终章：谁是下一代电池？

锂电产业的格局现在是“一超多强”。宁德时代一家独大，行业前5名占据了80%以上的市场份额，前10名占据了95%的市场份额，也就是说，排在前10名之后的企业生存机会将很有限。为了更好地活下来，锂电企业们都想挤进这份榜单并尽可能提高自己的排名。在产能加速扩张的背景下，往外走，已是大势所趋。

首先是产品出口。新能源汽车和锂电池近两年是整个外贸出口中增速最快的门类，和光伏板一起被称为“新三样”。2022年，中国新能源汽车出口量攀升至67.9万辆，同比增长1.2倍。2023年上半年，这个数字是超过80万辆，同比增长105%。照此趋势，今年全年，中国的汽车出口量有望超400万辆，届时将取代日本成为全球最大的汽车出口国。锂电池出口方面，据中国海关总署统计，2022年中国锂离子蓄电池出口金额3426亿元，相较于2021年的1835亿元增长86.7%，创历史新高，全年累计出口量68.1GWh。今年上半年，锂电池累计出口额已经超过319亿美元，折合人民币超过2286亿元。

“按照预测，今年中国新能源汽车销量有可能达到850万辆。如果真能达到，新能源汽车在国内市场的渗透率将超过40%。考虑到目前国内的经济环境，后面几年新能源汽车的年复合增长率可能会有所放缓，业绩预计在20%～30%的水平。而欧美、东南亚等市场新能源汽车的渗透率现在还很低，特别是欧美市场，政府又在大力刺激，给了很多补贴。加上新能源汽车在中国已经被验证是可以市场化的一个产品，老百姓会买单，所以海外市场没理由起不来。”做这番分析的是国轩高科副总裁兼董秘潘旺，“80后”，搞财务出身。近几年，国轩高科是“出海”比较积极的锂电企业之一。特别是大众入股后，他们把国际化当作了另一个增长引擎，在新规划的产能里，将会有三分之一是在海外。目前，国轩高科在美国、泰国、越南、印尼等地都有生产项目落地。据潘旺介绍，国轩高科去年海外收入约30亿元人民币，今年预测至少“翻一番”。包括宁德时代、比亚迪在内的锂电企业，还有供应链上的龙头企业，也纷纷加快了在海外投资建厂的步伐。这背后有开拓市场的考虑，也有复杂的政治因素。特别是欧美国家，看到了新能源汽车产业的前景后，近些年都在竭力推动锂电池供应链的本地化。他们不希望受制于人。欧盟的目标是2025年前后实现电池制造自给自足。2023年6月，欧盟还颁布了《新电池法》，对在欧洲销售的电池产品提出了更加严格的环境和审查要求。所以近两年，在德国、波兰、匈牙利等地，中国锂电企业的身影日益频繁，很多新工厂都在建设当中或者即将投产。在美国，2022年拜登政府出台的《通胀削减法案》影响尤其大，其中关于锂电池的条款，是通过抵税和补贴的方式，要求电动汽车和储能行业摆脱对中国供应链的依赖。这些政策增加了中资企业“出海”的不确定性，一些项目甚至因此停摆。此外，工会罢工、文化差异、资金成本、工人经验等方面的问题也是这些“走出去”的企业不得不面对的。相比松下、LG、三星等国际化经验丰富的日韩巨头，中资企业仍然有很长的路要走。

徐兴无过去十几年算是完整地见证了国内锂电产业从无到有的崛起。他说：“以前我们战斗力弱，在日韩企业面前是个小娃娃，但各种政策给我们争取了时间。现在我们已经长成了一个壮汉，谁也不怕了，所以，下半场的竞争一定会很有意思，也很关键。”他认为，全球锂电产业的竞争格局未来一段时间是中日韩三分天下，在包括三元锂、磷酸铁锂等主要技术领域，三国之间的水平差距不大，中国在产业规模及产业链的完整性上有明显的优势，但在工程化能力方面，中国企业还是存在短板的。

“要看工程化能力。”徐兴无说。一个最直接的办法就是把不同的电池拿来拆解，用微分尺去量正极片或者负极片，看它的尺寸、厚度变化。“你横着量竖着量，日本的电池可能差1微米，韩国的可能是差2微米，中国的是3到4微米。这个东西你不服不行。技术、理论可能你都懂，但就是做不到。”徐兴无回忆说，早年他曾负责引进过一条圆柱电池生产线，进口了全套的韩国设备，做了一段时间，他们提出来下一步要把设备国产化，就去找了一些做设备的企业，让他们研究。“他们弄了半天，说这东西看起来很简单，但我们一时半会儿还做不到。为什么？里面有一些关键的东西，比如耐磨材料，它的精度、硬度，我们国家做不出来。这不完全是锂电产业所能决定的。”国内企业这些年一直在努力追赶，差距缩小了很多，但还需要继续努力。

“电池制造的最高目标是什么？就是要把故障率降低到PPB，即十亿分之一的水平。这样，你装上车就可以说不会出事儿，别说什么燃烧、爆炸了，像电压低、绝缘故障、漏液的问题也基本可以杜绝。也只有这样，消费者买车才放心。”徐兴无说。今年7月，日本丰田公司公布了一个重磅消息，宣称其固态电池技术已经取得突破性进展，能够将电池的重量、体积和成本减半，最早将于2027年量产装车。技术专家还说，搭载这种固态电池的纯电动车，充电不到10分钟即可行驶约1200公里，续航距离延长至现有车型的2.4倍。这一消息在国内新能源汽车行业引起很大震动，有人认为这不过是丰田公司在业绩不振的背景下放出的一个“烟幕弹”，毕竟丰田的固态电池装车时间表此前已经“跳票”过好几次。但也有人担心，丰田如果真的突破了固态电池技术，会极大地威胁到中国锂电产业的霸主地位，也会对中国新能源汽车产业造成巨大影响。

什么是固态电池？通俗来说，它是一种使用固体电极和固体电解质的电池，而我们现在常说的锂电池一般指的是液态锂电池，使用的是液态电解质——这也是两种电池之间最大的区别。在实验室里，固态电池很早就被提出了，上世纪七八十年代，全世界很多科学家研究过这项技术。1976年到1992年这段时间，陈立泉在中国科学院物理研究所研究的一个方向就是全固态金属锂电池，而且也做出了一款电芯样品，还让收音机响了起来，但当时的产品还很简陋，没法产业化。锂电池之父、诺奖获得者古迪纳夫曾一度认为固态电池很难做出来。“因为固态电池的正极是固态、负极是固态，中间的电解质也是固态，固态和固态接触，中间怎么都会有缝隙或者孔洞，充放电的过程中就不可能很好地接触，电池的内阻就会很大，那你怎么充放电？”陈立泉解释说。这就是后来几十年一直困扰着固态电池的固-固接触难题。

1992年，陈立泉去日本东京工业大学做了一年的客座教授，他当时带了一个日本学生和一个中国研究生一起研究钛酸锂镧——这也是固态电池的一种电解质材料。前一年，索尼公司刚刚发明了日后大名鼎鼎的“18650”圆柱电池，使其成为全球第一款商用锂电池，开启了锂电池产业化之路。在日本期间，陈立泉去参观了索尼公司的锂电池生产车间，看到了他们当时已经高度自动化的生产技术。1993年，访日归来后，陈立泉就转变了自己的思路，开始做起了液态锂电池——毕竟在当时看来，固态电池的前景太渺茫了。

陈立泉和他的团队，后来为液态锂电池产业的发展培养了大量人才，但他其实并没有完全放下固态电池这条路。2013年，陈立泉在宁波的一场报告会上，又一次公开提出中国应该发展固态电池。“那时候我就说，我们光是产量做到世界第一还不够，你技术没有很特别的地方，要一直保持领先优势就很难。固态电池当时国际上还没有大量发展，如果我们率先做出来了，他们就赶不上了。”后来很多场合里，陈立泉都要讲到固态电池的重要性，希望引起行业的重视。但当时的中国锂电企业还处在追赶日韩的阶段，忙着做三元锂和磷酸铁锂，关注焦点并不在固态电池上。直到近几年，液态锂电池技术在提升能量密度和安全性等方面遇到了较多的挑战，研究下一代电池技术才能得到越来越多企业的重视。理论上，因为可以使用更高电压的正极，以及含锂负极，固态电池有望超越现有的磷酸铁锂和三元锂电池的能量密度，安全性能也更突出。“其实好理解。液态电池容易着火，所以大家就在想，有没有可能用全固态电池来解决现在液态锂电池的安全性问题。这个思路是比较直接的，虽然并不简单。”陈立泉的学生、中科院物理所研究员李泓说。

其实是从2001年开始，李泓的团队在开发电解液的过程中，就发现有些电解液可以从液态转变成固态，学术上把这种现象叫作“相转变电解液”。2011年后，他们开始重点关注这个方向。2013年，相关的研究项目正式启动。两年后，他们申请到第一个原位固态化专利，就是把电解质从液态转变成固态，比一上来直接就用无机固态电解质要容易一些，他们后来就把这种电池称为半固态电池或者混合固液电池。

什么是原位固态化？陈立泉进一步解释说，就是正负极都不动，把电解质换成固态，再想办法在固态电解质与正负极之间放一点特殊的电解液进去，这种电解液稍微加温或者用紫外光一照就可以凝固。这样的话，固-固接触界面的问题就可以解决了。李泓说得更加形象，“相当于我弄一块双面胶，贴在正负极身上，这样无论你怎么膨胀、收缩，我都贴在那里，掉不了，锂离子的通路都不会断掉。但这个‘双面胶’怎么做，就涉及很多科学和工程上的问题。”

2016年8月，陈立泉、李泓和俞会根联合创办了北京卫蓝新能源科技有限公司（以下简称“卫蓝新能源”），专门从事固态锂电池的开发。担任公司董事长的俞会根是李泓在兰州大学化学系的同学，中科院物理所研究生导师、教授级高工。卫蓝新能源成立后，吸引了很多机构投资，目前的估值已经超过百亿。除了卫蓝新能源，传统的锂电企业，比如宁德时代、比亚迪等这几年也都在固态电池相关技术的研发上投注了很多资源，也推出了一些产品，比如宁德时代的凝聚态电池，本质上也是一种原位固态电池，与全固态电池有一定的区别。

对于日本公司在全固态电池方面的进展，李泓也一直在关注。他告诉我们，日本其实从上世纪90年代末期就开始研究全固态电池技术，他们走的主要是硫化物电解质路线。“为什么大家对他们的技术感兴趣？因为硫化物在固体中的离子电导率是最高的，而且它没有氧化物那么硬，放在电芯里边，在特别大的压力下，可以让固-固接触好。但它的问题在于，你得一直压着不松。”李泓告诉我们，硫化物全固态电池目前能看到的所有测试结果，都是在外界施加一个非常大的压力的前提下测出来的，这个压力一松，就不行了。“从实用的角度来说，手机是绝不可能一直压着的，动力电池虽然在电芯外面有模组，但也不可能提供像压机一样的压力。储能也是一样。所以，无外压之下的硫化物全固态电池，现在这个阶段还是没办法很好地解决接触界面的问题。”

硫化物技术还有个问题就是原料太贵了。“硫化物电解质现在号称是1亿元/吨，将来准备降到500万元/吨。但现在锂电池正极材料才30万元/吨，500万元/吨的材料谁用得起？”而且，如果电池挤压碰撞，硫化物遇到空气中的水汽，还会产生硫化氢，这是一种有毒气体，虽然不是燃烧爆炸，但也会产生安全性问题。“所以整个电池包要设计得非常结实，扛得住针刺，扛得住碰撞挤压，这也是一个技术难题。”不过，综合来看，李泓觉得硫化物的技术路线还是有很大潜力，值得做下去。

李泓他们的原位固态化走的是另一条路径，但已经非常接近产业化。今年6月30日，卫蓝新能源做的半固态电池已经正式交付给蔚来汽车，后续将会装到蔚来的多个车型上。李泓承认，目前半固态电池成本还比较高，但他相信规模化生产以后肯定能降下来。

“按我们的理解，现在是固态电池的1.0版本，随着技术条件的成熟，我们可能会走到2.0，液体电解质会更少，到3.0就是全固态了，到4.0是更加优化的全固态。我们实验室里已经有3.0和4.0的样品，但量产现在只做到了1.0。”李泓说，因为中国有产业，他们做科研时就不只是强调原始创新，也要考虑解决实际问题。

据李泓介绍，卫蓝新能源的半固态电池能量密度目前已经达到了国际上的最高水平，为360Wh/kg，基本可以满足新能源汽车在续航里程上的需求。但是，李泓给他们团队设置了更高的目标，将来要把能量密度提高到400Wh/kg，甚至五六百。“这条路不好走。相当于我爬了一座5000米的山，已经是到顶峰了，结果你说前面还有一座6000米的、一座8000米的山要爬，越往上就越难。”这时候光靠企业自身的动力还不够，国家科研体系的支持也很重要。“你现在让企业去往400Wh/kg的目标走，他可能会觉得没动力。300Wh/kg的电池不都跑1000公里了，为啥要做到400Wh/kg？车能跑1500公里,但谁能开那么久？”李泓自问自答地说道，从国家层面来看就不一样了。除了汽车，电池在未来的应用场景还有很多，如果电池能量密度能做到400Wh/kg以上，电动飞机、电动轮船的续航里程就可以显著提高，海陆空交通将迎来全面电动化。“能量密度高的话，我们还可以让一辆电动卡车从北京一直开到上海，当然那是无人驾驶的，因为有人的话，按照交规的要求，每4个小时得休息一下。”无论是固态锂电池还是液态锂电池，都需要用到锂元素，而锂在地球上是稀缺的，储量并不丰富。中科海钠的市场负责人康利斌说，他们粗略算过，如果把全球现有的锂资源全部开采出来，按照一辆乘用车60度电的标准，做出的锂电池大概可以造20亿辆车，撑死21亿辆。而现在存量的汽车（乘用车），光中国就有3亿辆，全球约15亿辆，除了乘用车还有商用车，并且全球汽车的需求量还在持续增加。如果将来油车全部替换成电车，锂资源肯定是不够用的。而且，锂材料不仅仅是用在车上，在数码产品、储能、医疗、航空航天等领域，也需要消耗大量的锂资源。所以，和石油一样，锂资源也无法支撑新能源产业的长期发展。

锂资源的另一个特点是分布不均。全球已探明的主要锂矿主要集中在南美、澳大利亚等地。这些区域主要是锂云母、锂辉石等岩石锂矿，品位高（也就是矿石中锂的含量高），开采和提取也相对容易。中国虽然也有锂资源，但以卤水类矿物为主，比如青海、西藏等地的锂盐湖，品位较低，开采也不方便。所以，中国庞大的锂电产业所需的锂资源，百分之七八十都依赖进口。虽然中资企业这几年在全球买下了很多锂矿，但这无法从根本上保障能源安全——等于我们又回到了起点。

钠离子电池正是在这种背景下受到了重视。康利斌所在的中科海钠，和卫蓝新能源一样也是脱胎于中科院物理所，其主攻方向就是钠离子电池。董事长胡勇胜也是中科院物理所的研究员，他从2011年开始就研究钠离子电池，2017年创办了这家公司。康利斌向我们介绍，钠离子电池和锂离子电池基本原理差不多，上世纪六七十年代科学界研究二次电池的时候，当时的技术路线还没有区分得很细，锂离子、钠离子、钾离子同时在进行，最早被提出的正极材料钴酸钠其实就是一种钠材料。“锂电池之父”古迪纳夫在搞钴酸锂之前，也做过钴酸钠，只是后面受到启发，转做了钴酸锂。

钠离子电池和锂离子电池的结构也基本差不多，分为正负极、电解液、隔膜等，只是所采用的正负极材料和电解液不一样，把锂离子电池的这三个材料换成钠电池的，就成了钠离子电池。而作为自然界最常见的元素，钠的优势是资源丰富、分布均匀、容易获取，价格也便宜，更不用太担心资源耗竭的问题。

中科海钠的钠离子电池产品目前已经实现装车，康利斌透露，他们的工厂已经开始批量交付。他非常相信，在目前市面上各类新型电池中，最先跑出来的一定是钠离子电池，理由是钠离子电池的产业链可以完美嫁接到现有的锂电池产业链中。“这就相当于这棵树已经是活的了，原来长的是李子，但我在上面再接两根桃枝，它就能很快长出桃子来。换句话说，它的生产设备、工艺以及各种产业配套不需要另起炉灶，你在这棵大树上面继续生长就行。”康利斌是“80后”，搞技术出身，但对市场也有深刻的理解。

现阶段，包括中科海钠在内，已经面世的钠离子电池产品的能量密度范围一般在100～160Wh/kg，比铅酸电池高3～4倍，略低于传统的磷酸铁锂，但跟三元锂比差距还比较明显。所以，要做到相同的容量，钠电池的体积就得比锂电池更大。这对空间有限的汽车来说是个挑战，但对于家庭储能（小储能）和电网储能（大储能）来说却不是问题。而且，钠电池产业化后，成本可以做到足够低。

储能，这是锂电行业当下另一个热门的话题。康利斌说，将来如果全面新能源化，储能电池会有巨大的市场空间，最后甚至可能会超过手机和汽车加起来的需求量。这基本是行业共识。因为“风光水”发电都存在一个问题，就是受自然条件的影响很不稳定，光照或者风力充足的时候，发电多，到了阴天或者无风时，发电量少，这就对输电网络造成很大的压力。所以，电网储能应运而生，发电多的时候，它可以存一部分，等不够了，再放出来，电网就能平稳运行。再说小的家庭场景，康利斌说，国外很多地方的电网不发达、不稳定，或者电价较高，如果将来成本降到比较低，大家就可以自己在家里弄一块光板，再加一个小的储能电池，那一家人的能源就都能解决了。这种分散式的能源，以后也是一个方向。

半固态、全固态、钠离子，以及研发了多年的氢燃料电池，到底哪一种在未来会颠覆这个行业，成为主流？康利斌认为，这些不同的技术路线也不完全是谁取代谁的关系，而是各自要找到适合的生存空间，这是市场来决定的。“比如现在国外很流行所谓的便携式储能，就是大号充电宝，锂电池要几千块钱一个，他们出去露营、烧烤的时候就带上一个。但国内的市场还不大，但你想想，如果它从几千块钱降到几百块钱一个，是不是很多人都会想来一个？有时候市场还没起来，可能还是因为太贵了。”溧阳天目湖研究院副院长郑允杰也讲过一个类似的小故事。在锂电池商业化后，铅酸电池被视为一种落后技术将会逐渐被取代。但有一回，他就问一个做电瓶车的老板，说虽然锂电池价格贵一点，但各方面性能明显比铅酸电池要好，还环保，“为什么你们不淘汰掉铅酸电池呢？”对方一个理由让他无法反驳：锂电池贵，容易被偷。 锂电池动力电池