1965年(nián)，英特爾創始人(rén)之一(yī)的(de)戈登·摩爾正準備一(yī)個(gè)關于計(jì)算≥δ↑(suàn)機(jī)存儲器(qì)發展趨勢的(de)報(bào)告§÷，在他(tā)開(kāi)始繪制(zhì)數(shù)據時(shí)，發現(xiàΩ₽≠n)了(le)一(yī)個(gè)驚人(rén)的(de)趨勢：每個(gè)新芯片大(dà)體(€♦≤tǐ)都(dōu)是(shì)前一(yī)個(gè)版本兩倍的(de)容量。
結合時(shí)間(jiān)來(lái)看(k> ✔↓àn)，每個(gè)芯片産生(shēng)的(de)時(shí)間(jiān)都(dōu)是("'™♣shì)在前一(yī)個(gè)芯片産生¥'←(shēng)後的(de)18~24個(gè)月(yuè)內(nèi)。
Moore的(de)觀察資料，就(jiù)是(shì)現(xiàn)在的(de)摩爾定律。人(rén)們還(hái)發現(xiàn)這(zhè)不(÷$∏bù)僅适用(yòng)于對(duì)存儲器(qì)芯片的(de)描述，同時(sh±♣↕í)還(hái)能(néng)夠精确地(dì)概括芯片算(sΩα×₩uàn)力和(hé)磁盤容量的(de)發展。該定律已經成為(wèi)許多(duō)工(g₹₽ ←ōng)業(yè)對(duì)于性能(néng)預測的(de)基礎定律。
最近(jìn)幾年(nián)，随著(zhe)電(diàn)動車(chē)普及率大(dà§✔)幅提高(gāo)，動力電(diàn)池迎來(lái)全面爆發時(shí)刻。電(di₽ ¶≠àn)動車(chē)中最重要(yào)的(de)零部件(jiàn)非動力電(diàn)↑₩¥池莫屬，經曆了(le)多(duō)年(nián)技(jì)術↓↑(shù)革新，動力電(diàn)池經曆了(le)↓≤多(duō)條技(jì)術(shù)路(lù)線混戰，最終磷酸鐵(t§§δiě)锂和(hé)三元勝出。
但(dàn)動力電(diàn)池的(de)發展過程↕π沒有(yǒu)摩爾定律。
動力電(diàn)池的(de)技(jì)術(shù)基礎是(shì)電(dià×φn)化(huà)學，元素周期表在100多(duō)年(nián)前就(jiù)已經基本架構穩定，電(diàn) ¥'化(huà)學隻是(shì)通(tōng)過♦÷₩¥排列組合不(bù)同的(de)化(huà)學元素，協同解決一(yī)個(gè)又(y±£¶òu)一(yī)個(gè)工(gōng)程學問(wèn)題。
盡管在目前階段，電(diàn)池性能(néng)仍然具備廣闊的(de)提升空(↓↔↔kōng)間(jiān)，但(dàn)預計(jì)未來(lái)将呈現(xiàn) ©φβ螺旋式升級：電(diàn)化(huà)學體(tǐ)系 >&→需要(yào)綜合考慮能(néng)量和(hé)功率密度、循環壽命、安全性等多(duō)•₽$個(gè)維度，因此基于差異化(huà)的(de)出行(x§íng)需求，将形成各有(yǒu)側重、多(duō)元的(de)動力電(diàn)池産品線©£∞。同時(shí)，受益技(jì)術(shù)叠代、提質降本，電(diλ€♣♣àn)池的(de)能(néng)力邊界在逐步擴大(dà)，從(cóng)而持續開(kāi)辟 ©♥ 全新的(de)儲能(néng)場(chǎng)£≈景與市(shì)場(chǎng)，形成倒錐形的(de)發展格局，終局或将實現(xiàn)對(duì)移動式與固定式化(∞α£ huà)石能(néng)源的(de)替代。
這(zhè)種螺旋式升級叠代主要(yào)分(fēn)為(₹∞™wèi)材料升級和(hé)結構革新，其中正極是(shì)決定動力電(diàn)池能(≠¶néng)量密度的(de)核心。目前的(de)技(jì)©Ω'術(shù)格局中，正極材料成熟且優化(h" '±uà)空(kōng)間(jiān)較小(xi☆☆ǎo)，短(duǎn)期突破點聚焦在負極材料上(shàng)，而對(duì)固ε≤∞♦态電(diàn)池颠覆式創新的(de)期望，正推動很(hěn)多(duō)冒險者激流勇∞™進。
在材料升級上(shàng)，正極主要(yào)技(jì)術(shù ©€)路(lù)線中短(duǎn)期不(bù)會(huì)改變，但(dàn)可(kě)能(néng)會♠☆♠₽(huì)通(tōng)過添加新的(de)化(huà)學≤"≠元素在一(yī)定程度上(shàng)改變電(diàn)池的(de)π™某個(gè)屬性，如(rú)磷酸鐵(tiě)÷★×锂衍生(shēng)出的(de)磷酸錳鐵(tiě)锂，鎳钴錳衍生(shēng)出的(de)鎳钴鋁，☆•≥等等；負極材料目前處于突破前期，正在從(cónβ±←g)純石墨向矽碳負極演進。
在結構革新上(shàng)，則是(shì)對(duì)電(diàn)芯、模組、封裝方式等改δ×進和(hé)精簡，以提升電(diàn)池的(de)系統性能♦♥(néng)，例如(rú)比亞迪的(de)刀(dāo)§&≈片電(diàn)池、甯德時(shí)代的(de)CTP/CTC技(jì)術(shù)和(hé)特斯拉的&∞Ω<(de)4680等等。
其他(tā)技(jì)術(shù)路(lù)線：鈉離(lí)子(zǐδ₩φ✔)電(diàn)池、鉀離(lí)子(zǐ)電(diàn)池、氫燃料電(di☆πàn)池等等，各有(yǒu)各的(de)适合場(chǎng)景。
固态電(diàn)池：固态電(diàn)池相(xiàng)¥λπ比于液态電(diàn)池在能(néng)量密度和(hé)安全性方面都(dō↔"φu)更好(hǎo)，但(dàn)這(zhè)項技(jì)術(shù)↕ '并不(bù)容易突破，并且，當前外(wài)界宣傳的(de)固态電(diàn)池的(d✘δ ∑e)安全性僅僅限于起火(huǒ)方面，對(duì)于其固态電(dià♣≈≥n)解質的(de)揮發和(hé)毒性問(wèn)題，并未見(jiàn)過有£σ(yǒu)專門(mén)的(de)報(bào)道(dào)。此外(wài)，固态電(diàn)池↕✔的(de)産線幾乎是(shì)對(duì)現(xiàn)有(yǒu)産線的(de)完全颠覆，而量産₩ δ時(shí)間(jiān)越推越久，就(jiù)不(b↑∏≤ù)得(de)不(bù)采取折中方案替代'•ε之。當前來(lái)看(kàn)，半固态電($¶∑"diàn)池有(yǒu)可(kě)能(néng)成為(wèi)固态電(diàn)池的(de₩)長(cháng)期過渡方案，甚至最終方案。
一(yī)、正負極材料的(de)升級
1991年(nián)，索尼将锂電(diàn)池商業(yè)化(h✘₩uà)運用(yòng)的(de)時(shí)候，其能(néng)量密度就(jiù)∏₩≠已經有(yǒu)80wh/kg，經過30餘年(nián)的(de)發展，當前锂電(diàn)池的(de)能(néng)量密度最高(gā♠®÷±o)不(bù)過是(shì)其3倍而已，并且更多(duō)是(shì)基于工(gōng)程和(hé)材料的(de)漸進式優化(h☆™σuà)，并無所謂的(de)突破式技(jì)術(s♦♣≠hù)。
三元材料的(de)技(jì)術(shù)演進，就¥↑(jiù)是(shì)從(cóng)3系到(dào)5系（5:2:3）再到(dào)6系（6:2:2）、8系（8:1:1），直至現(xiàn)在的(de)9系高(gāo)鎳。這(zhè)個(gè)演進的(de)本質就(jiù)是(>shì)鎳的(de)比例不(bù)斷提升、钴的(de)→♦™比例不(bù)斷下(xià)降、能(néng)量密度不≥↓(bù)斷提高(gāo)的(de)過程。
但(dàn)高(gāo)鎳在工(gōng)程上(shàng)并不(bù)容易 ±做(zuò)到(dào)。像NCM811等高(gāo)鎳三元正極材料，其工(gōng)藝←÷流程對(duì)于窯爐設備、匣缽、反應氣氛等均有(yǒ >≥λu)特殊要(yào)求，且往往涉及二次甚至更多(duō)次的(de)燒結，成本較™'₩高(gāo)。比如(rú)所需的(de)氫氧化(hλuà)锂原料，要(yào)在氧氣氛圍燒結，還(hái)要(yào)去(qù)離(lí)子(zǐ)φ≥水(shuǐ)洗滌。但(dàn)常規三元正極材料則隻需要(yà≈₹o)碳酸锂原料，空(kōng)氣氛圍燒結，γ→也(yě)無需去(qù)離(lí)子(zǐ)×↔λ•水(shuǐ)洗滌。
負極材料的(de)工(gōng)作(zuò)原理(lǐ) ✔δ♥是(shì)在電(diàn)池中起到(dào)儲锂的(de)作(zuò)用€÷σ(yòng)，锂離(lí)子(zǐ)在充放(f☆β àng)電(diàn)過程中嵌入與脫出負極，充電(diàn☆★☆ )時(shí)正極锂被氧化(huà)為(wèi)锂離(lí)子(zǐ)，通(tōng)過₹""←隔膜到(dào)達負極，锂離(lí)子(zǐ)嵌入負極₩→♦α中；放(fàng)電(diàn)時(shí)锂離(lí)子(zǐ)脫出負極，在正極被還(hái)原δ₽'∑為(wèi)锂。
下(xià)一(yī)步，人(rén)們想用(yòng)的(de)材料是(shì)矽。矽的(d★ e)理(lǐ)論容量高(gāo)達4200mAh/g，是(shì)石墨的(de)十倍多(duō)。但(dàn)矽有(yǒu)一(yī↕™★)個(gè)問(wèn)題，在電(diàn)池的(de)充放(fàng)電(diàn)循環ש過程中，随著(zhe)锂離(lí)子(zǐ)的≠α(de)嵌入和(hé)脫出，矽的(de)體(tǐ)積膨脹率非常大(dà)，純矽高(gāo)達300%，這(zhè)會(huì)引起電(diàn)解液' §的(de)消耗，進而導緻電(diàn)池使用(yòng)壽命的(de)急劇(jùφ±✘↕)下(xià)滑。
石墨之所以好(hǎo)用(yòng)，就(ji>★ù)是(shì)因為(wèi)它的(de)體(tǐ)積膨脹率比較低(dī)，隻有(yα£ ǒu)10%-13%左右。目前，産業(yè)界想到(dào)的(de)折中方案是(shìβ ★ε)，用(yòng)5%-10%的(de)矽來(lái)形成石墨+矽的(de)複合負極材料，在可(kě)以接受的(de)體(tǐ)積膨脹率之下(xià)↓φ<✘，盡可(kě)能(néng)去(qù)提升容量。
不(bù)過，目前矽碳負極出貨量還(hái)不(bù)高(gāo)，一(yī)方面一( yī)些(xiē)技(jì)術(shù)難題還(hái)沒有(yǒu)±>被攻克，比如(rú)說(shuō)石墨本來(lái)§&≥可(kě)以循環3000次，但(dàn)加了(le)矽就(jiù)減半到(dào)1500次，同時(shí)矽碳的(de)成本也(yě)始終居高(gāo)不±<'(bù)下(xià)。
縱觀動力電(diàn)池材料端的(de)演進過程，每一(yī)步的(de)提升并不(bù)是(shα€ì)依靠有(yǒu)人(rén)突然間(jiān)合成"γ÷了(le)原來(lái)沒有(yǒu)的(γ€÷de)東(dōng)西(xī)，而是(shì)通(tōn∞σg)過對(duì)不(bù)同元素間(jiān)的(de)排列組合，來(lái)逐漸突破更®λ£好(hǎo)的(de)性能(néng)。
二、結構的(de)升級
當人(rén)們不(bù)斷嘗試新材料的(de)∑÷ 同時(shí)，電(diàn)池結構也(yě)是(shì)升級的(de)另一(yī)£★大(dà)重點方向。
如(rú)何改進底盤電(diàn)池包的(de)設計(jì)？如(rú)何提升空(kōng↔§)間(jiān)利用(yòng)率？如(rú)何降低(dī)零件(jiàn)數(s♣♠&hù)量、降低(dī)電(diàn)池包成本？都(dōu) ✘是(shì)提高(gāo)動力電(diàn)池綜合表現(xiàn)的(de)≤ε重要(yào)手段。
各家(jiā)紛紛亮(liàng)出了(le)自(zì)己的(de)“武器(qì)”，比亞迪研究®≤出了(le)“刀(dāo)片電(diàn)池”、甯德時(shí)代拿(ná)出了(le)&πCTP/CTC技(jì)術(shù)、特斯拉祭出了(le)4680……當然本質上(shàng)，封裝路(lù)線其實隻有×α↑(yǒu)三種：圓柱、方形與軟包。
比亞迪和(hé)甯德時(shí)代都(dōu)走的(de)方形封®₽•裝路(lù)線，特斯拉的(de)4680則屬于圓柱型。圓柱型是(shì)最為(wèi)成熟的(de)技(jì)術₹∏→∏(shù)路(lù)徑，從(cóng)消費(fèi)電(diàn)子(zǐ)開(kāi)始，采©♣ 用(yòng)鋼鋁把圓柱的(de)電(diàn)池包裝起來(lái)，一§¥(yī)直是(shì)生(shēng)活中最常見(jiàn)的(de)電§'β$(diàn)池。這(zhè)種工(gōng)藝δ•♥♥成熟，良品率很(hěn)高(gāo)，但(dà'≥₹n)BMS複雜(zá)，使用(yòng)門(mén)檻較高(gāo)。而方形電(diàn)池采用(yòng)ε₽ 鋼鋁外(wài)殼，成組效率最高(gāo)；軟包則是(shì)®₽ 能(néng)量密度最高(gāo)，但(dàn)""σ經曆了(le)一(yī)系列安全事(shì)故和(hé)價格高(®gāo)昂，曾經遭遇挫折，但(dàn)在2020年(nián)後随著(zhe)歐洲市(shì)場(chǎng)的(de)放(fàng)量滲透率大(₩↑←dà)幅回升。
全球範圍內(nèi)，不(bù)同封裝形式電(d$•iàn)池均有(yǒu)一(yī)席之地(dì)，但(dàn)市(shì)場(α δchǎng)競争力已有(yǒu)差異。2020 年(nián)全球動力≈>電(diàn)池裝機(jī) 142.8GWh，同比增長(cháng) 21%，CATL ↕×™、LG 化(huà)學、松下(xià)分(fēn)列裝機(jī)前三。從€÷¥σ(cóng)封裝類型看(kàn)，裝機(jī) TOP3 的(de)主營類型不(b¶¥ù)同，CATL 為(wèi)方形、LG 化(huà)學為(wèi)軟包、松下(xià)是λ±★<(shì)圓柱。從(cóng)市(shì)場(c$∞hǎng)競争力看(kàn)，TOP10 主要(yào)是(sh★λì)軟包和(hé)方形電(diàn)池企™λ≥業(yè)，其中韓系企業(yè)聚焦軟包，中國(guó)企業(yè)主營方形居多(duō)。
演進之中，簡化(huà)環節減少(shǎo)用(yòng)料是(shì)做(zuò)÷♦•σ減法，但(dàn)本質是(shì)為(wèi)了(le)開(kāi)發更£☆•∞加高(gāo)效高(gāo)性能(néng)的(de)系統。在 CTP的(de)設計(jìλ¥'§)理(lǐ)念中，更高(gāo)的(de)成組效率是(shì)目标，因此開(kāi)展β₩§去(qù)模組化(huà)，減少(shǎo)輔件(jiàn)；降本訴求下(∞±xià)，冗餘功能(néng)、材料的(de)去(qù)除也(yě)是(shì)₽←₽重要(yào)的(de)手段，特斯拉是(shì)具備競争力的(de)代表企業®♣€(yè)。在做(zuò)減法的(de)過程中，能(néng)夠發現 →≥♠(xiàn)産品的(de)性能(néng)也(yě)在持續改善✔×♦，更加集成化(huà)的(de)系統代表€♥<著(zhe)更先進的(de)管控方式。
結語
動力電(diàn)池是(shì)金(jīn)屬離(lí)子(✔Ω→zǐ)在正負極的(de)來(lái)回穿梭，它與電(diàn)→♠€δ子(zǐ)在集成電(diàn)路(lù)中的(de)運動完全不(bù)同，電(diàn)子(zǐ)技(jì)術(shù)幾十年(nián)來(σ&↑₽lái)的(de)突飛(fēi)猛進是(shì)根源于對(duì)物(w•×ù)理(lǐ)學中基礎理(lǐ)論理(lǐ)解運用(yòng)的(de)不(bù)斷 ®深入和(hé)成功。
無論是(shì)4680從(cóng)多(duō)功能(néng)膠的(de)使'→₩δ用(yòng)、激光(guāng)點陣焊接、全極¥×∏®耳的(de)切跌、新型矽碳負極的(de)應用(yòng)→♠，再到(dào)刀(dāo)片電(diàn)池富有(yǒu)創意的(de)排布、CTP向CTC電(•↓diàn)池越來(lái)越集成化(huà)，都(dōu)現(xiàn)代工(g≠σ"ōng)程學的(de)結晶。
它需要(yào)企業(yè)家(jiā)對(duì)技(jì)術(shù)路(lù)徑的(←≤♣de)敏銳嗅覺、解決一(yī)個(gè)又(yòu)Ωᣕ一(yī)個(gè)工(gōng)程問(wèn)題的(de≠∑)執著(zhe)情懷，以及穿越産業(yè)β周期的(de)宏大(dà)格局。
定律終有(yǒu)限極，工(gōng)程永無止境。
