据宁德时代称，该款电池单次充电便可实现超过1000公里的续航里程，足以帮助车主从广州开到武汉（或从伦敦开到柏林）。

宁德时代国内乘用车事业部的首席技术官高焕在神行PLUS的发布会上骄傲地宣布：“（该电池）充电10分钟，续航600公里，真正意义上的实现了一秒钟一公里。”

中国制造商正以其他公司无法匹敌的速度发布续航里程更长、充电时间更短且在产品寿命内充电次数更多的新款锂离子电池。

到2030年，全球对电动汽车电池的需求量预计可飙升至现今的10倍。为抢占未来市场，世界各地的公司在新一代电池技术的研发上已展开了激烈的竞争。

此股研发热潮受控制成本与缓解供应链瓶颈等不同因素驱动。麦肯锡在去年的一份报告中指出，从环境与气候变化的角度来看，全新的低碳电池技术也可能帮助人类减少在某些电池原材料的采掘和生产过程中所产生的碳排放量。

中国经济学家任泽平在2022年就曾指出：“得新能源电池者得天下。”他认为，电池技术的发展和电池性能的提升是“决定新能源车实现长久发展的核心动力”。

磷酸铁锂 vs 三元锂

目前，商用电动汽车的锂离子电池主要分两类：一种是使用铁和磷酸盐的磷酸铁锂电池，另一种是使用镍、锰和钴的三元锂电池。

刘晨光是西交利物浦大学的助理教授，专攻电池材料。他告诉对话地球，这两种锂离子电池的最大区别是：三元锂电池的能量密度更高，但磷酸铁锂更为安全。一般而言，能量密度指同样重量下，一块电池所存储的能量有多少。它是衡量电池表现的关键系数之一。

国际清洁交通委员会的助理研究员毛世越告诉对话地球，磷酸铁锂与三元锂电池在全球市场的占比几乎不相上下，但在中国，前者的受欢迎程度在近两年急速上升，因为它更安全。同时，毛世越提到，由于磷酸铁锂电池没有用到镍和钴这两种高价原材料，所以它更便宜。

“（磷酸铁锂电池）可充电与放电的次数更多，它的使用寿命也更长。”毛世越补充道。

同时，磷酸铁锂电池相比三元锂电池更为环保。这是因为，镍和钴都是重金属，可能对人体和环境（尤其是水环境）造成损害。

这两种原材料的采掘过程会侵蚀土壤、破坏栖息地，并且削减生物多样性，因此对自然与当地社区造成破坏。尤其值得注意的是，为了振兴当地的采掘工业，印度尼西亚等国也已降低了相关的劳工与环保标准。在这些负面影响的作用下，电动汽车与电池的制造商面临的舆论压力与监督日益增加。

由非营利环保组织“援助环境”（Aidenvironment）与挪威雨林基金会（Rainforest Foundation Norway）联合出版的一份报告指出，电动汽车的电池与车身的原材料位于“与人为毁林有最强关联性”的矿产之列。报告进一步提到，这使得全球汽车产业成为建筑业之后、第二大造成采矿性人为毁林的驱动因素。 

▲印度尼西亚南苏拉威西省，PT Vale Indonesia公司的镍矿工人。印度尼西亚是世界上最大的镍生产国，也是与矿业相关的森林砍伐热点地区。图片来源：Hariandi Hafid / Alamy

宁德时代的神行PLUS是一款磷酸铁锂电池。比亚迪的特色电池产品，即用于所有比亚迪车型的刀片电池同样也是。

寻找新可能

虽然锂离子电池技术在未来几年内预计将不断推陈出新，但是中国与世界各地的公司也正不遗余力地研发完全不使用锂元素的下一代电池技术。这一趋势背后的原因是：目前的技术所使用的矿物来源十分有限，仅几个国家。

这些矿物元素主要包括锂、钴、镍、锰和石墨，它们通常被称为“关键原材料”（critical raw materials）或“转型矿产”（transitional minerals）。它们集中的供应链可能造成价格动荡等问题。

对于研发新兴技术的中国企业而言，成本控制是主要原因之一。由于一块电池的成本大约是一辆电动汽车的40%，因此，能够降低其生产成本对于大打价格战的中国电动车厂商而言至关重要。

专门关注中国电动汽车发展的新闻网站CnEVPost的创始人张家伟告诉对话地球，从2020年6月到2022年11月，锂离子电池的关键原材料碳酸锂的价格一路上涨14倍。

这些电池使用的是一种可以从海盐里提取的、广泛存在的元素：钠

2021年，在碳酸锂的价格一路高歌猛进之时，宁德时代推出了其第一代钠离子电池。“随后，不少公司也公布了他们在钠电池的布局，”张家伟补充道。

然而，对于欧美公司而言，促使它们寻找替代技术的主要原因是其欠完善的采掘与冶炼供应链。

通过避免使用所谓的关键原材料，欧美公司可以减少“地理与地缘政治的约束”，储能材料专家马克西米利安·费希特那（Maximilian Fichtner）如此向对话地球解释。

费希特那是欧洲最大的电池研究中心之一——德国乌尔姆大学亥姆霍兹研究中心（Helmholtz Institute Ulm）的执行总监，也是乌尔姆大学与英国斯旺西大学的固态电池教授。

他指出，“从不太丰富的、可能有毒且有时来自政治不稳定地区的材料向地球上蕴藏丰富的原料”进行转向至关重要。

欧盟的电池法案等新政也在不断督促各国的电池企业削减自身产品的碳足迹，加强可持续生产。

根据麦肯锡提供的数据，一块电池所隐含的温室气体排放量占到整辆电动汽车生产过程中隐含的温室气体排放量的40到60%。一项先前的分析也显示，若要生产全球能源转型所需的钴，到2030年，该生产过程将导致至少470万吨的二氧化碳排放，几乎是2022年阿尔巴尼亚的全部化石能源与工业所产生的碳排放量。

茱莉亚·奈美（Julia Naime）是挪威雨林基金会的资深供应链顾问。她告诉对话地球，削减某些“高风险”矿产与电池化学物的需求量可以帮助汽车产业降低其对生物多样性与森林产生的负面影响。

但她同时警告，“也必须注意，以保证替代的电池化学物不会对自然和人类产生其他负面影响”。

钠离子明星

从锰离子电池到锌空电池，不同的新型电池技术正在全球出现。锰与锌的储量都大于锂。

位于德国的弗劳恩霍夫系统与创新研究所（Fraunhofer Institute for Systems and Innovation Research）在一份报告中指出，锂离子电池离商业化最近，而且可以达到与磷酸铁锂电池类似的表现，因此，它最可能成为下一代电池技术的领路者。 

▲瑞典电池制造商 Northvolt 开发的钠离子电池。使用钠制造的电池，可能会表现出与锂电池类似的性能。图片来源：Northvolt

张家伟谈道，虽然钠离子电池更便宜，也更稳定，但“现在钠电池的主要瓶颈在于（它的）能量密度低”。这意味着，在相同重量下，钠离子电池所支持的续航距离短于锂离子电池。

因此，该技术最可能被运用于低速与小型的电动汽车与电动两轮车和三轮车。一位行业内部人士告诉对话地球，由于各大公司纷纷在寻找安全、可靠与经济高效的方法来存储可再生能源，钠离子电池也是储能的一个理想解决方案。

Trivium China的副总监柯艺指出，钠离子电池也可以有效地应对低温。Trivium China是一家总部位于北京的研究机构。

“如果你关注北欧或俄罗斯等市场，（钠离子电池）可能是一个很好的前进方向。” 柯艺告诉对话地球。

中国势头强劲

从英国的Faradion到美国的Natron Energy，全球的公司都对具有潜在革命性的钠离子电池技术赋予高涨的热情。市场研究机构Precedence Research预测，全球钠离子电池的市场规模将在十年时间里扩张约六倍，从2022年的8.6亿美元攀升至2032年的48亿美元。

中国在此领域的表现势头强劲。根据《日本经济新闻》的分析，在过去十年里，中国研究人员申请的、与钠离子电池相关的专利数量增长了109倍，远超日本与美国。

中国也是全球首个量产钠离子电动汽车的国家，目前有两个车型：一个来自同在江西的孚能科技和江铃集团，另一款则由总部在江苏的中科海钠科技与江汽集团下的子品牌钇为联合推出。这两个型号均在去年12月正式下线，制造商宣称的续航里程也均在250公里左右。

比亚迪和宁德时代也开足马力。前者斥资100亿在江苏建立了一个钠离子电池生产基地；后者则被报道正在研发第二代钠离子电池，并已宣布将在一款中国汽车生产商奇瑞的车型里首次使用其钠离子电池。

中国以外的公司也已加大研发力度。瑞典的初创公司Northvolt去年年底宣布，已经研发出一款“顶级”的、用于储能系统的钠离子电池。

Northvolt的首席执行官和联合创始人彼得·卡尔森（Peter Carlsson）向英国的《金融时报》表示，该款新品可以值“几百亿美金”，并且可以帮助公司打开中东、非洲与印度等市场。

全固态电池

“全固态电池”（有时也叫“固态电池”）是另一个大热名词。该技术用固体电解质取代了传统锂离子电池中的液体或凝胶电解质。

“它们具有更高的能量密度，由于较不容易起火，有更好的安全性，并且有更长的寿命，”西交利物浦大学理学院科研副院长杨莉说道。

固态电池充电时间更短，且在碳足迹上也比现在的锂离子电池更低，资深研究科学家斯科特·格曼（Scott Gorman）在一篇博文中写道。格曼就职于一家名为CPI的英国科技创新中心。他指出，固态电池较低的碳足迹缘于它使用的材料较少。

但其较高的生产成本是一大挑战。《日本经济新闻》援引日本科学技术振兴机构的数据指出，固体电解质的制作成本是传统锂离子电池的四到25倍。

“丰田、宁德时代和中创新航等公司正对此项技术进行投入，以力图应对生产成本与温度敏感性等挑战。”杨莉告诉对话地球。

全球角力

固态电池技术的全球角力已经开始，这可能为未来的电池领域带来新的变革。

市场调研机构集邦咨询在今年4月发文指出，从美国到欧盟的众多国家与政府已经将该技术的研发列为正式的发展战略。而中国国务院在其印发的《新能源汽车产业发展规划（2021—2035年）》中要求，“加快固态动力电池技术研发及产业化”。

宝马已与美国公司Solid Power在固态电池上进行合作，并计划在2025年前推出使用该技术的首款“示范”车辆。

德国大众的电池子公司PowerCo SE也在1月份宣布：其合作伙伴、总部在美国加州的QuantumScape成功研发一款固态电池，它可在充电1000次之后仍然保持原始容量的95%。

《金融时报》报道称，丰田去年宣布，其在固态电池的研发上取得了“突破”，并计划在不降低产品表现的情况下，将其固态电池的体积、价格与重量均减小一半。丰田已与松下电器成立了一家合资公司聚焦该技术，并计划在2027年前实现量产。

▲2023年10月，丰田汽车总裁佐藤浩二在新闻发布会上。这家日本汽车制造商宣布与石油公司出光兴产开展合作，共同开发全固态电动车电池，并计划在2028年实现大规模生产。图片来源：Yoshio Tsunoda / Alamy

韩国三星SDI为固态电池成立了一条试验性生产线，并同样计划在2027年达成量产。

中国的宁德时代同样也计划在2027年实现固态电池的商业化，但该公司的首席科学家吴凯在4月表示，其目标仅为小批量生产，大规模生产仍受成本等因素制约。

同时，有报道指出，总部位于上海的蔚来汽车已经研发了一款单次充电可实现1070公里续航里程的“半固态”电池包。

有行业人士告诉财新，中国已经设立了约60亿元的相关基金，以加快固体电池的研发进程，但电池企业要与整车企业合作共同申请此笔基金。

全固态电池将可能为电池领域带来一次变革的契机。集邦咨询预测，2028年左右时期将是固态电池量产的“拐点”。该机构同时表示，在此项技术上，中国与其国际对手在“专利布局”上存在“显著差距”。

集邦咨询写道：“在（全固态电池）的未来竞争上，来自日本、韩国、欧洲与美国的公司有机会超过中国，重塑未来电动汽车电池行业的竞争格局。”

但张家伟认为，由于该技术仍在研发阶段，现在下定论还为时过早。

电池生产商目前正在尝试以三种不同的技术路线制作固态电池，每种路线均有优势与劣势。

“目前尚未有迹象表明哪种路线将是最优选择，”张家伟说道。“在这之后，电动汽车产业链提供的商业化机会是决定这种路线是否可行的关键，而中国在这方面有巨大优势。”

本文首发于对话地球网站。

■ 尤晓莺，自由撰稿人，专注于气候议题报道，现居伦敦。曾任碳简报（Carbon Brief）中国编辑，《碳简报·中国简报》作者，曾获得2022年“立即报道气候问题” 奖（Covering Climate Now）。