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家好,我是电动车公社的社长。
前段时间,比亚迪在三电领域秀了一波肌肉。不仅带来了580kW的超级电驱,还有多项全球量产第一名的兆瓦闪充,5分钟就能充400km,真正做到了充电和加油一样快。
本以为这就是电动车技术的天花板了,但没想到的是,这才过去短短一个月,充电速度的上限就再一次被刷新——
宁德时代发布的第二代神行超充电池,最高充电功率1300kW的同时,还能兼顾800km的纯电续航:
更离谱的是,在这场三电技术的“军备竞赛”中,这块超充电池居然只是开胃菜!
夸张点来讲,宁德时代这次不光堵死了大多数电池厂和车企自研的技术路线,更是没给燃油车留一点活路。从参数来看,甚至正在接近尚未问世的“锂电天花板”——固态电池。
那么,宁德时代到底放出了哪些王炸?这一环扣一环的技术升级背后,究竟意味着什么?
刚巧,社长昨天参加了宁德时代的超级科技日,也窥探到了不少技术上的小秘密。
今天,我们就来好好聊一聊。
01. 用海水造电池?
在5年前,社长写过一篇爆款文章,详细分析了当锂电池逐步替代石油、成为汽车工业的命脉之后,世界的格局究竟会发生怎样的变化。
单是2021年,锂就和70年代的石油一样坐上了过山车,价格暴涨10倍。
地缘上因为锂资源开采发生的争斗咱就不说了,就连隔壁的镍、锰等电池原材料也水涨船高,以至于爆发了一场足以记入世界金融史的惊天之战。
想回顾一下的小伙伴,戳这篇:《“妖镍”爆雷,特斯拉涨价,新能源大跌!国际资本巨头围剿中企,被反杀?》
归根结底,只有一个原因:这些电池原材料在地壳中的含量,实在是太少了。
要知道,全球70%的锂都位于南美洲的“锂三角”。对咱们国家来说,锂资源也往往地处偏远、分布离散,西藏的扎布耶盐湖就是典型的例子。
想要把它们开采出来、变成一块块动力电池很有难度。
再叠加咱们全球第一新能源汽车大国的巨额需求,锂矿也被迫严重依赖进口。
但事件,似乎正在发生转机。这个转折点,就是地壳含量2.74%的钠:
作为和锂属于同一主族的元素,钠的外层也是1个电子,性格也很活泼,和锂一样天生就是当“搬运工”的料,特别适合用来做正极。
只需要把取之不尽、用之不竭的海水进行电解、排出氯气,就能获得源源不断的钠!
除了储量丰富,不会被上游卡脖子之外,钠离子电池还有不起火不爆炸、成本低廉、适合低温环境、循环寿命长等优势,属于是继铅酸、镍氢、锂电之后的又一“明星配方”。
虽然钠离子电池有着这么多令锂电池眼馋的优势,但也有一项难以突破的瓶颈:
比起“精瘦”的锂,钠就像个小胖子,体积大一倍、体重沉两倍。这就导致了它在电池里搬运电子的时候容易气喘吁吁,而且对“运输通道”的尺寸也有要求。
翻译一下,就是能量密度比较低,不适合做动力电池。
但这一次,宁德时代却给钠离子电池带来了从正负极材料到电解液、从硬件到软件的多种技术创新。不仅把电芯能量密度提升到了175Wh/kg(接近磷酸铁锂电池)的水平,甚至让钠离子电池成了全能型的“六边形战士”!
就比如它的正极采用了高熵快离子脱嵌技术,拉大了晶格间距,让钠这个小胖子能够自由穿梭;同时采用非晶高导纳米材料进行包裹,降低电芯内阻,让电池产热更少。
这样一来,还能进一步提升低温性能,-40℃也能维持90%以上的电量。
负极也通过材料和工艺的进步提高一致性,让碳的晶型更加完整,能够避免被钠“撑”到膨胀,变成死钠导致容量衰减。
电解液内部,也加入了特殊盐和无机物来构建新的配方。不仅能实现5C充电,也能在70℃的高温下稳定充放电,顺便还能提升一手循环寿命。
种种技术加持下的结果,就是钠离子电池终于步入了新的阶段:
宁德时代钠新电池,将会在2025年12月份正式大规模量产。
不过有些令人唏嘘的是,宁德时代在发布会上展示钠离子电池低温可用电量、低温充电速度、亏电高速行驶等测试的车型,是披着伪装衣的哪吒S(图片|配置|询价)和哪吒S猎装。
如果钠离子电池上市能够再快一年,也许哪吒汽车就会凭借着更低的成本优势和全面的电池性能绝地翻盘。
只可惜,世间没有那么多如果。希望哪吒汽车这次能够撑住吧。
02. 和比亚迪的军备竞赛
宁德时代和比亚迪的“恩怨情仇”,可以说是由来已久。
这或许是源于2020年的一场针刺试验,也或许是源于坊间对磷酸铁锂和三元锂的争论不休,也或许是宁德时代和比亚迪稳居全球动力电池出货率前二,竞争不可避免。
但总而言之,宁德时代和比亚迪之间的军备竞赛愈演愈烈,双方也你争我赶地推出了一系列电池新技术。
如果说这两者之间的技术路线有什么区别,那就是比亚迪更像“现实主义者”,投入巨量的研发提升自己在三电领域的实力,也把成本更低、热稳定性更好的磷酸铁锂电池玩出了花;
而宁德时代则更像“理想主义者”,因为客户(车企)遍布全球各地,用户的需求也多种多样,各种技术都要有所涉猎。因此不惜大规模投入各个方向进行预研,属于多点开花。
就拿比亚迪的兆瓦闪充和宁德时代的第二代神行超充电池来说,比亚迪的操作是复用电驱来进行升压充电,用电机取代传统的DCDC升压模块,来提供稳定的10C充电。
强的不只是比亚迪的电池,少了那颗500kW的大电机同样不行(感兴趣的小伙伴可以在评论区留言,社长找机会再和大家好好聊聊这背后的技术逻辑)。
而宁德时代的超充依然是从电池入手,解决方案也和钠离子电池有些类似,都是通过材料进步来提升电池性能。
负极上,采用表面微米级传导的石墨颗粒,加快锂离子迁入速度;正极则是采用纳米包覆超导技术来加快电子传输速度;同时采用特殊配方的电解液,让锂离子更快穿梭。
再配上415~425Wh/L的电芯能量密度,第三代无模组技术(CTP 3.0)提供的成组效率以及优化后的高压集成盒,才做到了12C充电的同时,还有着800km+的纯电续航。
(官方的说法是全面进入全民超充时代,可见对产品的自信程度)
然而宁德时代的杀手锏,还在后面。
03. 没有短板的电池技术!
对电池比较了解的小伙伴应该能发现,从初代神行超充电池的4C充电倍率、麒麟电池的5C到二代神行超充电池的12C充电倍率,这么大的跨度肯定非比寻常。
没错,极氪、小米、埃安等品牌采用的麒麟电池都是三元锂电池,受限于热稳定性和电池安全的考量,很难再大幅度突破。因此二代神行超充电池,也是磷酸铁锂电池。
也因此,这块电池也有两块无法解决的短板,一是重,二是低温性能。
那么,究竟有没有一种电池能够完全没有短板?
还真有!就是两种电池“混搭”的骁遥双核电池。
它并没有采用之前三元铁锂电池的“铁锂为主、三元为辅”、三元电芯只为校准剩余电量的操作,而是真正的“一台车装两块电池”:高压、低压、结构、热管理等都是双冗余。
表面上的好处有三点,一是在电池突发故障之后,还有另一块备用电池可以切换,让失速成为过去时;
二是在发生碰撞事故时,能最大限度地维持车辆供电,确保车门能够正常开启;
三是在电芯热失控之后,依然能由另一块电池进行安全防护(热管理降温),避免自燃发生,或是延长整车自燃的时间。
但深层次的好处,其实是通过电池混搭,来120%地发挥不同电池的性能优势!
为此,宁德时代专门研发了一种自生成负极电池技术,放弃了传统的石墨负极材料,让锂元素直接沉积在铜箔集流体上,从而大幅度提升能量密度:
正极材料无论是钠、磷酸铁锂还是三元锂,也都能适配:
在充电的时候,锂离子会在负极铜集流体表面与电子结合,沉积成锂金属;放电的时候则发生“溶解”,重新变成锂离子和电子,锂离子回到正极,如此反复。
但由于失去了石墨负极对锂离子的“禁锢”,放飞自我的锂离子会和电解液产生副反应、循环寿命很差;还会因为不均匀沉积溶解引发的膨胀收缩,存在安全隐患。
所以在这之前,无负极电池并没有大规模普及应用。
为了解决这两个问题,宁德时代对负极的成分和结构进行了纳米级的调整,提升锂离子传导速度的同时,还能均匀且致密地沉积,让活性锂的消耗速率降低约90%;
电解液的有机溶剂则是换成了耐高温的配方,提高热稳定性;
同时正负极之间的隔膜也采用了高弹性的设计,为电芯的形变提供物理上的缓冲层。
这样一来,超高能量密度的自生成负极电池就能和传统负极电池进行“双核”混搭,彼此之间取长补短——
磷酸铁锂、三元锂、钠离子这三种传统负极电池作为主能量区,负责提供超充能力、放电功率和循环寿命;
自生成负极电池作为次要能量区,负责提供超高的能量密度,拓宽车辆的出行半径。
从数据来看,混搭后的钠-铁双核电池(后面的铁是无负极电池),既有着钠离子电池的低温性能和循环寿命,又填补了续航不足的短板:
混搭后的铁-铁双核电池,既保留了第二代神行超充电池的12C充电和低成本的优势,又能在轴距3米的车上,把纯电续航从800km推上1000+km:
而如果是三元配方的双核电池,则是为极致的输出功率/超充能力和能量密度而生,180kW的电量、1500km的续航不再是梦想。
这也就意味着,无论是在零下三四十度的东北,还是家里没有充电桩,或是特别热衷于长途自驾游,又或者是想要一台高性能车下赛道……各种需求,骁遥双核电池都能满足。
用一句话来总结,就是“走燃油车的路,让燃油车无路可走”。
04. 写在最后
纵观宁德时代近年来的发展历程,不难发现每一个节点都是环环相扣的。
据不完全统计,宁德时代近10年的累计研发投入超过700亿元,去年全年研发投入达186亿元,创历史新高。
从起初的一个点拓展到线,线拓展到面,再到如今开枝散叶的多面体……唯有专注研发,才能补足现有电池体系的短板,才能一次又一次地突破技术的边界。
一个有意思的细节是,这次超级科技日出现在台上的人全员博士,就连宣传片里阐述观点的人和现场的女主持人也不例外。
宁德时代作为一家电池供应商,它的目的或许不只是背靠技术实力满足用户需求、为车企提供扎实的技术底座,从而赚取利润那么简单。
在汽车电气化时代,谁能够掌握动力电池的核心技术和生产供应链,谁就掌握了汽车工业的命脉;
当电力取代石油,掀起新一轮能源革命的时候,谁拥有发电能力,谁拥有储电能力,谁拥有更强的用电能力,谁就掌握了整个经济的命脉。
幸运的是,这轮新能源革命正在自我们而起,也有太多的人在为这个新能源时代不懈奋斗。
而你我,既是身处其中的见证者,也是这场能源革命的受益者。
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