电池技术方向离我们最近的应该是NCM811，无钴电池等，再远一点的发展方向应该就是全固体电池和金属空气电池。这些未来的产品不管是能量密度，安全性，使用寿命都会提升到另一个级别。未来纯电动汽车的大趋势化不会改变，未来电池包的技术革新值得期待，带给消费者的当然也会是更加具有性价比的纯电动汽车产品。