小众路线做出惊人产品，宁德时代发布凝聚态电池

电动飞机成为可能，宁德时代也有了新的产品开发基石。

文丨李梓楠
编辑丨程曼祺

宁德时代周三上午向动力电池和新能源汽车行业抛出一个惊人数字——500 Wh/kg。这是宁德时代刚发布的凝聚态电池的能量密度，它比量产的汽车动力电池高出一大截。

这突破了行业认知。锂电池能量密度从 100 Wh/kg 提升至 300 Wh/kg，用了三十年。多位电池公司高管曾向《晚点 LatePost》表示，目前技术框架下，锂电池能量密度极限约为 300 Wh/kg。量产锂电池能量密度五年内不会突破 400 Wh/kg。

能量密度直接决定电池续航里程。在同样重量、体积下，能量密度越高，电量越高。不断提升能量密度是电池技术进化的长期目标，就像每一代新芯片，都追求在同等面积内容纳更多晶体管、提供更多算力。

在汽车之外，凝聚态电池的高能量密度还打开了一个新市场，宁德时代设想的未来之一是，把锂电池装到民航客机上，让现在烧油的波音、空客大飞机变成电动的。

特斯拉 CEO 马斯克曾说，只要电池能量密度能超过 450 Wh/kg ，做到用更轻的电池提供更多电力，电动客机就能成立。

一位宁德时代技术高层解释，马斯克说的 450 Wh/kg 是指整个电池包的能量密度，宁德时代凝聚态电池的 500 Wh/kg 是指单体电芯，集成电池管理系统后，总体能量密度会低于 450 Wh/kg，“但已十分接近”。

宁德时代的首席技术官吴凯在发布会上称，宁德时代已在与民用飞机领域公司合作开发电动飞机。汽车上的凝聚态电池可能更快落地，吴凯称，宁德时代会在今年底前形成量产凝聚态的汽车电池的能力。

小众路线做出惊人产品

宁德时代凝聚态电池的关键创新在于更新了电池中的电解质，凝聚态即指电解质形态。

包括锂离子、钠离子在内，所有金属离子电池都主要由正极、负极和电解质构成。金属离子以电解质为媒介，在正负极间穿梭完成充放电，这是电池的工作原理。

现在量产的锂电池中使用的是液态电解质，即电解液，因而它也被称为 “液态锂电池”。综合多位从业者的推测，宁德时代的凝聚态电池使用了一种状如果冻或凝胶的电解质。

据宁德时代首席科学家吴凯的介绍，凝聚态电池也对正极、负极和隔膜做了升级，他未透露更具体的材料、技术信息。

一位在车企的正极研发人士根据 500 Wh/kg 的能量密度推测，宁德时代可能采用了富锂锰基正极和锂合金负极，以及更薄的隔膜，这让电池的直接材料成本较现有方案贵了约 30%，但如果能量密度相应提升，则单位电量成本不会显著上升。

一位宁德时代人士称，供应车企的凝聚态电池大概率不会采用 500Wh/kg 版本的正负极材料：“目前 500Wh/kg 的方案至少能做到 1000 次的充放电循环，但这对汽车来说还是太少了，使用寿命不够，所以上车的凝聚态电池方案会适当降低能量密度，提升寿命。”

相比被讨论已久的 “固态电池” 和 “半固态电池”，宁德时代此次发布的凝聚态电池是一个更小众的技术路线。除宁德时代外，主要电池公司中，据公开信息只有韩国三星 SDI 布局过类似技术。

和 “凝聚态” 一样，固态、半固态也是指电池中电解质的形态。这些新方案之所以被持续研究，是因为当前主流的液态锂电池仍不够令人满意。

理想状态下，汽车电池需要同时满足安全、便宜、续航里程长、使用寿命长、充电速度快等要求，但常常不能兼得：能量密度高了，安全性就会下降，成本也可能升高；充电速度快了，寿命就会变短。

液态电解质即是当前电池安全隐患的根源之一。电解液是易燃物，如泄漏可能自燃。

沿着改进电解质的方向，全固态电解质被认为是一个最接近完美的方案。它安全性更高，因此能在整个电池中使用能量密度更高，但更活跃、危险的正负极材料，如锂金属负极。在目前的液体锂电池结构中，负极是石墨。固态电池的理论能量密度能突破 700 Wh/kg，是目前汽车电池的两倍多。

但全固态电池的量产很难实现，在这一方向持续投入近 30 年的丰田汽车仍未量产全固态电池，宁德时代董事长曾毓群也曾说全固态电池在 2035 年前不会产业化。

量产的关键难点是，固体电解质与固态正负极接触时不够紧密，这会阻碍离子在正负极间的运动。

一个过渡路线——半固态电池由此进入行业视野。它使用了固液混合的电解质，比如将固态电解质浸泡在液态电解质之中，以提升正负极、电解质接触的紧密性，解决离子在正负极间的运动问题。

国轩高科、赣锋锂业等锂电池公司，和卫蓝等创业公司都在开发半固态电池。而接近宁德时代的人士告诉《晚点 LatePost》，宁德时代并不看好半固态电池路线，因为电池中还是有易燃液体，还是没有解决安全性问题。

凝聚态电池的电解质，则既不是固态的，也不是固液混合的，而是一种凝胶物质。“它从物理上讲是固体，但又保留了一些液体特性。这能部分解决固体与固体间接触不紧密的问题。” 一位电解液公司高层解释。

在到达固态这一设想中的终极方案途中，宁德时代在更少人走的凝聚态路线上取得了突破。

一位在车企的电池材料研发人士认为，宁德时代要能在凝聚态电池中使用这些新材料，不光得解决工程、工艺难题，还需要攻克一些基础科学问题。他认为凝聚态电池的规模量产，“还需要一些时间”。

在飞机动力电池领域，凝聚态电池仍面临考验。飞机要求电池能以更大功率稳定输出能量。飞机对安全性的要求比汽车更高，且有更多复杂工况，宁德时代与民航领域公司合作开发的电动飞机仍处于研发阶段，暂未有明确量产、商用时间表。

“飞机上连一个大容量充电宝都不让带，更何况装这么多锂电池，这不仅仅是一个技术难题，还涉及标准、法规变化。” 一位电池从业者说。

但电动飞机本身是一个潜力巨大的市场。全球目前保有超 2.5 万架民航飞机，高昂的燃油成本使航空公司寻找新的动力方案。航空燃油价格目前超过 5000 元 / 吨，一架波音 747 从北京飞到上海会烧掉近 4 万元燃油。电动化可能降低民航飞机的运营成本。

另一个还在兴起的新市场是城市空中交通，这是对日益拥堵的城市地面交通的补充。一批公司已在开发用于城市空中交通的 “飞行汽车”，它就像大号无人机，可垂直起降，可载人。这类飞行器比民航大客机更轻，它本身就使用电池。不过目前的电池方案还不够成熟，续航、成本和安全性都需要继续优化。宁德时代的凝聚态新产品在这一市场也有用武之地。据摩根士丹利预测，2040 年，全球城市空中交通的市场规模将达到 1 万亿美元。

动力电池的 “平台化” 时刻

宁德时代首席科学家吴凯称凝聚态电池是开启宁德时代下一轮创新的里程碑。

一位宁德人士告诉《晚点 LatePost》，接下来，宁德时代可以用凝聚态电解质作为固定模块，在此基础上做出多种适配的正极、负极，给车企更多选择。

这带来了一种平台化开发电池的方式。之前从头开发一款新的锂电池，从验证完方案可行性到实际量产需要 2 年-3 年时间，经历多轮测试，在装车前还需要走完车企的 A、B、C 三个样品验证流程，其中，A 样是单个电芯测试，B 样是电池模组测试，C 样是装车测试。

每款新电池会采用不同的材料配方。多数时候，电池公司要从头开始走完材料开发、可行性验证和产品验证流程。

而凝聚态电池电解质是一个一定周期内相对固定的材料基础，它相比液态电解质能支持更多样的正负极材料，主要优势是有更好的安全性。宁德时代在此基础上开发新的电池时，会省去一些电解液开发、测试流程，也可能提升正负极材料的开发、测试效率。前述电解液公司人士预测，这能减少约三分之一的产品开发、测试时间。

这与 1980 年代，大众汽车探索出来的平台化和模块化汽车开发思路类似。平台化造车的精髓是让不同车型共用同一个平台，从而共用主要零部件，节省开发时间，提高采购规模，压低采购价格，使车企以更低成本、更短周期推出更多适合不同细分人群的产品。“平台化” 造车后来被整个汽车行业模仿、学习，成为一种行业标准。

借由凝聚态电池，宁德时代会进一步提升自己的产品开发效率，来到电池行业的 “平台化” 时刻。

凝聚态电池的诞生过程，也是宁德时代过去已建立的规模化研发能力的体现。在发布会后，一位宁德时代技术管理层解释了宁德时代开发新一代产品的过程：在开发初期，宁德时代会同时提出数百个技术方案，不同方案间有材料或结构差异，然后并行做测试。随着测试和验证推进，每经历一轮测试，被筛下来的方案就越少。到最后确定制造流程前，宁德时代会冻结研发，迭代出一个最终确定方案。

“同时测试、开发更多的解决方案，这些方案可能当时无法完全落地，但其中有一些成果可以沉淀下来，在其它产品或之后的产品中发挥价值。” 这位宁德时代人士说。

宁德时代去年的研发投入超过 150 亿元，是中国第四大电池公司国轩高科的 7.5 倍。《晚点 LatePost》了解到，宁德时代有超过 4 万个电芯测试通道，而部分二线电池公司不到 1 万个。这让宁德时代能同时测试更多电池，收集更多数据，找到更好的解决方案。

除了资源和设施规模带来的研发规模外，引入更多前沿技术也在帮助宁德时代提升研发效率和效果。

宁德时代从 2019 年起，开始采用高通量计算平台和模拟仿真的技术来研发材料与制造工艺。电池材料研发此前面临的困境是，只有靠做实验才能验证材料性能，成本高、周期长，实验数量也受限。

仿真则可在不进行真实实验的情况下预测结果，以帮助筛选更好的方案，加速实验过程，扩大材料尝试范围。仿真模拟还可以更高效地发现材料的问题，并帮助定位这是工程问题还是基础科学问题，短期内是否可解。“材料研发就像挖井，原本是你一直挖，不知道下面有没有水，有了模拟之后，你挖到一定程度就知道有没有水了，能节省更多时间。” 上述宁德时代技术管理层说。

他透露，宁德时代从 2011 年起就在研发类似 M3P（磷酸铁锂电池的改良版） 电池的技术，但前 8 年进展缓慢，2019 年使用仿真模拟技术后，开发速度加快，之后两年内完成了研发。

2020 年起，宁德时代还开始建立 AI 能力，它不仅可以提升生产过程的智能化和自动化程度，也能做一些材料性能预测、新材料发现的工作。“未来电池技术研发速度的增量绝大部分来自于 AI 技术。” 上述宁德时代技术管理层说。

研发的规模效应能帮助宁德时代维持并扩大已有市场中的产品和技术优势，也会增加宁德时代在一些快速增长或刚刚兴起的新市场的竞争力，如储能电池和电动飞机与船舶。

短期内，宁德时代和所有动力电池同行的共同压力还是在于电动车市场的需求增长放缓。在中国卖出最多电动车的公司，比亚迪，偏偏不使用外供电池，它也有多年的电池研发、制造经验。今年一季度，比亚迪卖出超 55 万台电动车（包含混动），电动车市占率已达 35%。

宁德时代与比亚迪的竞争，不是简单的产品、技术领先性和成本控制能力的竞争。宁德时代会在一定时间内进入 “有力使不出” 的处境，拿出远超市场一般水平的产品，以此撬动一些汽车之外的大市场，是破局方法之一。