解密宁德时代凝聚态电池——难道是传说中的石墨烯电池？

快充3分钟，续航500公里，能量密度更是达到惊人的500Wh/kg。更重要的是，搭载它的电动飞机，甚至可以实现载人航空。这就是宁德时代的凝聚态电池。
本来以为万众瞩目的比亚迪仰望就是上海车展的压轴大戏了，没想到，宁德时代的凝聚态电池，才是真正的杀手锏。
那么，凝聚态，究竟是个什么态呢？

4月19日，在高潮迭起的上海车展上，宁德时代通过一场不到7分钟的新闻发布会，宣布了对燃油车的最后致命一击——它推出的“凝聚态电池”将动力电池能量密度提高了一倍，达到惊人的500Wh/kg。这将意味着一部电动汽车，只要快充三分钟，就能续航500公里。

一向高调的宁德时代，这次甚至没有介绍搭载这种电池的电动汽车究竟能续航多少公里。但令人震惊地宣布，这种电池可以搭载于电动飞机上，未来有望取代现有的航油飞机，开启载人航空电动化的全新时代。

在目前人类交通工具中，电动化最难的，当然就是飞机。重卡、轮船都可以使用纯电，但非旋翼、具备通用航空能力的电动飞机，却一直没有出现。

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难道是传说中的石墨烯电池

就像光伏电池的光电转化效率决定行业未来一样，能量密度是动力电池最核心的技术指标。

《中国制造2025年》提出电池技术目标是2020、2025年分别达300Wh/kg、400Wh/kg。但令人遗憾的是，现在的锂离子电池能量密度增速明显放缓，并且已接近理论极限。

宁德时代目前市售的使用液态电解质的镍钴锰三元锂电池，能量密度为220—300Wh/kg。

凝聚态究竟是个什么态？宁德的解释“玄之又玄”。据吴凯介绍，宁德时代的新一代凝聚态电池，使用了高动力仿生凝聚态电解质，高比能正极，新型负极和电池隔膜，能够在高比能和高安全之间取得平衡。

2022年6月25日，宁德时代董事长曾毓群在重庆车展上，宣布一个重磅消息：除了全固态电池、半固态电池以外，宁德时代还在研发凝聚态电池。这也是凝聚态电池这个名词第一次出现在公众视野之中。

来源：英大证券

根据目前电池技术的发展，已知石墨烯是实现凝聚态电池的主要材料，并且石墨烯也是目前主流的导电种类之一。

虽然，曾毓群并没有明确透露宁德时代研发的凝聚态电池具体涉及哪种材料，但是我们可以由此推测出很可能就是石墨烯电池。

石墨烯电池比常规锂电池成本低30%，并且稳定性比锂电池高。能量密度方面，石墨烯电池能量密度超过600wh/Kg，装在电动汽车之上续航可达1000Km，充电时间只需要10分钟，并且使用寿命是锂电池的2倍。

不过，综合各方面信息，石墨烯电池目前尚处在实验室阶段，技术并不成熟。

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全行业决战的固态电池，难道全军覆没

锂离子电池发展已有30多年历史。随着锂离子电池材料体系不断成熟，各类产品应用场景基本确定。

固态电池是锂电技术的终极形态。

那什么是固态电池呢？固态电池即是使用固态电解质的电池。LIB由正极材料、负极材料、电解液、隔膜四大主材组成，固态电池则是将电解液、隔膜替换成固态电解质。在正、负极材料方面，固态电池可以完全沿用液态锂离子电池材料体系，且升级空间更大。
固态电池与目前主流液态锂离子电池结构对比；来源：旺财锂电

向固态化迈进的过程，核心在于电解质，目前多方面性能问题仍待解决。

宁德时代与国内玩家优先采用半固态电池路线相反，其计划直接开发全固态硫化物电解质电池。宁德时代与日韩企业路线相同，同时持续关注锂硫电池、锂空气电池等高端技术进展。从申请的专利文件看，宁德时代固态电池正极采用改性三元材料固态电解质为有机溶剂、含硼物质、硫化物电解质组成的改性电解质，负极采用硅碳负极。

固态电池研发现状；资料来源：亿纬，孚能，卫蓝，清陶，SES

2021年底，宁德时代在问询函的回复公告中指出：第一代电固态电池的能量密度与现有的锂离子电池大致相同，预计将在 2025 年出现，到2030年其市场份额将接近1%；而具有新型正负极材料的第二代固态电池在2030年后才有可能出现，并在2035年后进入市场。

此外，在2023年3月24日公司业绩说明上，曾毓群表示，凝聚态电池可能要比固态电池更先量产（凝聚态电池未披露详细信息），因此宁德时代未来研发重心可能更偏向于凝聚态电池的研发。

此次宁德时代发布的凝聚态电池，和固态、半固态都没有任何关系，是一种全新的的技术方向。关键的关键，这种凝聚态电池，今年就能实现量产。

吴凯介绍：“我们正在进行民用电动载人飞机项目的合作开发，执行航空级的标准和测试，满足航空级的安全和质量要求，同时还将推出车规级应用版本，可在今年内具备量产能力。”

储留香对此有些疑问，这难道是真的吗？

如果是真的，其他电池厂应该没有活路了——所有同行将会陷入技术上的恐慌。因为，固态电池还有很长的路要走，真正进入市场要在2035年，即使半固态电池也非一年半载就能量产。车用凝聚态电池如果能够迅速量产的话，那么在未来12年内，宁德时代都将对现有同行降维打击，再无敌手。

不过，宁德时代同样没有透露凝聚态电池的量产成本，量产的是车用动力电池，还是通用航空用的动力电池。这场发布会，难道只是老大哥成心要吓一吓众小弟们？

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神秘的石墨烯

由于石墨烯所独具的特性，其被称为“神奇材料”。科学家预言，石墨烯将“彻底改变21世纪”。

石墨烯以单层碳原子的形式存在。这些原子以有组织的六边形模式排列。石墨烯几乎是一种“二维”材料，具有一些独特的物理和化学性质，使其具有几个优点，包括高导电性、出色的机械强度和高导热性。

石墨烯的导电效率比铜高100倍！它还以比硅快 140 倍的速度传递电子。这就是石墨烯材料在发现如何更快地为电池充电方面如此重要的原因。

石墨烯电池的发明始于发现如何以单原子形式获取石墨烯，这通常要归功于英国曼彻斯特大学的一组研究人员。由诺贝尔奖获得者Andre Geim和俄裔英国物理学家Konstantin Novoselov领导的团队在2004年发现了石墨烯的一些有趣属性。

石墨烯超级电容器不能像电池那样储存那么多的能量，但它可以在几分钟内充满电。因此，为了克服石墨烯超级电容器的低能量密度，科学家们开始研究超级电容器和电池的耦合作为混合储能系统。

早先，澳大利亚昆士兰大学的研究人员与石墨烯制造集团合作，开发了一种基于石墨烯的混合电池原型。这种电池使用石墨烯和铝作为电极材料，通常称为石墨烯铝电池。电池的能量密度为150-160 Wh / kg，可以在1-5分钟内极快地充电。

据快公司报道，美国宇航局的SABERS（用于增强可充电性和安全性的固态架构电池）项目已经在美国宇航局的“高风险，高回报”研究计划下进行了几年，旨在开发具有更高功率密度的电池（最好是可以使电动飞行可行的电池，每公斤需要约480瓦时）。

由Rocco Viggiano博士领导的工程团队在俄亥俄州克利夫兰的NASA格伦研究中心进行的工作旨在生产功能强大，重量轻，充电速度快，可扩展到任何应用且极其安全的电池。

Viggiano博士解释说，电池被组织成可以堆叠在一起的封装电池。每个电池由三层组成：阳极是锂金属（固体，与锂离子不同，锂离子更像凝胶）。阴极是硫和硒的组合，其颗粒排列在由NASA发明并获得专利的石墨烯网中。介于两者之间的是电解质，这是一种专有的固体材料，不含当今锂离子电池的易燃成分。

据说NASA的电池价格便宜，可扩展，既不易燃也不易爆。据报道，测试表明，即使撞击严重损坏，它也可以继续运行，这是航空使用以及汽车和卡车的关键因素。

最令人震惊的结果是电池的功率密度。SABERS 每公斤提供 500 瓦时，是目前最好的汽车——260 瓦时/公斤的两倍，并超过了区域飞行所需的 480 瓦时/公斤的目标。“它远远超过了被认为是最先进的锂离子电池的能力，”Viggiano说。

虽然NASA的固态电池是一个潜在的游戏规则改变者，但在任何实际使用之前，它还有很长的路要走。前丰田高管Hiroaki Koda现在领导松下-丰田电池合资企业Prime Planet，他最近告诉英国《金融时报》，实用的固态电池要到2032年才会开始出现。

综合以上信息判断，宁德的凝聚态电池，和NASA正在研究的电池很接近。