竞逐1000公里续航：固态、石墨烯、掺硅补锂三大电池技术路线加速跑，谁最靠谱？

第383期| 2021 1月29日

在包机上，随着音乐唱歌跳舞，跳舞跳舞。。。今年1月初，100名蔚来汽车的粉丝兴致勃勃地涌向成都，参加“蔚来汽车2020日”，等待蔚来汽车创始人、董事长兼首席执行官李斌给他们一个惊喜。

我们采用了最先进的量产固态电池技术，实现了360Wh/kg的超高能量密度，续航里程超过1000公里。李斌的“惊喜”让蔚来汽车的粉丝们兴奋不已，也标志着新能源汽车公司开始竞相追求1000公里的续航里程。

继蔚来汽车之后，智己汽车和广汽埃安相继宣布推出续航里程为1000公里的电动汽车。与使用固态电池的蔚来汽车不同，智己汽车宣布其首款车型将搭载由宁德时代（300750，股吧）提供的“硅掺杂锂可充电”电池，而广汽爱安则选择使用石墨烯基超快速充电电池。

有一段时间，“1000公里续航里程”成为业内的热门话题。然而，1月16日，中国科学院院士院士、中国电动汽车百人协会副主席欧阳明高表示，“1000公里耐力”的热度瞬间下降。欧阳明高说：“如果有人说它可以跑1000公里，几分钟内充满电，而且特别安全和划算，你不必相信，因为目前这是不可能的

中国科学院院士院士、中国电动汽车百人协会副主席欧阳明高

随后，威马汽车创始人、董事长兼首席执行官沈晖、大众汽车集团首席执行官冯思翰等汽车高管表示，他们认为电动汽车的1000公里续航里程并不重要。

在电池技术没有实质性突破的情况下，高续航电动汽车需要配备更重的电池，这需要极高的成本和更轻的车身相结合。这将增加整个车辆的成本，因此这是一个恶性循环。

目前，关于电动汽车1000公里续航里程的讨论主要分为两派：一派认为，实现1000公里续航让电动汽车进入“新世界”，可以与汽油车正面“刚性”；

另一种观点是，随着充电基础设施的普及，市场不需要续航里程为1000公里的电动汽车，这将是一种浪费。

那么，目前的电动汽车有能力实现1000公里的续航里程吗？在固态、硅掺杂锂和石墨烯这三种电池技术路线中，谁将最快实现这一目标？

开启“新世界”的三个关键？

目前，液态锂离子电池的能量密度已达到300瓦时/公斤的极限。下一步或新一代电池是开发固态电池，逐步过渡到全固态锂离子电池。同时，我们还应该开发钠离子电池，目前钠离子电池是液体电解质。下一步是开发固态钠离子电池。“欧阳明高对1000公里里程表示怀疑后的第二天，中国工程院院士陈立群在上述论坛上公开支持固态电池的发展。

在以陈立权为代表的多位业内人士看来，固态电池是下一代动力电池技术研发的主流方向。“与目前主流的传统锂离子电池相比，固态电池具有相对更好的电化学稳定性，”中国汽车动力电池产业创新联盟副秘书长马晓利表示。

看完新闻发布会后，我还仔细研究了固态电池，这种电池寿命长，安全性能高，”牛松告诉《每日经济新闻》（博客、微博）。“2020年NIO日”之后，由于对固态电池的兴趣，他并不是唯一一个去NIO House看NIO ET7的人。

制表：来自每一个教室的记者孙磊

公开资料显示，固态电池与主流传统锂离子电池最大的区别在于电解液。固态电池使用固体电解质代替传统锂离子电池的电解质和隔膜，大大降低了热失控的风险，进一步提高了电池的安全性。

同时，固态电池的电化学窗口可以达到5V以上，高于液态锂电池，允许高能正极和金属锂负极的匹配，大大提高了理论能量密度；

固态电池可以简化包装和冷却系统，在有限的空间内进一步减轻电池重量，与液态锂电池相比，体积能量密度提高70%以上，达到500Wh/kg。

然而，由于大多数固态电解质的电导率比电解质的电导率小10倍以上，固态电池的快速充电性能较差。此外，循环过程中物理接触的恶化影响了使用寿命，制备过程复杂，成本高，也是固态电池技术突破面临的挑战。

图片来源：NIO Automotive官方网站

与固态电池不同，智己汽车使用的“硅掺杂锂补充”电池在增加锂含量的同时增加了负极中的硅含量，以补偿硅含量增加导致的充放电过程中锂损失的增加，从而提高电池性能。值得注意的是，这款电池的技术特点与NIO Automotive采用的“无机预锂化硅碳负极”方案没有本质区别。

相比之下，目前使用石墨作为电池负极材料仍然是市场上的主流选择，但其理论容量较低，已进入瓶颈期。硅基材料具有较高的理论容量，在负极中添加硅后，电池的能量密度将显著提高。

然而，添加硅后，电池在充放电过程中会遇到石墨和硅材料体积膨胀不同的问题。据了解，硅的体积膨胀率为320%，而碳仅为12%。如果体积膨胀不同，结构就会倒塌。同时，电池也存在循环寿命不足、初始充电效率低等缺点。

对于这个问题，NIO和智己选择使用预锂化来解决。根据公开信息，预锂化的目的是通过提前在电极材料中添加锂来提高初始充放电的效率，来补偿放电过程中不可逆的锂损失，以及增加电池的总容量和能量密度。目前，常见的预锂化方法是在负极或正极中添加锂。

除了上述两种动力电池外，石墨烯电池也被认为是动力电池行业的新发展方向之一。据了解，石墨烯是一种新型纳米材料，具有由碳原子组成的单层四维蜂窝状晶格结构。它具有优异的电子导电性、热性能和高比表面积，在新能源、化工、电子信息、生物医学等领域具有巨大的应用前景。被誉为“21世纪新材料之王”。

图片来源：摄影网

但需要注意的是，目前石墨烯的成本非常高，制造工艺要求也非常严格。与此同时，石墨烯电池的制造工艺仍然不够成熟。

离“开门”还有很长的路要走

低导电性、高原材料成本和困难的生产工艺使得有必要克服许多技术困难来实现固态电池的商业化。”深圳市亿马汽车科技有限公司有限公司硬件副总裁沈健在接受《每日经济新闻》记者采访时表示，固态电池成熟的批量生产技术需要不断试制和改进，才能进入小规模生产和升级。这一过程可能需要5-10年。

在业内看来，固态电池的研究和商业化过程将分为几个步骤：首先，半固态电池仍将使用液体电解质；然后它是全固态的，不再使用液体电解质；

接下来，全固态电池将继续进行技术迭代，直到多项指标成熟。

值得注意的是，NIO Automotive发布的150kWh固态电池并不是真正的固态电池。NIO Motors即将使用的电池是一种含有少量电解质的半固态电池。单个固态电池的最大能量密度可达400-500Wh/kg，而NIO明年量产的半固态电池的单个能量密度将达到360Wh/kg。”NIO Motors创始人、董事长兼首席执行官李斌表示，150千瓦时的电池组将于2022年第四季度交付。

制表：来自每一个教室的记者孙磊

与全固态电池相比，半固态电池的工业化时间相对较短，但安装在车上也需要2-3年的时间，”常春藤经济研究院研究部总经理吴辉在接受记者采访时表示。

而智己汽车所使用的硅掺杂锂电池今年也无法在量产车上体现出来。智己汽车最近表示，由于轴距限制，其首款量产智能纯电动轿车上市时没有配备硅掺杂锂电池组的计划。根据产品规划，未来轴距在3150毫米以上的智己车型可以实现近1000公里的续航里程。

智己汽车透露，其第二款车型计划于2022年上市，这意味着智己汽车的1000公里续航里程产品最早要到2022年才能交付。

此外，广汽集团（601238，股吧）还声称，其硅负极电池可以实现高达1000公里的综合续航里程。目前，该电池已按计划进入实车测试阶段，预计年内将首次安装在现有的AION LX车型上。

据了解，硅掺杂锂补充技术目前面临着硅负极应用难度高、生产成本低、安全性高、技术成熟度低等问题。

图片来源：智己汽车官方微信

相比之下，石墨烯电池的“上车”时间将更加遥远。业内专家认为，石墨烯电池目前仅处于实验室阶段，尚未达到量产条件，商业化难度很大。

然而，广汽集团表示，该公司基于石墨烯的超级快速充电电池已按计划进入实际车辆测试阶段，预计将于今年内首次安装在AION V车型上。沈健认为，石墨烯基电池不能等同于石墨烯电池。所谓石墨烯电池，是指正极材料以石墨烯为主的电池。

广汽集团发布的公告显示，石墨烯基超快充电池具有6C的快充容量，结合600A大功率过充设备，最长8分钟即可充电80%；

整体电池成本比当前市场的传统动力电池成本高出5%至8%。但这项技术的普及取决于超快充电国家标准的发布和大功率超充电设备的建设进度，市场需求不确定。

图片来源：广汽集团公告

早在2016年，作为当时国内石墨烯领域的领导者，东旭光电（000413，股吧）就推出了全球首款石墨烯基锂电池产品——“仁王”。然而，在发布后，该产品陷入了争议，并被指责为噱头多于实用性。广汽埃安正式宣布推出石墨烯基超级快充电池，这一事件没有发生过，也引起了各方的关注。

光启集团的石墨烯基电池主要通过在正极和负极材料中添加1%至3%的石墨烯来提高电池的倍率性能。这项技术相对成熟，但对提高电池能量密度没有太大帮助。同时，80%的8分钟充电可能仍基于实验室数据计算，而实际的大功率充电往往是以牺牲电池容量为代价的，”华金证券在其研究报告中表示。

从电池寿命的角度来看，石墨烯可以提高容量。然而，即使石墨烯完全用作负极材料，它也不如金属锂和硅碳作为负极。”原时代科技研发负责人认为，“从本质上讲，石墨烯和PVDF、碳纳米管等辅助材料一样，不会对产业链产生破坏性影响

有必要拥有1000公里的射程吗？

假设上述三种电池在技术突破方面取得了快速进展，那么市场真的需要续航里程达到1000公里的电动汽车吗？

电动汽车在任何地方都很好，但它们跑不了多远。如果他们真的能跑1000公里，我真的有一个小小的期望。”持有新能源汽车指标的江农认为，“1000公里意味着电动汽车的充电频率与汽油车的加油频率基本相同，所以你不必担心还有多少续航里程

同时，有分析人士认为，车企提升新能源汽车性能的紧迫性，可以从商业角度推动上游动力电池等核心技术的升级。

图片来源：NIO Automotive官方网站

但研究新能源汽车行业多年的国家电动乘用车技术创新联盟技术委员会主任王炳刚直言不讳地表示，“这既没有必要，也不合理。在很大程度上，这是一种商业跟随行为，不合理

老实说，如果电池寿命达到一定水平，并不是越多越好。因为较大的电池也很重，所以携带如此大电池的汽车并不是特别环保，消费者也不需要携带续航里程超过1000公里的电池跑满街道。

所以我个人理解，这仍然取决于消费者的需求。长城汽车（601633，股吧）技术副总裁宋东贤表示。

中国汽车中心汽车评估与管理中心技术管理部主任周伯亚此前对《每日经济新闻》记者表示，续航里程1000公里的电池将意味着成本的增加，消费者是否愿意为此买单仍是一个需要评估的问题。车辆续航里程的适用性应由市场决定。

事实上，续航里程为1000公里的汽车并不构成电动汽车的技术障碍，1000公里续航里程技术的实施面临着周期问题。2-3年后，我国充电站布局将更加完善，电池换电和快速充电问题将基本解决。1000公里续航里程的意义并不重大，”沈晖认为。未来几年，如果中国主流新能源汽车使用续航里程为1000公里的电池，这对社会来说绝对是一个巨大的浪费。

图片来源：摄影网

冯思涵认为，目前国内的讨论……

整个行业对电动汽车续航里程高的看法恰恰反映了消费者对充电基础设施的不满。作为一种消费产品，电动汽车应该走中远程的路线，但要改善充电设施，发展快速充电技术。

如果每个消费者都能在停车位安装家用充电站，电动汽车充电的体验将超过加油的体验，那么电动汽车离普及就不远了。到那时，没有人会再‘炒作’这个系列了，”蔚来汽车联合创始人兼总裁秦立红说。

我只想知道实际范围

当汽车公司优先考虑1000公里的续航里程时，消费者更关心电动汽车的实际续航里程是否与广告上的一致。

买车时，销售人员说这辆车的NEDC续航里程是500公里，但实际上它只跑了不到400公里。纯电动车主唐天无奈地告诉记者，他以为NEDC续航里程就是实际续航里程，没想到会有这么大的差异。

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记者在走访终端市场时发现，大多数4S店在销售新能源汽车时，只告知消费者制造商标注的NEDC工作续航里程，而很少提及冬季电池续航里程的大幅减少。

记者了解到，目前，中国电动汽车的续航里程认证是基于NEDC标准，该标准由城市和郊区驾驶条件两部分组成。在测试过程中，车辆大多以恒定速度行驶，呈现出相对理想的驾驶环境。然而，车辆的不同驾驶模式、温度、车速等都会对其续航里程产生影响。尤其是在冬季，电动汽车续航里程被“打折”的现象更加严重。

我买车快5年了，冬天的平均充电频率是每周两次，而夏天是每周三次。我之前买了一辆车，车的续航里程不多。在最冷的冬天，我只能跑大约100公里。“纯电动汽车车主张宁旭告诉《每日经济新闻》。

除了NEDC标准外，也有汽车制造商使用“60公里/小时定速续航里程”来标注电动汽车的续航里程。记者查阅资料后发现，在许多汽车配置栏中，“60公里/小时定速区间”旁边都有一个“综合运行区间”，往往低于60公里/时定速区间。

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图片来源：摄影网

一位动力电池专家告诉记者：“60公里/小时的恒速续航里程只是车企的宣传工具，并不代表车辆的实际续航里程。60公里/h的恒速行驶里程数据是关闭所有电气设备，以最经济的模式以60公里/时的速度行驶所获得的最理想的续航里程数据。”

这意味着，无论是NEDC的1000公里综合续航里程，还是60公里/小时的定速续航里程，都是车企抓住消费者对电动汽车里程的焦虑，用更大的里程数来减少消费者对电动车辆里程的担忧的促销工具。

多位纯电动车主表示，希望在购车之前，汽车制造商能够提供在不同工况下接近真实生活的详细真实数据，而不是实验室数据。

值得注意的是，从2021开始，中国将逐步实施新能源汽车里程测试标准——WLTC测试标准，该标准在全球范围内收集真实的驾驶循环数据，以增加城市拥堵状况的比例。与此方法相比，获得的里程数据更接近车辆的实际驾驶体验。

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图片来源：记者张健摄

除了采用更标准化的续航里程测试，加强动力电池技术的研发，增加电池续航里程外，这是消除消费者对续航里程担忧的唯一途径。

目前，新能源汽车的效率和热量管理系统核心技术已取得重大突破，将使现有车型在低温冬季环境下的续航里程损失减少2/3。与此同时，随着充电系统的建设和b……

通过快速充电技术，在未来5-10年内，75%的电池可以在白天15分钟内充满电。”欧阳明高说。

资本积极“支出”

尽管“1000公里范围”仍有争议，但这并不妨碍资本市场对其进行“倾销”。

NIO Motors发布固态电池后，立即引发了资本冲击。1月11日，A股电解质和隔膜公司股价出现大幅下跌。截至当日收盘，天赐材料（002709，股吧）、恩捷股份（002812，股吧。

另一方面，与固态电池相关的股票，如南都动力（300068，股吧）、赣锋锂业（002460，股吧，002460）。SZ）和Del Shares（300473，股吧）（300473。SZ）股价在同一天上涨。

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图片来源：视觉中国（000681，股票吧）

1月15日，广汽埃安石墨烯基超级快充电池海报发布当天，广汽集团盘中涨停，收盘报12.52元/股；香港股市尾盘大幅上涨，收于每股9.38港元。这一波上涨甚至持续到1月18日，广汽集团股价再次上涨7.83%，最终收于每股13.2元，涨幅为5.43%。

不仅如此，石墨烯概念股也纷纷上涨。1月18日早盘，石墨烯概念股中泰化学（002092，股吧）、东南亚开盘后迅速涨停，龙磁科技、华利家族（600503，股栏）、碳元素科技（603133，股吧，）、方大炭素（600516，股栏，）等跟涨。

在此之前，资本已经积极“买单”固态电池，许多固态电池公司背后都有主机制造商。

记者通过公开信息发现，近两年来，包括北汽、上汽、广汽、一汽等在内的车企参与了多家固态电池公司的融资。例如，北汽产投分别于2019年6月和12月参与了青涛能源的D轮和E轮融资。上汽投资和广汽资本也参与了他们的E+和E++轮融资。

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图片来源：记者朱成祥摄

在外国企业方面，2014年，大众汽车持有固态电池公司QuantumScape 5%的股份，随后在2018年额外投资1亿美元，成立了一家合资公司；2020年6月，大众汽车又增加了2亿美元的资本，目前持有31.1%的股份。

此外，动力电池产业链企业也在加紧“攻城略地”。例如，天齐锂业（002466，股吧）持有蔚来新能源5%的股份；

赣锋锂业在2019年半年报中披露，其投资建设年产1亿瓦时的第一代固态锂电池研发中试生产线已于当年下半年建成投产。

五矿证券研报称，鉴于动力电池对新能源汽车综合性能和安全性的决定性影响，以及整车与头部电池围绕产业链的议价能力竞争，全球汽车公司仍有动力积极支持甚至大规模投资固态电池的研发和产业化。

但对于石墨烯电池，资本似乎更加谨慎。国际锂电池行业没有“石墨烯电池”一词。沈健告诉《每日经济新闻》，“‘石墨烯电池’的市场推广是指将石墨烯材料作为导电添加剂，有些甚至没有任何石墨烯材料，只是利用其热门话题和噱头，而不是基于石墨烯的新电池类别。”。

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图片来源：视觉中国

基于此，资本只是对石墨烯材料表现出了热情。据统计数据显示，目前我国有1.7万家石墨烯相关企业。2020年，相关企业注册数量为6576家，同比增长174.6%。从企业规模来看，目前注册资本在500万元以上的石墨烯企业数量最多，共有8726家，占总数的51%。

与固态电池、石墨烯电池等仍处于实验室阶段的技术相比，掺硅补锂早已是一些国外汽车制造商掌握的成熟技术。然而，对于国内企业来说，它仍处于大规模生产和应用的阶段。

目前，多家上市公司正在加快在硅基负极材料领域的投资和生产。例如，中国宝安（000009，格巴）子公司贝特瑞现有的硅基负极生产线已投入运营；中科电气（300035，股吧）（300035。SZ）多年来一直在不断研发硅基负极材料。目前，一条中试生产线已经建成，成品试生产正在进行中。

汽车公司为电动旗舰车型展开“军备竞赛”

揭开150kWh固态电池和石墨烯基超快速充电电池的真正“面纱”，引发热议的电池技术创新实际上远没有想象中那么令人兴奋。

严格来说，NIO汽车发布的固态电池只是相对基础的半固态电池，仍然需要电解质和基板。“根据兴业证券（601377，股吧）的研报，由于固态电池的技术和成本挑战，现有的四大材料系统将长期维持。

记者了解到，动力电池的四大核心材料包括正极、负极、隔膜和电解液，分别占电池成本的30%、10%、25%和17%左右。正极、负极和电解质的上游主要涉及锂矿、石墨矿和沥青等各种资源的开采、生产和加工。

数据显示，截至1月11日，电池级碳酸锂价格较2020年12月初上涨28.49%；氢氧化锂价格上涨3.85%；电解钴价格上涨16.41%；钴锂价格上涨6.19%；三元523正极材料价格上涨8.40%；LFP价格上涨11.43%；

电解液价格基本保持不变。

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图片来源：摄影网

在固态电池发展的同时，三元锂、磷酸铁锂等现有电池体系正在不断优化完善，甚至还会注入更多资源。沈健告诉《每日经济新闻》记者，即使在固态电池最初的大规模应用中，产业链的发展也会限制其生产节奏，生产成本也不会有显著优势。

安信证券研报认为，全固态锂电池只是改变了锂离子在正负极之间的传导方式，并没有对正极材料体系产生任何破坏性的变化。

然而，NIO的“半固体电解质”的应用被认为会加强硅碳负极甚至金属锂负极的预锂化趋势，以及高镍的趋势，从而进一步推动对金属锂和硫酸镍的需求。根据天风证券的研究报告，如果预锂化在动力电池中的渗透率达到100%，每年8%至15%的动力电池需求将需要以金属锂的形式提供。

随着固态电池、硅掺杂锂电池等动力电池技术的成熟应用，动力电池行业即将迎来洗牌。目前掌握固态电池和硅掺杂锂补充技术的公司都是动力电池和锂电池设备领域的领先公司。例如，宁德时代为智己汽车提供硅掺杂锂电池组，在硫化物固态电池技术方面相对成熟；国轩高科（002074，股吧）今年1月发布了一款采用硅掺杂锂补充技术的磷酸铁锂电池。

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图片来源：视觉中国

这意味着头部电池公司和锂离子设备制造商在客户、资金和研发方面都有足够的储备，将借此机会提高市场份额。中小型制造商面临着越来越大的生存压力，甚至面临被淘汰的风险。

从时间线来看，搭载“硅掺杂锂电池芯”技术的智己汽车有望在今年第四季度实现量产交付；NIO Automotive ET7计划于2022年第四季度交付。此外，丰田、大众、宝马、福特、富士康等都设定了2025年左右大规模生产固态电池的时间表。

从这个角度来看，搭载半固态电池的汽车也在两年后实现了最快的量产。兴业证券在研报中认为，由于固态电解质成本高，如果没有革命性的技术路径创新，固态电池很难大规模安装，预计汽车动力电池的占比不会超过20%。

在颠覆性的智能电动汽车新时代到来前夕，车企之间爆发的争夺新时代主导权的旗舰车型“军备竞赛”将持续到行业格局基本尘埃落定。这一特殊的行业时期可能会持续5-10年，甚至更长，”国信证券（002736，股吧）表示。

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记者注：企业应将需求回归市场

固态电池、石墨烯电池和掺硅锂电池都不是最新的新技术或概念，但为什么它们会引起轰动？

记者发现，催生“新人气”的三大“老技术”离不开一个关键信息点，那就是1000公里的续航里程。随着新能源汽车多年的发展，里程焦虑仍然是主要的痛点之一，而这样的促销点恰恰击中了消费者最关心的信息。

但盲目追求高射程并不是一件好事。一方面，汽车成本会增加，不利于电动汽车的推广；

另一方面，目前的锂电池技术体系可以达到百公里以上的续航里程，仍有改进空间。与此同时，电池的快充性能和基础设施建设也在迅速推进和提高。使用低成本固态电池将民用车辆的续航里程扩大到1000公里以上的必要性也需要受到质疑。

在技术创新过程中，企业应意识到，新一代电池的大规模制造和成本降低过程很难脱离行业规律，仍将是一个渐进而长期的过程。在这个过程中，企业应该将需求回归市场，根据市场需求生产产品和技术。同时，锂电池仍处于快速降低成本的过程中，未来很可能是基于不同场景的多条路线长期共存。

记者|段思瑶孙磊

编辑|裴建儒、卢向勇、王佳琦

视频编辑|朱宇

视觉|邹莉

排版|孙磊和马源

校对|孙志成

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