汽车产业一直是中国经济重要支柱产业，最近几年， 的动力电池技术进步明显，仅从续航里程来说，每年大约增加100公里，近两年更超过100公里。仅从续航里程来说，600公里~700公里已经与燃油车处于同一水平，但是因为充电或换电设施不方便，更大程度上是因为电池性能的衰减，在竞争力上仍处下风。从未来趋势上来说， 已经占据发展先机，这也是苹果宣布入场 ，甚至有传言说微软也要起而行之的原因所在。
动力电池竞争
2021年初，在特斯拉“开年送喜”大降价之后，蔚来更宣称到2023年推出续航里程1000公里的新能源车。如果说，蔚来续航1000公里的固态电池仍然是理想中的概念，那么，2020年3月比亚迪通过视频发布的刀片电池已经在大规模生产的路上了。
从上可知，动力电池在续航里程上的竞争已经白热化。特斯拉的大幅降价就得益于此。
而中科院院士欧阳明高在今年1月16日第七届中国电动汽车百人会论坛上演讲时所说的一番话，更说明动力电池的竞争热度一直未减。他说：如果某一位说，它(指车)既能跑1000公里、又能几分钟充完电，而且还特别安全、成本还非常低，那大家不用相信，那是不可能的。
这句针对目前技术现状的话，被一些人解读为，那些声称能将动力电池做到1000公里者，只能是骗子。说起来，这还是乐视PPT造车效应的过度反应而已。蔚来在未来几年能否做到这一点，并不能说没有可能。相反，如果动力电池能保持目前的技术进步速度，在2023年达到1000公里的续航里程并不是什么困难的事。如果遭遇技术瓶颈，比如，800公里被认为是天花板极限的话，则在近期内是不可能完成的任务。
不管怎么说，被特斯拉这条“大鲶鱼”不断搅动的这片海域，注定风波难息。
在同样的演讲中，欧阳明高院士说得很明白：只有实现 大规模发展才能实现新能源革命。
这一过程，又注定是艰难的。
从乐视首开PPT造车风气以来，一些企业宣称的技术领先，一直是吸引投资与投资者的“不二法门”。蔚来发布会后，引发与固态电池相关的企业股价飞涨，而没有“新概念”的新能源车企股价则应声下跌，仍让人觉得资本市场“记吃不记打”。
当然，不用怀疑，市场终归会回归理性，一时的喧嚣并不能遮蔽技术落地后的起起伏伏。尤其是汽车作为房子以外最大的耐用消费品，其消费者有可能被迷惑一时，但永远不可能被长期迷惑。
固态电池与液态电池之争
蔚来秉持的固态电池与目前市场上常用的液态电解质锂离子电池，实际上都是锂电池。其运行原理并无二致，就是利用锂离子在正负极之间嵌入和脱出的过程，实现电池的充电和放电。
而不同则在于电解质的物理形态，即固态和液态之别。当前所用的锂电池，其电解质为液态。那么，很好理解，固态电池的电解质就为固态。之所以要改变电解质的形态，目的就是要追求更高的能量密度。这并没有什么高深的科学道理，因为从物理形态上来说，大体上固态的能量密度要高于液态的能量密度。当然，实现起来并不简单，要通过提高正极和负极的比能量来完成。当前的锂电池，负极为石墨材料(碳)，通过在石墨负极中添加硅原料，可以提高负极的比能量;既然如此，就可以用硅材料完全替换石墨材料。研究发现，如果用锂金属做负极，效果又可以得到大幅提升。但是，如果用锂金属做负极，就需要把液态的电解质替换成固态。原因在于，锂金属属于极为活跃的金属，一旦和液体电解质接触，就如“干柴遇烈火”不易控制，这对安全性要求极高的电动车来说，是不可能忍受的。那么，选择惰性更强的固态电解质，就势成必然。所谓的“固态电池”，实际上就是目前液态电池的升级版。
理论上的路线或者说图上的规划路线是清晰的，但付诸实践并不容易。可以说，固态电池目前仍在实验阶段。即使如此，也只是部分企业才能在电池单层叠片层面(比电芯还要小)实现了这样的高性能，而距离形成可用的电池包以及模组，装配到车上并通过车规级的各项测试验证，恐怕不是一年两年能够完成的。
再者说，即使完成了测试验证，仍需要走过大批量、高效率生产，成本降低到可竞争水平等种种关口。有多少企业倒在批量投产的前夜，前车之鉴不可谓不沉痛。即便可以批量生产，用上新电池的车辆整体性能是否具备超人一筹的竞争力，仍未可知。
因为，欧洲和日本都曾预期固态电池在2020年可以走出实验室，但因为稳定性、安全性、成本高等问题，仍在“待字闺中”。
2019年12月10日，曾有媒体报道，特斯拉的固态电池能量密度已经达到了现有锂离子电池的4倍，15分钟可以充电80%，但要正式投入生产仍预计在2024年才有可能。从国内零星的消息来说，国轩高科预计是在2021年开始生产，但要到2025年才能生产出车用的高密度固态电池。另一家公司当升科技只是说其固态电池材料得到了用户认可，至于何时能投产并没有明确消息。
蔚来作为新能源整车企业真的是在豪赌未来。
刀片电池回归正道?
2020年3月29日，比亚迪在线上发布会，首次对外公布了“刀片电池”顺利通过“针刺试验”的完整视频。业界认为，“刀片电池”将改变行业对三元锂电池的依赖，将动力电池的技术路线引向新的赛道，并重新定义 的安全标准。
这里，顺便说一句，锂电池的常用命名方式主要有两种，一是以电池中正极元素来命名，二是以电池最核心的反应机理和特征来命名(如固态电池、柔性电池等)。三元锂电池所采用的就是第一种命名方式，因为其正极材料中包含了镍、钴、锰/铝三种金属元素，被命名为“三元”。
从中国 刚起步时起，动力电池的技术路线就是竞争的焦点。随着电池技术的开发，由于三元锂电池具备更优的续航里程，才逐渐成为新能源乘用车的主流，而磷酸铁锂电池则被更多地应用在商用车上。在比亚迪董事长王传福看来，新能源乘用车因为许多企业过于追求续驶里程的优势，导致了对动力电池的非理性竞争，也就是对动力电池的能量密度产生了偏执追求。这种发展路线可以说是“误入歧途”，并使新能源乘用车的安全品质大打折扣。
王传福强调，刀片电池的方向之一，就是要把动力电池的发展引回行稳致远的正道，安全尤其是避免电池着火被视为首要问题。当然，对于新能源乘用车来说，更高的能量密度，更高续航里程仍然是动力电池行业的追求，甚至被认为是 行业发展的宿命。
但不可否认，就目前的市场表现来说，磷酸铁锂电池的市场份额在不断下滑。中国汽车动力电池产业创新联盟的数据显示，2019年，我国动力电池装车量累计62.2GWh，同比累计增长9.2%。其中三元锂电池的装车量累计40.5GWh，占总装车量65.2%，同比累计增长22.5%;磷酸铁锂电池装车量累计20.2GWh，占总装车量32.5%，同比累计下降了9.0%。这也与三元锂电池的续航表现优于磷酸铁锂电池相一致。
尽管刀片电池在安全性上优于三元锂电池，但不应忘记三元锂电池的安全性提升并非停滞不前。
实际上，动力电池之争主要是比亚迪与宁德时代的竞争。由此可知，磷酸铁锂刀片电池对于比亚迪的市场意义有多重要。
在过去几年，宁德时代和比亚迪一直是动力电池的前两位。两家公司的市场份额，加起来超过7成。
抛开技术优劣不谈，两家的市场份额很大程度上是因为产品战略选择的原因。比亚迪主要采取的是垂直供应体系，对外供应方面并没有明显突破。这可能与比亚迪作为整车公司有很大关系。宁德时代则不同，几乎完全依靠横向供应体系，外销是其主要战略。好处是绝大多数车企会选择与宁德时代合作，尤其是与特斯拉达成向上海工厂供应电池的协议之后，发展势头更为迅猛。据统计，2016年之前，比亚迪的市场份额高于宁德时代，从2017年开始，宁德时代就反超了比亚迪。此后，两家公司的市场份额差距呈拉大趋势。2019年，宁德时代的装车量达到了31.46GWh，而比亚迪只有10.75GWh。
同样，从市场价值评估来看，宁德时代的市值高于比亚迪的市值超过了1/3。那么，比亚迪期望刀片电池能够撼动三元锂电池的市场地位。据比亚迪的消息，“几乎所有的汽车品牌，都在和我们探讨基于‘刀片电池’技术的合作方案。”刀片电池能收获多少，仍需要市场和时间来检验。这也预示着，比亚迪在2017年开始改变销售策略后，要大干一场，不能总采取守势，必须主动进攻。2018年，比亚迪就发布了共享开放的e平台。当年10月，王传福曾透露，打算将电池业务分拆并上市，时间点在2022年之前。这就是2020年3月，比亚迪旗下五家弗迪系公司(弗迪电池有限公司、弗迪视觉有限公司、弗迪科技有限公司、弗迪动力有限公司、弗迪模具有限公司)的成立，宣布刀片电池通过检测的时间也在3月，王传福的谋划怎么看都是意味深长。王传福自己说得更明白：“弗迪系和比亚迪的关系，就像行星和恒星的关系。弗迪系的每一家公司，既是围绕比亚迪产业优势而生的行星，更是各自领域独当一面，对外赋能的耀眼的明星。”这其中，弗迪电池更承担着巨大使命。由于近两年新能源补贴政策的调整，比亚迪的盈利能力出现下滑，再加上特斯拉的竞争升级，尤其需要弗迪电池分担市场压力。
磷酸铁锂刀片电池会是一把利剑吗?
刀片电池的结构创新
比亚迪动力电池的技术路线与三元锂电池(各自的正极材料不同)的技术路线是两个方向。似乎国内大多数厂家都选择的是三元锂电池，但奔驰和丰田这样的顶尖车企却选择与比亚迪合作，国际市场对比亚迪动力电池更为认可。刀片电池技术的进步，更将这种认可推向了新高度。
刀片电池的诞生
刀片电池依旧延续了磷酸铁锂的技术路线，刀片电池改变的只是电芯的形状，正极材料仍然是磷酸铁锂。要知道，在刀片电池这个名字出现之前，这项技术曾被称为“超级磷酸铁锂电池”。只不过现在看来，“刀片电池”这个名字更有想象力和冲击力罢了。
比亚迪之所以一直执着于用磷酸铁锂做正极材料，是因为磷酸铁锂在安全性上，相比于三元锂电池具有一定的优势。而三元锂电池的优势，则在于其续航里程更长，这是源于三元锂电池具有更强的导电性，能带来更高的能量密度。
前面也曾提到，王传福对于偏执追求续航里程、相对忽略了安全性的做法颇为诟病。但比亚迪并不是一味排斥三元锂电池，相反使用了一定比例的三元锂电池。毕竟增加续航里程，与安全性兼顾是发展的方向，而刀片电池的应运而生，正是两种电池优势结合的完美解决方案。
刀片电池的工作原理
依据刀片的形象，并不难想象刀片电池的模样，无非是把电芯做得更长、更薄，类似于刀片一样。
如果说，以前由多个电池组结构成的电池包，是一个个块状体或圆柱体电池组成的，那么，刀片电池就是薄如刀片的电芯组合在一起的。
这么做不仅仅是电池形状的改变，关键是电池包内的空间布局得以优化，同样体积的空间能布设更多数量的电芯，使得电池的能量密度大大提高，达到了增加续航里程的目的。块状体电池堆叠方式的空间利用率只有80%，如果考虑到结构电池包必须的支撑件和散热件，更多的空间被浪费掉了，结果整体空间利用率只有40%。而刀片电池的结构布置可以比块状体更紧密。再加上刀片电池本身可以充当支架，又节省了一些空间，整体上，刀片电池的空间利用率可以达到60%。也就是说，电池包里的电池数量显著增加，这意味着能量密度显著增加，续航里程的增加就是自然而然的事情了。
针刺实验显示的优势
原本磷酸铁锂电池相比于三元锂电池就有安全方面的优势。如今，块状或柱状磷酸铁锂电池改成刀片形状后，安全性能进一步提高。这是因为，刀片电池比块状电池的短路回路更长，表面散热面积更大，过热导致的自燃现象大为降低，甚至杜绝了自燃。
针刺测试是国际上通行的检测电池安全性的试验。针刺试验表明，三元锂电池会产生剧烈燃烧并伴随爆炸，表面温度超过500度;磷酸铁锂块状电池会出现冒烟现象，但没有明火和爆炸，温度在200度与400度之间;刀片电池无明火、无烟，表面温度只有30度到60度，安全稳定性跃升到一个新的量级。可以说，刀片电池完全解决了电池自燃的问题。
刀片电池的优势，就是得益于电池结构的创新。
刀片电池的结构创新
刀片电池通过结构创新，在成组时可以跳过模组来设计刀片电池，相较于有模电池包设计，刀片电池的重量比能量密度可达到180Wh/kg，比有模电池组提升大约9%。
所谓无模组设计，就是将电芯直接集成为电池包(即CTP技术)，将磷酸铁锂电芯长度阵列式封装在“600mm ≤ 第一尺寸 ≤ 2500mm ”的电池包中，将电芯通过阵列方式排布在一起，直接组成电池包，减少了模组结构和单体连接线束，提升了封装效率，增加了集成化。
依赖刀片电池形状的特殊性和材料的稳定性，密集排布的刀片电池可以充当简单的结构件，不再需要单独做支架，空间利用率由40%提升到60%。从而解决了磷酸铁锂电池单位体积能量密度过小的缺点，带电量约增加20%~30%。续航里程同样提升20%~30%，可达600公里，而且兼顾了高安全、长寿命，不像三元锂电池为了迁就续航里程人为忽略了安全性。
不仅如此，刀片电池还改善了磷酸铁锂耐低温性差的缺点。其更为科学的热管理系统，让换热效率维持在较高水平，即使放在零下20度的严寒环境下，刀片电池的放电能力至少是常温时的90%，在低温环境下仍能保持电池性能的稳定，从而较好地改善了磷酸铁锂电池低温续航衰减难题。
但这并不是说，刀片电池有多么完美，其缺点是被碰撞后的修复更为困难。可以想象，薄如刀片，又利用每个电芯自身作为支架，失去了支撑结构的保护屏障，在受到外力冲击下，就无法保证电芯的完整性。
总结来说，刀片电池是一种结构创新，而非材料创新，可以称之为磷酸铁锂电池技术的升级，就如比亚迪最早将其恰如其分地命名为超级磷酸铁锂电池一样。目前的改进，使它与三元锂电池之间的差距在缩小，再加上磷酸铁锂成本低，正好弥补了 补贴终止后成本大幅上升的问题。仅就目前来看，刀片电池的充电速度和续航能力与三元锂电池仍有差距，最大优势不过是其综合能力，没有明显短板。在突出的安全性之外，尚有电池包强度、续航能力、使用寿命、充放电功率、低温性能等方面的综合优势。
当然，动力电池的结构创新，并非比亚迪一家。从模组来说，就从355模组和590模组，进步到宁德时代的 CTP(无模组)。近期，国轩高科的JTM(Jellyroll To Module，即从卷芯到模组)，也是一种创新，能量和存储效率都有所提升。
再进一步，刀片电池有可能直接将电池包连在车辆上，或者是单体直连到车辆上，创新仍有空间。
欧阳明高院士站在更高的高度，从未来十年交通智慧能源生态的角度，提出两个大有可为的组合：一个是分布式光伏+电池+电动汽车+物联网+区块链;另一个是集中式远距离的风电与光伏+氢能储能及发电+燃料电池汽车+物联网+区块链。
一个是分布式，另一个是集中式智慧能源系统，两者结合就是未来智慧能源的大系统。
电动车是未来的方向
如果说，几年前还是少数人认为电动车是汽车行业未来的话，那么到今天，这样认为的人已经是呈几何级数增加。在这样的局面下产生出的旺盛需求，更催快了未来变成现实的速度。
对于中国来说，依赖海外石油的程度已经达到危险的地步，超过了国际公认的70%供应量红线。在这样的关头，当务之急已不是寻找新的能源来源地，而是找到新的替代能源。中国缺石油，但不缺电动车电池与发动机必需的锂和稀土金属。中国一旦实现汽车完全电动化，对石油的依赖就得以自然缓解。相比于石油要从国外进口，电力完全可以在中国自己广袤的国土上解决，不论是光伏、水电、风电和核电，中国都不落后，其中光伏与核电还处于世界领先水平，风与水资源也相对充足，关键是可循环再生能源。
实际上，欧洲国家尤其是西欧发达国家，相比中国更加激进，不少国家早就确定了燃油车完全退出的时间表。
发展电动车已经成为全球共识。
多少年来，中国燃油车完全依赖日欧美技术，理性看待已没有超越的可能。燃油车发动机和变速箱的技术堡垒，以及各种技术专利，使我们在技术上很难突破。中国作为世界第一大燃油车消费市场，已经被固化在整车组装环节，每生产一辆汽车，就为国外企业赚一次钱。
发展电动车则不同，且不说有没有先天优势，起码大家处于大致相同的起点，都在奋勇尝试，就看谁的投入更大。相比较，中国在市场上的优势就突出出来，再加上政府的补贴政策，发展基础已经具备。现在完全取消补贴，目的很明确，就是放手让生产厂家去市场的大海里游泳，要生存就要不断升级技术，不论是去年比亚迪发布刀片电池，还是蔚来信誓旦旦2023年准定会推出续航里程1000公里的固态电池，创新的氛围已经形成。起码，在动力电池领域，中国并不落后。展望未来，不论是动力电池，还是电动车、充电桩，势必生产得越多，成本就越低，竞争能力就越强。
仅以动力电池为例，其价格在十年间，已经下降了90%，后续仍然会延续这样的势头。这也是在发展中解决问题的最好例证。
这一点对于欧美日韩也是机会，不惟是中国的机会。但不同的是，对于中国是一个百年难遇的机会，失去了有可能再等一百年。
电动车的技术进步不应也不会局限于动力电池，其最终目的是完全自动驾驶。电驱动的操作方便性与控制轻便性，以及软件的应用性，同自动驾驶具有天然的适配性，这也是燃油车难以比肩的。
温俊 江西青莲 服务有限公司CEO
本文发表于《中国工业和信息化》杂志2021年1月刊总第31期
京公网安备 11011202001138号
