真有必要追求高電量長續(xù)航嗎？

文 / 本刊記者 趙子垚

續(xù)航能力正成為評價(jià)電動(dòng)汽車及其配裝電池的重要指標(biāo)。由此，車企與電池廠商正在追求更高的電池容量，然而高電量電池技術(shù)及安全性足夠成熟嗎？

當(dāng)前，主流鋰電池技術(shù)發(fā)展已面臨瓶頸，各類替代性技術(shù)研究態(tài)勢正如火如荼，但就現(xiàn)有發(fā)展情況看，無論是鎂、鋅、鈉，還是其他研究方面，仍有眾多技術(shù)成熟度問題仍待解決。鑒于此，深入挖掘鋰的潛能，改善鋰電池相關(guān)性能，依舊是動(dòng)力電池制造商的主要選擇。而將問題落地到電動(dòng)汽車所需，繼續(xù)提升電芯單體能量密度，或是提供更高的電池包容量，正在為長續(xù)航電動(dòng)汽車的發(fā)展鋪平道路。

誰在做長續(xù)航？

如今，距離特斯拉發(fā)布4680大圓柱電池已過去近2年。截止2022年2月，這款電池的總產(chǎn)能已突破100MWh，并在經(jīng)歷一系列生產(chǎn)工藝和系統(tǒng)集成等方面的優(yōu)化后，其能量密度已提高至300Wh/kg，續(xù)航能力達(dá)到750km左右。同時(shí)，該型號電池組也即將正式得到商業(yè)化應(yīng)用，特斯拉方面已向得克薩斯超級工廠附近預(yù)訂Model Y車型的用戶發(fā)送郵件，告知可將訂單更改為搭載4680電池組的對應(yīng)車型。相比前代21700電池，4680電池的體積增長接近5倍，這意味著其能量密度也約為前者的5倍左右。另外按照特斯拉的官方說法，在同等總電量前提下，運(yùn)用4680電池組將比21700電池組提升16%的續(xù)航里程。

由此，一股大圓柱電池潮流又在動(dòng)力電池業(yè)界興起。寧德時(shí)代、松下、LG化學(xué)等動(dòng)力電池廠商均在積極布局、研發(fā)4680及同類產(chǎn)品。其中，LG化學(xué)甚至接連研發(fā)出4680、4690等系列大圓柱電池，希望再次進(jìn)入特斯拉供應(yīng)鏈。而在同類產(chǎn)品中，寧德時(shí)代的進(jìn)度最為明顯。

5月5日，寧德時(shí)代董事長曾毓群在2021年度業(yè)績說明會(huì)上表示，計(jì)劃于2022年二季度正式發(fā)布“麒麟電池”。據(jù)此前披露資料，麒麟電池是寧德時(shí)代的第三代CTP技術(shù)，當(dāng)采用磷酸鐵鋰時(shí)，系統(tǒng)能量密度超過160Wh/kg；采用三元體系時(shí)，系統(tǒng)能量密度可以做到250Wh/kg。在相同電芯化學(xué)體系和同等電池包尺寸下，麒麟電池比特斯拉的4680大圓柱電池組能多裝13%電量，換言之，在同等前提下麒麟電池將比4680電池組多出80km的續(xù)航里程，達(dá)到830km左右。

到此，在配備標(biāo)準(zhǔn)電池組的條件下，當(dāng)前對電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航能力的提升暫告段落。汽車廠商如果想要拿出更長續(xù)航的產(chǎn)品，只能在配備更大電池組或在改變電池包形狀方面“下功夫”。

今年1月5日上市的廣汽埃安AION LX Plus千里版據(jù)稱是首款續(xù)航超過1000km的純電動(dòng)汽車，其CLTC綜合工況續(xù)航里程達(dá)到1008公里。廣汽埃安方面聲稱，該款車型搭載了海綿硅負(fù)極片電池技術(shù)，可讓電池內(nèi)部硅負(fù)極像海綿一般，在充放電過程中的膨脹和收縮得到緩沖及限制。除此之外，該款電池還具備“自修復(fù)粘結(jié)劑技術(shù)”、“梯度復(fù)合涂布技術(shù)”等多項(xiàng)自主知識產(chǎn)權(quán)專利，優(yōu)勢眾多。但不可忽視的是，該款車型所搭載的電池包能量密度為205 Wh/kg，總電量為144.4kWh，換算質(zhì)量已重達(dá)704kg。

在歐洲，奔馳方面則對自家的VISION EQXX概念車進(jìn)行了特別挑戰(zhàn)。當(dāng)?shù)貢r(shí)間4月13日，VISION EQXX概念車從德國辛德芬根出發(fā)，穿越瑞士阿爾卑斯山和意大利北部，在3-18℃的氣候環(huán)境下行駛1008公里后，順利抵達(dá)法國卡西斯，完成了“傳說中”的1000公里續(xù)航挑戰(zhàn)。奔馳方面聲稱，VISION EQXX在抵達(dá)目的地后，仍有15% 的電量，可再行駛140km。據(jù)悉，這款車型搭載的同樣是硅碳負(fù)極電池，但其特別之處在于這塊電池雖只有100kWh電量，但卻使用900V高壓電池系統(tǒng)。這也意味著相比常規(guī)的400V級電池，例如奔馳為自家EQS配備的107.8kWh電池，該電池包體積減少50%，重量僅有495kg。

技術(shù)層面的“犧牲”

顯然，電動(dòng)汽車長續(xù)航已成為車企與動(dòng)力電池廠商的一致追求，但不可否認(rèn)，更大、更重的電池包卻在一定程度上“犧牲”電動(dòng)汽車的其他評價(jià)層面。

首先是續(xù)航里程與電池重量之間的“死循環(huán)”。一般來說，一款搭載100kWh電量的常規(guī)車型，其續(xù)航里程可達(dá)到600km。但隨著攜帶電池電量的逐步提升，由于電池增重導(dǎo)致的剎車系統(tǒng)損耗、懸架系統(tǒng)負(fù)荷等因素，從能量角度看，更高的系統(tǒng)電耗開始對續(xù)航能力造成制約，電池帶來的里程效益開始衰減。通用汽車的悍馬EV Edition 1就是一則典型案例，這款車型搭載三個(gè)電機(jī)，還具有四驅(qū)系統(tǒng)，最大功率達(dá)到1014馬力。但由于其配備的212.7kWh電池包重達(dá)1.3噸，導(dǎo)致這款車型的綜合續(xù)航里程只有530km。同時(shí)，與相當(dāng)于一輛緊湊級轎車重量的電池包“對抗”的不止有續(xù)航能力，車身上的所有易損件，包括輪胎、剎車、懸掛以及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)均受到影響。

所以在保證續(xù)航能力的基礎(chǔ)上，相關(guān)廠商正盡可能對電池包重量進(jìn)行改進(jìn)。除了前述提到的高電壓改進(jìn)方案，另一主流發(fā)展方向便是CTP、CTC等集成化技術(shù)方案。先來看CTP技術(shù)，其主要通過取消模組設(shè)計(jì)，直接將電芯集成為電池包，而電池包又作為整車結(jié)構(gòu)件的一部分集成到車身地板。這種方式減少了模組側(cè)板、端板等結(jié)構(gòu)件以及電池包橫梁、縱梁等裝配件，令電池結(jié)構(gòu)更為簡化。而CTC技術(shù)可以看作是CTP技術(shù)的升級，將電芯直接置于到汽車底盤上，實(shí)現(xiàn)更高程度的集成化。通過這些對結(jié)構(gòu)層面的改變，同等尺寸的電池包容量得以擴(kuò)展、電池組質(zhì)量得以減輕，并最終實(shí)現(xiàn)電池能量密度的提高。但這種改進(jìn)勢必對電池的BMS熱管理系統(tǒng)也提出更高要求，此外在CTC模式下，座椅與底盤電池之間只有電芯上蓋充當(dāng)?shù)匕?蓋板功能，盡管CTC可使得車身整車剛度獲得不小提升，但對于側(cè)面碰撞等電池安全疑慮，顯然還有繼續(xù)提升并優(yōu)化的時(shí)間過程。

隨之而來的便是電池包的維修問題，高度集成化的結(jié)果意味著對售后維修便捷性和成本的“犧牲”。一是對維修技術(shù)提出的高要求；二是即便只有某個(gè)電芯發(fā)生故障，卻可能仍需要對整個(gè)電池組進(jìn)行替換，尤其是在電池已經(jīng)達(dá)到純電動(dòng)汽車整車成本的40%的前提下，這將導(dǎo)致維修成本的大幅增加。

尚未逢時(shí)

客觀來說，高電量長續(xù)航是為了滿足當(dāng)前的電動(dòng)汽車技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀而做出的一種趨向，是解決補(bǔ)能配套設(shè)施尚不充足、分布疏密不一的應(yīng)對。但面對電池供應(yīng)鏈的現(xiàn)狀，發(fā)展局面正變得“尷尬”。

美國科羅拉多州研究公司E Source的一份新報(bào)告顯示，由于電動(dòng)汽車電池的關(guān)鍵原材料短缺，生產(chǎn)電動(dòng)汽車的成本將在未來4年飆升。E Source估計(jì)，電池價(jià)格將在2023年至2026年期間飆升22%，最高達(dá)到138美元/ kWh。

事實(shí)上，動(dòng)力電池的供應(yīng)已遠(yuǎn)遠(yuǎn)追不上需求。盡管鋰礦公司正在追加現(xiàn)有開采設(shè)施的產(chǎn)量，同時(shí)不斷尋找新的供應(yīng)來源，但碳酸鋰的基準(zhǔn)價(jià)格仍在不斷上漲，在2021年結(jié)束時(shí)創(chuàng)下了新的紀(jì)錄后，今年4月的均價(jià)已達(dá)到每噸41000美元。電池陰極材料同樣如此，自去年1月以來，鈷的價(jià)格翻了一倍，至每噸7萬美元；鎳的價(jià)格提升了15%，至每噸2萬美元。

所以，當(dāng)壓力傳導(dǎo)至車企和動(dòng)力電池廠商，在這番漲價(jià)沖抵之后，企業(yè)致力于不斷降低電池生產(chǎn)成本的舉措，以及所達(dá)成的技術(shù)和效率成果正變得“無濟(jì)于事”。而對消費(fèi)者來說，相比續(xù)航能力，補(bǔ)能便利、維護(hù)成本，甚至于保值率等價(jià)格因素，或許才是在當(dāng)前階段的考慮重點(diǎn)。