取代燃油车要10年，20年还是50年？动力电池技术是关键

在四月份的上海国际车展上，新能源车成为绝对主角，车展中首发的150多款新车里，约有100辆是新能源车。不可否认，新能源车取代传统燃油车已是大势所趋，就连马斯克也在社交媒体上大发“狂言”：“不久之后，我们将以看待蒸汽机的方式看待汽油车。”

在绿色转型、减污降碳的背景下，全球已有多个国家地区公布禁售燃油车政策。其中，欧盟27国在2022年6月达成共识，同意至2035年禁止在欧盟境内销售燃油车；美国加州计划到2035年将全面禁止销售新的燃油动力汽车。我国工信部也早在2019年就表示，中国将支持有条件的地方建立燃油汽车禁行区试点，在取得成功的基础上，统筹研究制定燃油汽车退出时间表。

政策带动下，包括比亚迪、长城汽车等车企也先后公布了停售燃油车的时间表。其中，比亚迪是中国市场第一家宣布停止燃油车的企业，也是全球首个正式停产燃油车的制造商；长城汽车旗下哈弗品牌预计到2025年哈弗新能源销量占比为80%，2030年正式停售燃油车。

不过，目前交通运输市场存量中，燃油车仍占大头，新能源车与燃油车这一新旧势力转换的进程是10年，20年还是50年，仍需看技术的发展情况，其中尤以动力电池技术的发展最为关键。

在新能源车类型中，纯电动车的发展历史最为悠久，技术发展相对较为成熟，

也是最受市场关注的一类。而纯电驱动又分为动力电池汽车、燃料电池汽车和增程式汽车。但不管哪种类型，对于市场而言，车辆的配置和续航能力是最为重要的，因此，新能源汽车之争很多时候就是电池材料和技术的竞争。

在历史上，动力电池材料和技术水平一度决定了电动车与燃油车争战的胜负，在未来，它又将如何影响新能源汽车的发展进程以及市场格局？

特斯拉与锂电池时代

世界上第一台纯电动车出现在19世界中期，并在20世纪20年代迎来了发展顶峰。相较于燃油车噪音大、故障多、有污染等缺点，纯电动车不仅操作简单，还安静、环保。在1911年，《纽约时报》甚至用“完美”来称赞电动汽车这一系列优点。

然而，1920年代后，纯电动车就逐渐被燃油车超越，产业也迅速衰败。这一情况的出现，除了内燃机技术进步、汽油成本下降、续航里程要求变高等外在因素外，蓄电池技术的停滞也是一个关键的内因。

到了1990年，通用汽车在洛杉矶车展上发布了一款名为Impact的纯电动概念轿车，带动了纯电动车市场的回归。不过，真正让纯电动车产业“起死回生”的角色，当属特斯拉和埃隆·马斯克。回看特斯拉的发展历程，我们会发现，它之所以能成为新能源汽车产业的领导者，也恰恰在于其在动力电池材料和技术方面的创新。

马斯克在2004年收购了特斯拉，并在2008年推出了第一款产品——电动跑车 Roadster。这是世界上第一辆公开发售的锂电池汽车，也是第一辆可以跑300公里的电动汽车。由此，新能源车锂电时代拉开帷幕。

在这款产品上，特斯拉采用了6831节松下制造的18650三元锂电池，并基于其先进的电池管理系统，组成动力锂电池，借助三元锂电池在能量密度上的优势，特斯拉Model S的续航能力大幅领先同年份使用磷酸铁锂、锰酸锂作为动力电池的纯电动汽车。

之后，特斯拉在锂电池的材料探索和技术研发上也是下足了功夫。其中在2016年，特斯拉推出全新的2170三元锂电池，正极材料中“镍”的比例大幅提升到90%，以此提高电信的能量密度，达到更长续航时间的目的。该年6月份，特斯拉推出豪华型的电动车 Model S，续航里程提高到了500公里以上，这个车型大获成功，立即成为全球最畅销的电动车。

毫无疑问，动力电池材料和技术的创新作为纯电动汽车发展的强大驱动力，决定着行业未来发展走向和竞争格局。

图源：Pixabay

动力电池技术之争

一般来说，动力电池会占到整个新能源汽车成本约40%。新能源汽车的快速发展及普及，离不开动力电池性能的突破、成本的下降。动力电池存在锂离子电池、燃料电池、钠离子电池等技术路线，目前应用最为广泛的是锂离子电池。

锂离子电池按正极材料的不同可分为锰酸锂电池、钴酸锂电池、磷酸铁锂电池、三元锂电池等类型。其中，三元锂电池和磷酸铁锂电池是目前市场的绝对主力。

近几年，新能源动力电池市场一直有着三元锂电池和磷酸铁锂电池之争，两者各有优劣：三元锂电池成本高但有着更长的续航能力，磷酸铁锂电池续航能力略差，但胜在成本低且安全性高。

在2017年-2019年，三元锂电池得益于新能源政策补贴一直占据市场主导地位，不过，随着补贴退坡，磷酸铁锂电池凭借成本优势和技术突破赢得了市场青睐，出现反超三元锂的态势。

不过，无论是三元锂还是磷酸铁锂，它们的对手可不仅只有对方，随着电池技术的发展，钠离子电池、锂金属电池等技术路线也在发展。

钠电池具有安全性较高、快充倍率高等优点，特别是在锂资源价格疯涨之下，钠电池还展现出材料成本优势、资源可控优势。资料显示，锂元素在地壳中的含量仅为 0.0065%，而钠资源储量非常丰富，地壳丰富度为 2.%，是锂资源的 440 倍，且钠资源分布广泛、提炼简单。钠作为锂的替代品者出现，在电池领域得到越来越广泛的关注。

除了钠电池之外，锂金属电池的潜力也是非常值得期待。在传统的锂离子电池中，阳极主要由石墨制成，可以很容易地吸收和释放带电的锂离子，这些锂离子通过电解质在阳极和阴极之间来回穿梭，这些带电粒子流产生电流，电流从电池中流出，为任何需要供电的地方供电。

而在锂金属电池中，阳极本身是由锂制成的，这意味着电池阳极上几乎每一个原子都可以用来产生电流。从理论上讲，锂金属阳极可以比同等重量和体积的石墨多存储 50% 的能量。

2020年末，硅谷初创公司 QuantumScape 声称已经开发出全新的锂金属电池，其采用固体电解质（陶瓷）克服了传统锂离子电池存在的价格高、续航低、充电慢等缺陷，引发广泛关注。2021年，“锂金属电池”入选《麻省理工科技评论》“全球突破性技术”榜单。

《麻省理工科技评论》认为，这种锂金属电池拥有较大的能量密度和极快的充电速度，而且更加安全稳定。一旦普及，将彻底改写当今电动汽车产业格局，让电动汽车的成本降低、续航增加，届时充电将会变得像在加油站加油一样快捷方便。同时，这种电池也可用于其他形式的运输，比如长途卡车货运，甚至是短途航班。

当然，在可能的替代性技术层出不穷的同时，锂离子电池本身的技术路线也在不断迭代优化，相关的技术突破也越来越多。其中在2022年，美国宾夕法尼亚州立大学王朝阳团队首次实现了高能量密度锂离子电池（265 Wh/kg）的 10 分钟极速充电，且循环寿命高达到 2000 次以上。这相当于50万英里的里程，并且每次都以快速充电的方式进行能量补充。

图源：Pixabay

新能源汽车市场之变

一项最新的预测指出，到2030年，电动汽车将占美国新乘用车销量的一半以上，全球电池市场的潜在增长可能需要在未来十年内再建造90个特斯拉千兆工厂规模的设施。可观的市场规模也吸引了越来越多企业投入到电池生产中。

近年来，得益于政策的支持和引导，我国动力电池产业发展迅速。目前，我国已相继出台了《新能源汽车产业发展规划（2021-2035年）》、《“十四五”规划和2035远景目标纲要》、《2030年前碳达峰行动方案》等政策文件。

韩国研究机构SNE Research发布的全球动力电池数据显示，2023年1月全球动力电池装机量TOP10的企业中，中国企业宁德时代、比亚迪依然领跑全球。除此之外，还有中创新航（原中航锂电）、国轩高科、亿纬锂能、欣旺达、远景动力和蜂巢能源等企业也在大力追赶。

从全球范围来看，发展新能源汽车已成为多国政府共识，全球汽车厂商都在加大研发制造力度和提高技术水平，竞争不可谓不激烈。无论是造车新势力、传统车企还是电池厂商，都试图在市场变化中寻找竞争力，而动力电池技术无疑是那个突破口。

特斯拉之外，福特、宝马等也在发力竞争。美国当地时间2023年2月13日，福特汽车正式宣布将和中国企业、全球动力电池龙头宁德时代合作，在密歇根州的马歇尔市投资35亿美元，新建一家磷酸铁锂动力电池工厂，工厂预计2026年投产。宝马集团在2022年11月11日宣布其沈阳生产基地将进行动力电池生产的大规模扩建，投资总额达人民币100亿元。

我国新能源车企也纷纷布局电池领域，下场自研动力电池。据上海企事业单位环境信息公开平台显示，蔚来汽车计划在上海市嘉定区安亭镇新建研发项目，建设内容包括拟建设31个研发实验室，从事锂离子电芯和电池包的研发等。还有部分车企推出了自己的电池产品，比亚迪推出了“刀片电池”、长城推出了“大禹电池”、哪吒推出了“天工电池”。

可以预见，动力电池市场的竞争将越来越激烈，而更多的技术和产品也将在这个过程中产生，相信在不久的为未来，新的技术将彻底解决现有动力电池缺陷，从而推动新能源汽车更快成为交通市场的主力。

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