电动车发展势头正佳，而关于三元锂和磷酸铁锂的路线之争也从未消停，刀片电池、弹匣电池等名头，无不向世人传递出一个信号：我才是动力电池的未来。但结果真的会如此吗？答案是未必。 最近，宁德时代董事长曾毓群对外透露，将于今年7月前后发布钠电池。 按照专家的说法，钠电池是一种“不依赖资源”的新型电池，不会像锂电池那样受上游原材料的供应以及价格变化影响，未来不存在发展瓶颈。 于是，吃瓜群众们不仅好奇：钠电池究竟是个啥？跟锂电池相比，钠电池的优点和不足又是什么？到底谁才是动力电池的未来？ 钠电池是什么？ 跟锂电池的命名方式一样，钠电池的全称叫做“钠离子电池”，其工作原理，就是通过钠离子在电极之间的移动来实现充放电过程。 两者工作原理略有不同的是，锂电池是通过锂离子在正负极之间移动、转换实现充放电，而钠电池是由钠离子在正负极之间的嵌入、脱出实现电荷转移。 ▲钠离子电池基本工作原理 简单来说，这不就是将锂离子换成了钠离子么？是的。而且，跟锂电池类似的是，钠电池在正负极材料的选用上也比较多元化，不同的电极材料能在电池能量密度方面带来不同的表现。 关于钠电池最早的研究，始于上世纪70年代的第一次石油危机期间，只是没有像锂电池那样进展迅速，此后相关研究越来越少，直到2010年之后，钠离子电池才与太阳能等可再生能源一起同步发展，以丰富储能体系。在这方面，欧美起步稍早，大概在2011年和2012年分别有公司涉足相关领域，美国能源部对此也有一定支持。 2012年，日本丰田曾发布一种钠离子电池正极材料，在当时就已经能将电动车续航里程提升到500-1000公里。 ▲各类高倍率性能钠离子电池正极材料的设计策略 在我国，包括中科院在内很多科研机构也在开展钠电池的研究，科技部2016年为此专门立项，今年4月，国家发改委和国家能源局发文，提出要支持储能多元化发展，以及加快钠离子电池开展规模化。 从产业化推进速度和专利布局来看，目前我国在钠电池领域处于领先地位。 钠电池各项性能如何？ 既然大家都重视，那钠电池理应比锂电池更有优势才对。 可是，至少在目前看起来，跟如今应用最广泛的两种动力电池（磷酸铁锂、三元锂）相比，钠电池的主要性能指标其实并不具备明显优势，甚至在消费者十分看重的能量密度方面还处于劣势。 具体来看，如今三元锂量产装车已经做到180-200Wh/kg的水平，中短期目标是做到300Wh/kg；磷酸铁锂目前量产装车最高的为140Wh/kg，中短期目标是实现180-200Wh/kg；而国内钠离子电池目前能量密度最高为145Wh/kg，中短期目标是160-200Wh/kg，比三元锂差了不少，跟磷酸铁锂在相近水平（中科院物理所研发的钠电池，理论能量密度已经达到180 Wh/kg）。 虽然能量密度指标并不占优，但钠电池在充电速度方面却有不小的优势。众所周知，即便采用大功率直流快充，三元锂电池一般是半个小时能从20%充到80%，磷酸铁锂充电费时更久，而钠电池只要10分钟就能干到90%，也就相当于我们给车加个油的时间。 另外，在充放电循环寿命方面，钠电池可以做到4500次，三元锂只有两三千次，这方面磷酸铁锂优势明显，已经做到6000次，据称锂电池循环寿命最高可以超过上万次。 低温性能方面，钠电池在零下40摄氏度都可以正常工作，跟三元锂差不多，比磷酸铁锂更能适应冬季以及高寒地区。 而在电动车用户普遍关注的安全性方面，钠电池也比三元锂更令人放心。这一方面是因为其电解液稳定性高，另一方面就是因为能量密度低，使得钠电池在高温性能方面比三元锂电池更好。 最后，钠电池还有一个所有锂电池都不具备的优势，就是它不像锂电池一样担心会过放电，所以钠电池允许彻底放电到0伏——这对于一般电动车用户好像没什么实质性意义，但对于储能场景应用就更值得推广了。 为什么要发展钠电池？ 综上，就实际应用而言，由于能量密度偏低，钠电池目前还难言优势，但鉴于其能量密度基本跟磷酸铁锂看齐，以及在其他性能方面还有自己的特色，其量产价值其实已经不小。 但这就是世界上主要国家发展钠电池的根本原因吗？其实不然。钠电池之所以能得到重视，最重要的原因，正是我们在本文开头提出的——不依赖资源，这需要从两个方面来理解。 首先，论在地球上的储量，钠远比锂要丰富得多。 资料显示，锂在地壳中的含量仅为0.0065%，即便是把地球上所有的锂元素都用来生产电动车，大概只够生产15亿辆特斯拉。而且，大部分已探明锂资源都在南美洲（主要是玻利维亚、智利、阿根廷等），集中于当地的盐湖中，但该区域政局不稳，所以引起碳酸锂价格经常大幅波动。此外，国内锂提取技术目前也没有规模化，我们80%的锂从澳大利亚进口，但当前的中澳关系并不利于维持这种贸易需求。 反观钠，分布就明显广泛的多，钠资源约占地壳元素储量的2.64%——也就是说，钠的储量是锂的406倍。其中，光是我国已探明的钠盐储量，早在六七年前就已经超过1.4万亿吨，而且，如今全球的金属钠产能，也正在向中国转移。 ▲盐湖中丰富的钠盐 其次，钠电池成本更低。 宁德时代之所以要发布钠电池，核心原因是锂电池的原材料涨价太凶猛（从去年下半年至今已经涨了多次），而钠电池则丝毫不存在这方面的压力，原因有三： 一、钠盐因为储量巨大，原材料价格低廉，采用铁锰镍基正极材料相比较锂离子电池三元正极材料，原料成本能降低一半； 二，钠盐的特性允许使用低浓度电解液（同样浓度的电解液，钠盐电导率高于锂电解液20%左右），这样就能进一步降低成本； 三，钠离子不会跟铝形成合金，负极可采用铝箔作为集流体，此举可以进一步降低成本8%左右，降低重量10%左右。 几大主料都能大幅节省生产成本，也就不难理解为啥电池企业愿意开辟这条新的道路了。有数据显示，目前国内钠电池的材料成本加上制造成本，大概在0.36元/Wh左右，这已经比锂电池低了，只不过，钠电池目前还处于推广初期，其整体商业成本短期内会比锂电池高，这一点宁德时代也有简单提及。 最后说说 不仅仅是宁德时代，包括深圳华创电新、辽宁星空钠电等多家企业都对钠电池提前进行了布局。可见，虽然钠电池的能量密度是个较为明显的短板，但业内对其赶超磷酸铁锂依然充满信心，有企业称“钠电池能量密度超越150Wh/kg的进度将比磷酸铁锂快”，更重要的是，钠电池虽然还处于第一代产品阶段，但已经能看到第三代产品的雏形了。 更重要的是，钠电池在充电速度、循环寿命、低温性能、安全性能方面都有可圈可点之处，所以其市场前景值得期待。 而钠电池的出现，首先就将挑战磷酸铁锂的江湖地位，因为它们都是走的性价比路线。当然，磷酸铁锂和钠电池究竟谁能更胜一筹，从科学的角度来说还无法给出预判，毕竟，这两种电池，在不同电极材料和辅料的作用下，其能量密度天花板各不相同。 由此可见，未来，不仅仅是储能行业会有钠电池的一席之地，电动车势必也会形成锂电池和钠电池并行的局面，而且那一天已经可以预见了。 撰文：刘极昊 出处：头条号 @线外邦 read more

不久前的315晚会，被网友们评为“最有资格上315”的特斯拉，没能登台露脸。只能说，在让大家失望这件事儿上，特斯拉从来没让人失望过。 但在其他方面，特斯拉又是一堆麻烦事儿上身。刹车失灵等安全事故数次冲上热搜，车主坐在车上维权，而特斯拉又极为傲慢甩锅连连，惹了众怒。除此之外，马斯克还在twitter上极为坦诚地承认了，特斯拉通过车内摄像头来监视驾驶员，一石激起千层浪。 最近，特斯拉又和蔚来吵起来了。事情的起因是，前段时间，特斯拉（上海）有限公司进行了工商信息变更，经营范围中新增了“新能源汽车换电设施销售” 。消息一出，立即引发业界热议——“特斯拉开始试水换电了”。 特斯拉全球副总裁陶琳立马在微博回应，整体意思就是否认三连——“我不是、我没有、别瞎说”，顺便拉踩了一下鼓吹换电的友商。言论出来后，一直致力于推广换电模式的蔚来汽车急了，蔚来的企业传播高级总监马麟跳脚回怼：“换电是最受蔚来用户欢迎的补能产品。” 这两家行业头部公司，就此因为“到底是该充电还是换电”，在微博上掐了起来。 为什么特斯拉瞧不上蔚来一直坚持的换电模式？在新造车主流利用超充解决续航问题的当下，蔚来为什么要搞出一个换电模式？换电这事儿，究竟靠不靠谱？ 为什么会存在换电模式？ 按理说，如今新能源车企的主流是充电模式，为什么还有换电这种形式存在呢？换电究竟是怎么运作的呢？ 我们得从电动车本身说起。说起电动车，尽管政策支持，形式环保，车企巨头和互联网大厂都纷纷跑步入场，但是对于普通消费者来说，依旧存在着不少Bug。其中，最大的Bug就是续航里程。 这两年，不少车企都把续航里程抬高到了400公里，有些做到了600公里以上，甚至试图向1000公里续航发起冲锋。但是即便如此，车主们依旧有严重的续航焦虑——担心中途没电没地方充电，担心“趴窝”在高速上、担心低温续航打折等等。 不过说到油车，你很少听到油车车主有里程焦虑的问题。其实大部分燃油车一箱油的续航里程也就七八百公里，这还是在匀速巡航的情况下。但为什么人们就敢开着油车四处跑呢？ 关键问题还是在补能上。油车没油了之后，满大街都是加油站，加油也就只需要三分钟左右，之后还能继续跑，效率高还方便。 但换到电动车上，补能却变成了非常困难的事情。 市场上的充电桩分为交流充电桩（慢充）和直流充电桩（快充）。一般慢充家用，是主要的充电方式，快充大多安置在公共场所，用以长途或者出行。快充最快多少呢？目前特斯拉的超级快充的最高充电功率是250kw。在高速公路休息区看到的那些充电桩都是多大的呢？按照国家电网2020年的招标书来看，主流的直流充电桩是80kw和160kw这两种规格。 这两种规格的充电桩基本上算是市面上比较大功率的充电桩了。按照华泰证券做的充电时间测算，80kw、160kw的充电桩至少也得半个小时才能充满。 资料来源 / 华泰证券研报 如果我们想要一个70kwh电池容量的电动车，三分钟就能充满电。这么计算下来，我们至少需要功率达到1400kw的（功率的计算公式=电池容量/时间，相当于是70kwh/0.05小时=1400kw）。但是要达到1400kw，目前技术很难突破。 一位业内人士向深燃指出：“目前电动车配备的动力电池本身能够承受的充电电流有限，如果充电电流超过电池的承受范围，也会造成电池过热出现燃烧引发安全事故。此外，高功率充电所使用的电缆重量太大。所以因为这两个局限，其实很难实现大功率充电。所以突破当前的充电速度其实是很难的。” 所以面对补能，新能源车企们有两大解决方案，一大方案就是，疯狂建充电桩，建大功率的充电桩，比如特斯拉，靠多建充电桩来暂时缓解车主的里程焦虑。另一大方案则是换个思路——换电池，也就是把纯电动汽车的电池整体拿下来，再把另外一块早就充满的电池换上。这个步骤如果可以控制在几分钟之内完成，充电速度上的限制就能打破。 所以说，换电相当于是另一种补能解决手段。事实上，2009年，国家电网就提出“换电为主、插电为辅、集中充电、统一配送”的商业模式。试图以换电模式一统天下。但是当时换电价格贵，市场也没有普及，最终不了了之。 而且，如果想要实现换电，就必须要投入大量的资金，而自建换电站的建设成本、购买电池的成本都非常高昂。 比如，2013年的时候特斯拉就尝试过换电模式，结果成本太高了，一个6桩超级充电桩成本约15万美元(不包含税费和土地使用费)，而换电站的建设成本则需要50万美元(同样不包含税费和土地使用费)。而换电对于用户来说也很贵，特斯拉的换电服务，每次换电池，车主需要付60-80美元的费用。最后特斯拉暂停了这项服务。 所以总结下来就是，从模式本身来说，充电模式成本低，普及度高，但是充得慢，而换电补能快，但是普及度没那么高，换电成本也高。 特斯拉与蔚来，到底在掐什么？ 我们再回过头来看之前的争吵。 陶琳回应市面上针对“特斯拉到底会不会重启换电业务”的疑问时，是这么掰扯的：第一，2013年特斯拉就试过换电，但感觉不太适合民用；第二，手机补能就是从换电池变成大功率快充，所以电动车也一样，充电才是大势所趋；第三，大功率快充的补电效率更高，能够解决用户的续航需求。 翻译过来就是，换电技术不符合未来的发展趋势，终究是要被淘汰的。就差一竿子打死以换电为代表的车企们。这已经不止是回应要不要换电了，而是直接大规模@碰瓷友商们：你们做的没啥价值。 特斯拉全球副总裁陶琳在微博上回应“特斯拉是否会启动换电模式” 一直在主力宣传换电模式的蔚来汽车显然不干了，企业传播高级总监马麟赶紧回应：蔚来电池可充可换可升级。换电和充电不冲突，想换想充车主哪个方便选哪个……而且换电站在蔚来看来是重要的基础设施，考量的是用户体验和用户利益。换电好不好，用户最有发言权。 马麟的意思就是，换电是补能的一种，至少给用户多了一种选择，不能全盘否定。 这番争论的波及面很广，涉及到新能源的头部公司纷纷下场评论。理想汽车创始人李想在朋友圈表示：“快速充电器（特斯拉）、换电池（蔚来）、充电宝（理想增程），没必要非要分一个高低，用户价值有限即可，愿意都做也没啥问题。” 事实上，很长一段时间以来，换电这事儿，大家共同的认知都是适用于B端比如出租车、公交车。因为这些车辆算是统一设计，不存在标准不统一的问题。 而到了普通民用上，大家就觉得这事儿不太靠谱。除了投入大，费力不讨好之外，最要命的是难以标准统一。普通私家车，由于各家设计车辆的规格不同，使用生产的电池不同，换电站建设也不同，所以如今市面上的换电站基本上都是各自为营。无法做到标准统一，相当于北汽只能去北汽的换电站，蔚来只能去蔚来的换电站。 所以归根到底，大家争论的点其实变成了民用的换电模式，到底行不行得通，并且有没有价值？ 要回答这个问题，我们先从用户角度来说。 从现实的用车环境来看，尽管充电目前是主流，就如同我们上文中所说的那样，充电本身补能的速度依旧非常慢。电动车车主们往往面临充电时间长、充电车位被油车占用、公共充电桩损坏等问题。“充电在囧途”的情况不在少数。 而且，也不是说所有人都能有私人充电桩。根据充电桩联盟的数据，2020年全年，公共充电基础设施增量为46.2万台，增量同比增长12.4%，但随车配建充电设施增量依然不高，同比下降24.3%。也就是说安装私人充电桩的速度明显跟不上需求。 私人充电桩没有的情况下，这些车主单纯依靠公共充电桩实际上并不能完全满足他们的充电需求。换电反而成为了这些车主的主要补能手段。 上海ES6车主李鹏在使用了数次蔚来的换电设备之后，开始觉得真香：“确实足够快，基本上10分钟以内就能换好。在速度上、便捷度上还是做得不错的。”另一位北京车主也表示：“今年开始换过十几次吧，挺好的。车在换电站附近可以预约排队，快到了开过去就行，挺方便。” 但是换电也不是没毛病，使用过换电的车主也都纷纷指出：要不要选择换电，车主要看实际情况。李鹏一般都会在手机APP上提前了解附近的换电站是否有剩余的电池，或者提前预约。李鹏就向深燃指出：“换电必须要做好规划，因为电池确实不可能随时都有。” 如今的换电还没有普及，更多的是以蔚来代表的几家换电公司在做换电这件事儿。从换电站数量来看，蔚来2020年换电站的数量为131座，覆盖58个城市，大部分换电站覆盖在京、沪、广、深几条高速路上，覆盖度并不算高。所以换电站不够用、换电站的电池不够用的情况屡见不鲜。 “但你要问我对换电、充电的看法，我觉得是车企之间的争斗，作为普通用户来说，我觉得反正我多一个选择，也多一个便捷的方式。”李鹏表示。 新能源汽车领域资深专家王朋波就对深燃指出：换电和充电本身不冲突，换电只是在充电基础上补充一点功能而已，换电的车也都能充电，换电和充电都是解决电动车补能的一种方案而已，不存在路线之争。 这点，其他专家也认可。“从目前来看，‘换电’和‘充电’并不是二元对立的关系，两者融合共生、并行发展，共同助力新能源汽车的发展。” 中国科学院物理研究所博士生导师吴凡曾对媒体指出。 换电到底靠不靠谱？ 实际上，具体分析我们就会发现，蔚来设计的换电模式，除了单纯的换电带来的便捷外，对于用户来说，更大获益则来自于其背后的BaaS模式，也就是车电分离。 所谓车电分离就是，在购车时不需购买电池，蔚来把车卖给消费者，把电池卖给资产管理公司，再由资产管理公司将电池租给消费者。 蔚来电源管理副总裁沈斐在一次对外演讲中是这么解释的：“由于电池成本的原因，以前用户买车时会觉得电动车比油车贵。选择电池租用方案后，车主买车时可以少交一些钱，每个月交租金即可。当用户一旦开上电动车，就会发现电动车的使用成本真的很低，如果在家里充电每个月也就100块钱左右。细算下来电动车整个生命周期的使用成本比油车低很多。” 如果用户选择租用电池，以70kwh电池容量的电池包为例，每月租金是980元，但可以少支付7万元购车费用，直接将蔚来ES6、EC6的购车成本拉到30万元以下。 除了购车省钱之外，如果电池升级，用户也可以随之升级避免了电池衰减影响，电动车也就能持续保值。 这几个算盘打下来，蔚来确实得到了长足的发展。在蔚来资金最困难的时候，蔚来出人意料地推出了蔚来车主终身免费换电政策。此举受到了用户的认可。这一举动甚至救了蔚来——免费换电、车电分离降低了用户心理成本和门槛，越来越多的用户选择了蔚来。 […] read more

为智能手机、笔记本电脑和电动汽车提供下一代能源存储的众多潜在途径之一是使用固态电解质，以取代目前锂电池中使用的液态电解质。美国的一个研究团队已经开发出了这种固态电池的原型，克服了这一领域的一些关键障碍，通过使用一种新颖的自愈合材料展示了稳定的高容量存储。 在今天的锂离子电池中，当电池充放电时，液态电解质携带锂离子在一对电极之间来回移动。如果电解质可以用固体材料代替，它可以使电池更安全，同时提高能量密度。实验证明，这种电池的储能能力是目前锂离子电池的两倍。 问题是，当电池循环时，一种叫做枝晶的触须状结构会在其中一个电极表面生长。随着枝晶的生长，电池的寿命和效能都会受到极大的影响，甚至有发生短路失效和起火的风险。因此，想出一种能够绕过这个问题的固态设计将是一个巨大的突破。 此次，来自麻省理工学院（MIT）、得克萨斯州农工大学、布朗大学、以及卡内基梅隆大学的研究团队，已经提出来一种相当有希望的新解决方案。研究人员开发了一种由钠-钾合金制成的半固态金属电极，并将其比作牙医的补漏材料。在具有牢固特性的同时，这种新型材料还能够流动和成型。 据了解，这种材料有适量的韧性，所以当它接触到固体电解质时，它就不会形成通常在完全固态但更脆的电极材料中会出现的微小裂纹，这种裂纹通常会导致枝晶的形成。 研究人员表示，“我们的初衷就是开发基于精心挑选的合金电极，以便引入一种可以作为金属电极自愈成分的液相材料。” 在电池循环过程中，操作温度使材料保持在适当的半固态状态，以适应高电流（大约是使用固态锂的20倍），而不会形成枝晶。这还同时解决了迄今为止固态电池的另一个缺点——超高的电流密度。 在当前的研究者，科学家们提供了两种避免枝晶形成的设计思路，其一是将固态电解质与电极直接接触、而另一种则是将液态金属合金夹在两者中间。 在这些实验性设计的早期结果的鼓舞下，研究人员现在正在研究将该技术应用于不同固态电池结构的方法，并对其可能性持乐观态度。 研究合著者、卡内基梅隆大学机械工程学教授 Venkatasubramanian Viswanathan 表示，“我们认为可将这套方案转化并用于任何固态锂离子电池，并且涵盖从手持设备、EV动力电池、以及电动航空等广泛的领域。” 撰文：财联社 @黄君芝 read more