凝聚态电池何方神圣，对电池行业意味着什么？

电芯单体能量密度达到500Wh/kg，宁德时代上海车展期间发布的凝聚态电池着实颠覆了行业认知，而这只是宁王庞大野心的一环。

更高的能量密度意味着，相同重量和体积条件下，车辆可以装下更多的电量，拥有更远的续航。

当下主流的三元锂电池体系中，宁德时代麒麟电池的电芯单体能量密度为350Wh/kg，特斯拉4680电池是300Wh/kg。至于磷酸铁锂电池，比亚迪刀片电池的电芯单体能量密度是160Wh/kg。

毫无疑问，对比现今量产的动力电池，宁德时代发布的凝聚态电池500Wh/kg的能量密度，无异于跃进式发展。

凝聚态：另辟蹊径

凝聚态电池可以冲破行业极限的原因在于，这是一次电池材料维度的重大创新。

新能源领域近年来比较火热的技术，宁德时代麒麟电池和比亚迪刀片电池属于CTP（Cell to Pack，电芯直接组包技术），特斯拉4680电池属于CTC（Cell to Chassis，电池车身一体化技术），皆是结构维度的创新，都是在有限的空间内塞入更多的锂离子电池。

锂离子电池属于“摇椅电池”，锂离子以电池内的电解质为媒介进行移动，电子通过外部线路移动，两者在正负极完成氧化还原反应，从而实现充放电。

现今量产的锂离子电池均采用液态电解质，也就是电解液。因为电解液是有机溶剂，非常易燃，需要有隔膜将正负极反应区隔开，可一旦充放电过程中负极表面产生的锂金属枝晶刺穿电池隔膜造成短路，或是因碰撞造成电解液泄露，就易发生失火现象。

为了保证安全，采用液态电解质的锂离子电池往往要增加额外的重量、体积和成本，正负极材料的选择也会受限，进而阻碍电池的能量密度。

抛弃液态电解质和隔膜，采用固态电解质就被公认为行业未来，会带来电池安全和能量密度的革命性提升。

但过去十年，车企、供应商们推出了多种固态电解质材料，却没有一种材料可以兼顾空气稳定性、断裂韧性、锂稳定性、电化学窗口性、可加工性、总导电率等。

所以，投入固态电池研究十数年的丰田和三星公司仍停留在实验室阶段，宁德时代董事长曾毓群也表示，固态电池在2035年前不会实现产业化。

采用固液混合电解质的半固态电池就成为过渡方案被行业青睐，蔚来预计今年量产装车的150kWh电池包便属于这一技术路线。

而相较大家频繁讨论的固态、半固态电池，宁德时代的凝聚态电池则是采用了凝胶状电解质，并通过构建微米级别的自适应网状结构，增强微观结构稳定性的同时，提高了电池动力学性能和锂离子运输效率。

凝聚态电解质同样具备不易燃、无挥发的特性，可以支持更多样的正负极材料。发布会上，宁德时代首席科学家吴凯也表示，凝聚态电池同时对正极、负极和隔膜做了升级。

虽然吴凯并没有透露具体信息，但宁德时代很有可能在凝聚态电池上采用了更薄的隔膜，以提升能量密度和降低成本，不过这也对结构设计和工艺制造提出新要求。

此前著名的“三星电池门”事件，关于背后原因的猜测之一便是，Galaxy Note7的电池采用了过薄的隔膜，从而极易被刺穿造成短路。

关于正负极材料，为了达到500Wh/kg的能量密度，自然会是高比能路线，不排除正极使用富锂锰材料。

但因为凝聚态电解质不能匹配固态电解质的稳定性，无法确保锂金属负极保持表面平整性，避免负极表面锂金属枝晶（含大量“Dead”lithium，无法再参与循环）的大量生成，也就无法保证电池寿命。

所以我们认为，相比效率和比容更高的铝金属负极，宁德时代更有可能采用硅基负极，起码在供应车企的量产版本上会是这样。

不同于现今普遍应用的碳基负极，也就是石墨负极，硅的比容量高达4200mAh/kg，是碳（372mAh/kg）的十倍以上，可以储存更多锂离子。但硅材料充放电时会发生体积膨胀，甚至爆裂成碎片，所以当下多采用石墨掺硅的方法。

虽然宁德时代凝聚态电池的500Wh/kg是指电芯单体的能量密度，但考虑到凝聚态电解质对安全性的提升，减少了电池防护的重量和体积负担，我们可以期待下凝聚态电池的成包密度表现。

上天遁地，无所不包

特斯拉CEO马斯克2019年曾发推表示，阻碍载人飞机电动化的首要因素是电池能量密度不够，他认为锂离子电池比肩燃油飞机的能量密度节点是400Wh/kg，并预计5年内实现量产。

凝聚态电池500Wh/kg的能量密度显然足以为宁德时代扣开电动飞机的新世界大门。

发布会上，宁德时代首席科学家吴凯表示，宁德时代正在和民用飞机领域公司合作开发电动飞机，执行航空级的标准与测试，满足航空级的安全与质量要求。

商业飞行电动化会是一个潜力巨大的市场，在2022年1月的《“十四五”民用航空发展规划》中，碳达峰、碳中和已经被纳入了我国民航高质量发展整体布局。

在经济性层面，民航飞机电动化的回报前景也十分诱人。一架空客A330系列飞机，从上海飞到北京大约消耗7.5吨航空燃油，以航空燃油5000元/吨的价格计算，燃油消耗成本接近4万元。

全球目前有超过2.5万驾民航飞机处在服役期，并且这一数字还会进一步提升，电动化的引入无疑会带来巨额的运营成本缩减。不过，商业飞机电动化仍需要克服诸多技术难题，以及面临行业法规的调整，注定是一个漫长的过程。

凝聚态电池装车倒是会更快落地，吴凯表示，今年年底前宁德时代会形成凝聚态汽车电池的量产能力。

而结合车展前夕，宣布与奇瑞联合成立电池品牌ENER-Q，并推进钠离子电池首发落地奇瑞车型，宁德时代正在编织起一个巨大而绵密的电池供应网络。

根据韩国研究机构SNE Research的统计，宁德时代2022年动力电池装车量191.6GWh，市占率达到37%，仍是当之无愧的王者。

但另一方面，行业内一直有传闻，车企们在努力“去宁德化”，包括积极扶持第二供应商，以及亲自下场建设电池工厂。

宁德时代的应对是维持高研发投入，以创新性和全面性的产品，守住其在电池领域王座。2022年，宁德时代研发费用投入为155.1亿元，同比增长101.66%。

效果立竿见影，就在麒麟电池发布后，立刻有极氪、理想、哪吒等品牌表示会采用这一全新电池。

事实上，极氪009和新款001的一大产品点便是采用了麒麟电池，理想也宣布首款纯电产品会搭载4C版麒麟电池，结合800V高压，实现充电10分钟、续航400km的补能效率。

麒麟电池属于宁德时代CTP3.0技术，也即我们上面提到的结构维度创新，而宁德时代向来是结构和材料创新两手抓。

磷酸铁锂电池因成本优势，近年来的装机量反超三元锂电池，“赌定”三元锂电池起家的宁德时代，正是通过材料维度的创新，推出M3P电池，补上了“铁锂短板”。

通过采用全新的磷酸盐体系（磷酸锰）正极材料，在成本、寿命和安全性与磷酸铁锂相当的情况下，M3P电池能量密度可达到210Wh/kg，可以看作是磷酸铁锂电池的升级版。

都是60kWh电池，搭载M3P电池的新款Model 3/Y可实现600km续航，较现款增加约40km。

同样即将量产装车的钠离子电池，则是以全新的品类，通过更低廉的价格，达到磷酸铁锂电池160Wh/kg的电芯单体能量密度水准，同时还能实现15分钟补能80%的效率。

钠离子电池、钠离子AB电池（同一电池包中塞入两种不同电芯）针对入门级市场，磷酸铁锂电池、M3P电池、三元铁锂电池（磷酸铁锂+三元锂的AB电池）主打中端市场，麒麟电池和凝聚态电池聚焦高端市场。

由此，宁德时代实现了动力电池市场的无死角覆盖，其转变正如曾毓群办公室的字画由“赌性坚强”改为“溥博渊泉”（出自《中庸》“溥博渊泉，而时出之”，寓意一个人的智慧像泉水和深渊那样深不可测，时时涌出）。

同时，宁德时代也在布局海外市场，其位于德国图林根州的首个海外工厂已经启动。

大洋彼岸，宁德时代也通过“技术服务”的方式避开了《通胀削减法案》限制，牵手福特在美国密歇根州新建一座磷酸铁锂电池工厂。

而在动力电池之外，宁德时代也在加快储能市场的步伐。今年两会，作为全国政协委员的曾毓群就提交了《关于加快推进电池储能高质量发展的提案》。

事实上，从2022年营收构成来看，动力电池系统仍是宁德时代的第一大业务，占总营收的72%，但储能电池系统、电池材料及回收、电池矿产资源也俨然跻身为主营业务。

写在最后

我们谈及特斯拉，都会明白这不单单是一家造车企业，而是以造车为翘点，加快世界向可持续发展转变的公司，电池生产和回收、电动汽车、储能都是其覆盖业务。

其实宁德时代也是这样一位全能选手，区别之一便是宁德不造车，但会深度参与造车。而现阶段，在通向能源帝国王座的路上，相比主推的4680电池一再跳票的特斯拉，宁德时代的步伐显然更紧凑一些。

本文作者为踢车帮 孙小树