张翔:传统锂电池在新能源汽车市场中依然展现出蓬勃的生命力

作为深耕中国汽车行业逾二十载的观察家,张翔自2002年起便涉足新能源汽车领域,先后服务于四家汽车行业上市企业,足迹遍布美、欧、日、韩以及港澳台等国内外汽车市场,进行深入的实地考察。因其广泛调研了众多城市新能源汽车与充电桩的应用实况,被业界同仁亲切地誉为新能源汽车界的徐霞客。在回顾电动汽车动力电池发展历程的基础上,他系统梳理了当前市场主流的动力电池技术路径,并对未来车用动力电池的发展趋势做出了前瞻性的预判。

张翔:传统锂电池在新能源汽车市场中依然展现出蓬勃的生命力-有驾

尽管新能源汽车仅在过去十几年间实现了大规模商业化,但其历史渊源可追溯至更早时期,电动汽车的登场实际上早于燃油车。这一现象的根源在于,电机早于发动机被人类发明,且在一个多世纪前,铅酸电池的能量密度已然超越了蒸汽机所依赖的燃料煤。因此,在20世纪20年代,美国街道上行驶的电动汽车数量一度超越了汽油机车。然而,随着石油资源的发现以及发动机的革新,汽油机车逐渐占据了主导地位,取代了电动汽车的辉煌。据美国洛杉矶彼得森汽车博物馆的记载,1896年的Riker Electric Roadster便是现存最古老的电动汽车之一,见证了这一历史的变迁。

直至20世纪50年代,全球石油危机的爆发重新激发了人们对电动汽车的关注。此时的电动汽车,依旧沿用着铅酸电池技术。1959年问世的Kilowatt电动汽车,采用了雷诺Dauphine的车身设计,并配备了铅酸电池驱动的电动传动系统。其初代版本的续航里程仅为64公里,而后续改进版本则将这一数字提升至96公里。进入1996年,通用汽车推出了EV1电动汽车,这款车型同样搭载了铅酸电池,但续航里程相对有限,仅在80120公里之间。由于高昂的成本以及不尽如人意的续航能力,通用汽车最终仅生产了1117EV1,未能实现大规模的市场推广。

上世纪末叶,镍氢电池逐步取代了铅酸电池在电动汽车领域的地位。1997年,丰田公司率先在其第一代普锐斯混合动力轿车上应用了镍氢电池技术。至2000年,普锐斯已成功进军全球市场。紧随其后,本田亦在Insight混合动力车型上搭载了镍氢电池,并早于丰田一年,即1999年,率先抢滩美国市场。此后,多款混合动力汽车纷纷采用镍氢电池技术,包括福特的Ford Escape、雪佛兰的Chevrolet Malibu以及本田的Honda Civic Hybrid等车型。通用汽车的第二代EV1电动汽车亦进行了技术升级,搭载了镍氢电池,续航里程显著提升至120208公里。

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镍氢电池相对于铅酸电池,其能量密度可以提高50%以上。镍氢电池寿命相对铅酸电池更长。它们的充放电次数可以达到几百次甚至上千次,而铅酸电池的寿命在200次左右。在低温环境下,镍氢电池展现出了卓越的性能,具备快速充电与放电的能力。其低温快充型产品能在零下40℃的条件下进行充电,而在零下30℃以上的环境中,能以1C的速度快速充电;当温度高于零下20℃时,充电速率更是可达2C3C相比较于铅酸电池,镍氢电池的环保性更好,不含有重金属污染物质。镍氢电池的材料可以在回收中得到二次利用。

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而锂电池的广泛应用则始于2010年左右的电动汽车行业。值得注意的是,最早搭载锂电池的车型并非特斯拉,而是日产于1996年推出的Prairie Joy,它成为了全球首款采用圆柱形锂离子电池的汽车,比特斯拉的Roadster早了整整12年。201012月,日产推出了聆风(Leaf),其锂离子电池在EPA测试中展现出了117公里的续航能力。聆风一度成为全球最畅销的纯电动汽车之一,在一段时间内,全球每售出的两辆电动汽车中,就有一辆是日产聆风。截至20237月,即聆风上市12年后,日产宣布其全球纯电动汽车销量已突破100万辆的里程碑。

2007年,特斯拉推出了其首款电动跑车——Roadster,该车搭载了松下NC R18 650A三元锂电池,实现了393公里的卓越续航里程。次年,菲斯克公司亦不甘示弱,发布了Fisker Karma插电式混合动力轿车,该车型配备了美国A123公司的三元锂电池,其动力系统集成了通用汽车提供的涡轮增压2.0升发动机,纯电动模式下可行驶51公里。

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在中国市场,比亚迪率先引领了锂电池应用的潮流。2008年,比亚迪双模电动车F3DM横空出世,该车采用了磷酸铁锂电池,纯电动续航里程达到100公里,被誉为全球首款无需依赖专业充电站的新能源汽车。彼时,锂电池技术主要分为三元锂电池与磷酸铁锂电池两大流派,海外市场更倾向于采用起步较早的三元锂电池,而国内市场则更偏爱磷酸铁锂电池。然而,随着中国电池制造商对磷酸铁锂电池结构的持续创新设计,其能量密度已逐渐逼近三元锂电池,磷酸铁锂电池的市场份额也因此超越了三元锂电池。

除了传统的锂电池之外,汽车制造商正斥巨资探索新型动力电池的研发之路,其中固态电池与钠离子电池成为了两大核心技术方向。在固态电池领域,仅有蔚来推出的ET7ET9实现了量产,且它们搭载的是半固态电池,尚未达到全固态的标准,尽管如此,这两款车型的续航里程已突破1000公里大关。得益于蔚来独特的换电模式,电池包的维护工作由蔚来负责,这一模式相较于充电模式,为固态电池提供了更高的安全保障。值得一提的是,固态电池并非新兴概念,丰田早在20多年前便已开始研发固态电池,早于锂电池。然而,固态电池的大规模应用却迟迟未能实现,这主要归因于生产工艺上的难题尚未攻克,生产过程中的废品率居高不下,导致汽车制造商的生产成本难以达到预设目标。

钠离子电池则是近年来备受瞩目的另一项技术革新。作为全球最大的电池供应商,宁德时代在2021年发布了其第一代钠离子电池及锂钠混搭电池包。在乘用车领域,钠离子电池已能满足400公里以下续航车型的需求。通过宁德时代的AB电池系统集成技术,即钠离子电池与锂离子电池的混合搭配方案,新的钠锂混搭方案有望将钠离子电池的应用范围拓展至500公里续航的车型。奇瑞iCAR品牌车型率先搭载了钠离子电池,吉利领克900车型也采用了宁德时代的骁遥超级增混电池,目前这些新技术在市场上的占有率仍然有限,其未来发展仍需进一步观察。

当下,传统锂离子电池正持续焕发创新活力,推动着新能源汽车的续航里程不断攀升至新高度。最新亮相的小米汽车YU7纯电动SUV,搭载96.3kWh磷酸铁锂电池,实现了835公里的续航里程。与此同时,超充站日益普及,极大地缩短了车主的补能时间。换电站的数量亦在稳步增长,除蔚来外,宁德时代亦已大规模投身于换电站的建设之中。新技术的加持帮助传统锂电池依然保持着旺盛的生命力。展望未来,尽管固态电池与钠离子电池被视为车用动力电池发展的潜在路径,但它们仅是众多备选方案中的一部分。

在过去十多年的岁月里,张翔博士已累计接受了国内外媒体近万次的采访,频繁亮相于中央电视台、上海电视台、中国之声、上海电台、中国汽车报、中国日报及中新经纬等众多权威媒体平台。他深入解读的话题广泛涵盖了中国汽车产业的国际化征程、中欧进口关税动态、智能汽车交通事故的深度剖析、新能源汽车补贴政策的详尽阐释、动力电池技术未来走向的前瞻预测、汽车公司IPO融资策略以及隐藏式门把手新法规等行业热点。鉴于其对于汽车领域各类问题的深刻见解与全面分析能力,张翔老师被媒体界亲切地誉为汽车行业的活百科全书

张翔教授身兼数职,不仅是翔说汽车的创始人,还担任着国际智能运载科技协会的秘书长、沃达福数字汽车国际合作研究中心主任等要职。同时,他还是北方工业大学汽车产业创新研究中心的研究员及工商管理MBA导师,黄河科技学院的客座教授,江西新能源科技职业学院新能源汽车技术研究院的院长。此外,他在江苏谷峰电力科技股份有限公司担任首席储能专家,在北京中质华兴工程技术研究院有限公司担任专家顾问,并在远大国际展览有限公司担任新能源首席专家。中博联智库也特聘他为专家,他还是上海市科普作家协会的会员,以及二师兄说车的顾问。

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