秒杀所有电池？宁德时代最新黑科技“凝聚态电池”，真神还是忽悠人？

还记得今年上半年，宁德时代借上海车展重磅发布的超级黑科技“凝聚态电池”吗。

现场宁德时代首席科学家吴凯称，凝聚态电池兼顾“高比能+高安全”，单体电芯能量密度可达500Wh/kg。

500Wh/kg！我第一次看到这个数的时候不禁揉了揉眼睛，以为自己看错了。

这能量密度太炸裂了！

要知道，宁德时代去年发布的麒麟电池，基于811高镍三元正极体系，电芯单体能量密度能顶到350Wh/kg，这在目前已经是妥妥的业界天花板水平了。

特斯拉的4680大圆柱电池，能量密度略低一些，能做到300Wh/kg。

目前市面上普及率较高的622和523三元锂电池电芯，能量密度分别能做到250Wh/kg和220Wh/kg。

比亚迪的磷酸铁锂刀片电池，能量密度就要低很多了，大约只有180Wh/kg。

假设凝聚态电池500Wh/kg的能量密度，没有吹牛逼且数据属实的话，那就是对目前市面上所有量产电池的终极碾压、降维打击！

原本续航700公里的车，装上凝聚态电池之后，在整车重量不变的情况下，续航可以直奔1500公里以上，极限一点的话，甚至续航上2000公里都是有可能的。

说它是压倒燃油车的最后一根稻草？不，它可能会把燃油车秒得渣都不剩！

凝聚态电池500Wh/kg的超高能量密度，确实十分惊艳。

但，也仅限于此了。

以往宁德时代的发布会，风格都是简短而不简单，短短10分钟不到的时间里信息量巨大，非常烧脑。

可这次凝聚态电池发布会，根本不像宁德时代的风格，只延续了时间“短”的特点，内容却异常空洞，竟然开始讲起了情怀！

整场发布会时长仅为7分58秒，其中“前摇”占了前5分钟，连仓颉造字、莱特兄弟造飞机、阿波罗11登月……这些跟电池八竿子打不着的东西都能扯出来。

结果到了讲凝聚态电池本身，吴凯只用了短短几句话就就讲完了，用时才2分钟不到，紧接着就鞠了个躬，光速下班！

纵观整个凝聚态电池的发布，除了500Wh/kg这个明确的指标以外，其他的全还未知。

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首先， “凝聚态”到底指的是什么，就是个迷……

在查资料的过程中发现，凝聚态物理竟然是当今物理学最大也是最重要的分支学科之一。

百度对于凝聚态的解释，也是十分高大上：由大量粒子组成，并且粒子间有很强的相互作用的系统。

这也让产生了好奇心，凝聚态的物质到底长什么样？

结果，搜了半天除了一些抽象的微观粒子图，就是各种高校教科书，什么量子力学、场论、形核，也太前沿太高大上了。

后来进一步挖掘概念才发现，原来固态和液态本身就属于凝聚态的一种，怪不得说它是当今物理学最庞大的学科之一。

相对的，气体和火焰（等离子体），就不属于凝聚态。

严格扣概念的话，现在主流的液态锂离子电池，不就是一种凝聚态的电池吗？

所以，宁德时代所指的“凝聚态电池”到底是什么呢？

我们只能用咬文嚼字的方式来猜测，其中“凝”大概指的是凝胶，“聚”大概指的是聚合物，连起来叫“凝胶聚合物电池”？

动力电池根据电解液（电解质）不同的状态，可分为液态、半固态和固态。

其中半固态电池顾名思义，电解质物理性质介于液态和固态之间，可以是混凝土泥浆状的固液混合液，也可以是柔软富有弹性的果冻凝胶。操作大体上就是把部分电解液，替换成固态电解质。

相比纯固态电池，半固态电池无论技术难度还是成本，都更容易实现落地。

包括我在内的很多行业内人士都猜测，宁德时代的“凝聚态电池”很有可能是半固态电池的一种？

不过，宁德时代却通过媒体发声，否认了凝聚态电池是半固态电池！

去年6月重庆车展上，宁德时代曾毓群首次对外提出了“凝聚态电池”这个词：“除全固态电池、半固态电池，包括大家没有听过的凝聚态电池，宁德时代都在搞。”

这么看，至少宁德时代自己主观上没把凝聚态电池归到固态/半固态这类里。

另外，发布会上吴凯称：“凝聚态电池已经开启了民用载人飞机项目的合作开发，可以达到航空级的标准，后续还会推出凝聚态电池的车规级版本。”

也就是说，凝聚态电池的重点目标客户，是飞机而不是车。

早在1957年，人类就创造出了首款电动飞机。

显然，电动飞机并没有活下来，原因也很简单，电池太重了。飞机选择烧油，主要还是因为燃油轻。

凝聚态电池的500Wh/kg能量密度，确实可以使同续航下电池重量降低接近一半。

但即便如此，有业内人士对凝聚态电池在飞机上的应用仍然是存疑的，毕竟汽油的能量密度约为3500Wh/kg，是普通电池的10-15倍。即便凝聚态电池再牛，也遭不住汽油能量的数量级碾压啊。

知乎上有人分析称，凝聚态电池如果成组后系统能量密度能做到400Wh/kg以上，在小型航空器上的应用还是有希望的，在大型民航客机上应用的可能性不大。

但上面这张发布会PPT上，偏偏放的是一张大型民航客机……

不过，不管用在什么机型上，凝聚态电池如果主攻的是飞机市场的话，也都可以推测，这电池大概率不会太便宜。

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宁德时代凝聚态电池到底用了什么样的技术？具体通过什么手段实现的500Wh/kg超高能量密度？

虽然宁德时代官方给的资料非常匮乏，但我们仍然可以通过宁德时代以往技术布局、上有产业链技术进展等等角度，去推测一波。

根据吴凯发布会上的介绍，凝聚态电池采用的是高动力“仿生”凝聚态电解质。

对于“仿生”二字，吴凯解释道，“构建微米级别自适应网状结构，调节链间相互作用力，在增强微观结构稳定性的同时，提高电池动力学性能，提升锂离子运输效率。”

无论是固态电池和半固态电池，相比液态电池都存在一个硬伤“界面问题”：在充放电过程中，电解质会因为体积膨胀，容易导致与电极片接触不良。

简单可以理解为容易插销插不牢，导致充不进去电也放不出来电。

去年6月，宁德时代刚刚提出“凝聚态电池”这一概念的时候，恰好也发布了一项技术专利。

其内容大概是凝胶电解质的三维有机交联网络粘性很不错，与电极接触十分均匀，更不容易产生界面问题。

对于固态/半固态电池而言，其电解质大体上可以分为氧化物、硫化物和聚合物3类。

聚合物电解质部分材料确实做到微观尺度下通过有机物碳链，将大分子排布称三维网状结构，而宏观尺度下观察，就会是类似“果冻状”的凝胶。

常见的聚合物电解质有PEO（聚氧乙烯）、PAN（聚丙烯腈）、PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）和 PVDF（聚偏二氟乙烯）等等。

其中能形成凝胶状的，大概率是PAN（聚丙烯腈）或PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）。

PAN的优点是轻、阻燃效果好，但缺点也很明显，就是导电率低，进而充放电效率慢。

PMMA优点是阻抗小、导电性好，但受易燃这个缺点影响，应用前景并不高。

个人认为凝聚态电池使用PAN的概率更高。

根据东吴证券和国联证券的研究，宁德时代的凝聚态电池电解质不止用到了聚合物，还混合了一些氧化物电解质。

氧化物电解质的种类就太多了，锆、钙、镁、铝的氧化物甚至部分矿物都可以用。

这类材料大体上优势是成本较低、不可燃烧，但缺点是导电率偏低。

总体看下来，无论聚合物还是氧化物电解质，主要解决的就是电解液可燃的问题，二者混合起来或许性能上是有所提升的。但还有另一个问题就是，固态电解质的导电性能确实不如电解液。

因此，宁德时代大概率会为了提升电池整体的导电率，在保留的部分电解液上动手脚。

比如，将传统锂离子电池电解液的核心原料六氟磷酸锂（LiPF6），部分或全部替换为导电率更高的双氟磺酰亚胺锂（LiFSi）。

不过，双氟磺酰亚胺锂想要替换主流的六氟磷酸锂，还有不少缺点需要克服，比如易水解、衰减快、高温高压电环境下热稳定差等问题。

同时，受制于其产业链成熟度不高，短期内一定程度上会增加电池的成本。

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锂电池放电的过程，从微观上看就是锂离子从正极跃迁到负极，正极和负极的能极差越大，理论上电池的能量密度就会越高。就像水电站大坝瀑布一样，落差越高，水落下的能量越大。

受制于电解液易燃的性质，工程师们为了不敢把电池正负极能极差拉的太离谱，怕的就是能量密度高了之后电池不稳定，容易热失控自燃。

所以一定程度上来说，电解液是制约正负极材料的一把“锁”。

而半固态电池将部分电解液替换为不可燃的电解质之后，恰恰解开了电池自燃这把“锁”，可以使用一些更激进的正负极材料了。

发布会上，吴凯也恰恰提到了，凝聚态电池将应用“高比能正极”和“新型负极”。

正极材料方面，可以替换为比NCM811镍含量更高的9系超高镍材料。

即便9系电池热稳定性比NCM811还要差，但在只要阻燃凝胶够给力，还是有一定应用可能的。

产业链方面，包括长远锂科、华友钴业、容百科技等企业，对9系正极材料都有相应的技术储备，近几年实现产业化也是有希望的。

再激进一点，可以采用能量更高的富锂锰基作为正极。

算是目前正极材料的能量密度天花板了，其比容量可达到250毫安时/克，基本上是目前主流电池的两倍；同时额定电压高达4.5V，碾压三元锂的3.7V，可以轻松制成1000V以上的超高压电池系统。

不过富锂锰基材料相比三元锂材料，存在循环寿命差、衰减快、充放电慢等种种劣势。

同时，产业化水平还差的很远，大都停留在实验室阶段。

如果社友对电池前沿技术感兴趣的话可以私信我们，有空我们出一篇更详细的分析。

负极材料方面，可以大规模采用比目前碳负极比容量更高的硅基负极，如硅碳、氧化硅等等。

更激进一些的话，可以采用锂金属作为负极，算是目前负极材料的天花板了。这个我们在2021年底写过一篇，感兴趣可以戳：《电池技术要变天？下一代锂金属电池，离我们到底还有多远？》

根据一位电池研发有业内人士的测算，使用富锂锰基正极+锂金属负极两种天花板材料，电池能量密度理论上可以大于450Wh/kg。

由此推断，宁德时代标称凝聚态电池能量密度达到500Wh/kg，这一数据大概率是短时间内不考虑产业化和成本的理论极限值，实际量产电池未必能有这么高能量密度。

写在最后

即便“猜灯谜”猜了，凝聚态电池还是有很多没法分析的地方的。

比如，充电速度到底如何呢？

虽然宁德时代官方没有透露数据，但有某家行业媒体爆料称，该电池仅需3分钟便能补能500km，10分钟便可充满。

要知道，小鹏G9 800V配合480KW超充桩，实现10分钟充电400公里就已经很厉害了。

也就是说，凝聚态电池充电速度是800V配4C超充的4倍多？

个人对网上爆料的凝聚态电池充电速度还是持严重怀疑态度的！

首先，想要达到这个充电速度，必须配合2000KW的充电桩，一个桩都快赶上一个小区的用电功率了，实在是太离谱。

这么大功率的充电桩，先不说造不造得出来，首先电网就不太能吃得消。

另外，凝聚态电池的循环寿命怎么样？这个就更难考证了，除非宁德时代自己公布实测数据。

发布会上吴凯称，凝聚态电池的车规级版本，今年内就能量产落地。

这不，2023一转眼就快过完了，会不会跳票、到底有多神，马上见分晓。