前情提要
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1. 标的：NIO-US
2. 分类：心得
3. 分析/正文：
(二)蔚来电池技术的发展
在谈梯度利用之前，先花点时间科普电池技术，毕竟谈电池梯度利用，
不讲电池技术的进展，有点瞎子摸象之感。
顺便预测蔚来将发布的150度电池包的技术路径。
1.电池小科普
在谈蔚来的电池技术之前，先做些常识普及。
目前电动车电芯的正极主要有两种材料：磷酸铁锂(LFP)与三元锂电池。
三元锂电池常听到什么NCM/NCA811，前面是取元素符号的第一个英文字，
后面是比例。
NCM，分别是镍(Ni)、钴(Co)、锰(Mn)，NCA则是把锰换成铝(Al)。
811就是镍80%、钴10%和锰/铝10%。
为什么811容易自燃？这是由三个元素在电芯中的作用不同所决定。
镍：提升电芯体积能量密度
钴：稳定结构，延长电芯寿命
锰或铝：降低材料成本，提高材料安全性
可以看到811的能量密度高，但稳定性跟安全性欠佳，如果热控制做不好或
短路，容易热失控，电池自燃就发生了。
磷酸铁锂的能量密度低，但较安全，充放次数优于三元锂，价格更为便宜，
不过在低温环境下，SOC会雪崩式下降。
而电芯的形状可分为三种形式，优缺点如下：
https://imgur.com/I9Ne4sR
目前电动车电芯用圆柱的，主要是特斯拉，大多电动车电芯用的是方形
(包括蔚来)。
圆柱的电芯单体能量密度虽高，但电芯排列天生会有较大空隙，注定模组后的
效率较低。
以特斯拉的Model 3长续航版(77度电池)为例，特斯拉电芯的单体能量
密度是257Wh/kg，电池包能量密度只剩161Wh/kg，效率只有63%。
虽然单颗圆柱电芯价格不高，但连接成串，对电池厂工艺要求很高，况且为
防止热失控，需要的绝缘与散热组件很多。
要监控电芯，需要很强的BMS调控能力，目前特斯拉BMS技术领先全球，
才敢用圆柱电芯。
软包大多用在手机居多，因为形状自由，模组的单位能量密度理论上可以很高，
但加工工艺复杂，成本高，使用车型很少。
蔚来推出的100度电池包，技术并没有太多革新之处，但对150度电池包的开发
很重要，许多尝试是替150度电池包铺路。
因此猜测150度电池包的技术路径，要先看100度电池包究竟改良了什么？
2.首先改良了模组的能量效率
采用CTP(Cell to PACK)，将本来的小模组变成大模组，原本蔚来的70度电池包
有32个模组，100度电池包只有12个模组。
蔚来官方宣传体积利用率提升19.8%、能量密度提升37%和配件简化40%。
简单讲同样能量密度下，更省钱了。
原本70度的电池包，电芯单体能量密度是206Wh/kg，电池包的能量密度
只剩136Wh/kg，单体能量密度只有特斯拉的80%，模组效率却只赢特斯拉5%，
可谓惨不忍赌。
改成12个模组后，体积利用率的增加跟减少的配件，都能增加模组的能量密度。
原本被配件占据的空间，现在能塞入更多电芯，重量增加却不多(多塞的电芯
要减去原本配件的重量，才是额外增加的重量)。
100度的电池包能量密度变成186Wh/kg，模组效率提高到80%左右(70度跟
100度电池包采用的三元比例很相近，单体电芯能量密度差别不大，但电压
往上提升，能量密度也跟着升高)。
模组效率到80%，之后再靠模组优化的进步空间有限，想达成150度电池，
要在其他地方下功夫。
3.高镍单晶的试验
要提升电池包能量密度，最简单的方法就是把镍的比例提高，可是比例提高，
安全性有很大疑虑，蔚来自燃差点把自己也烧掉，对安全深有体悟。
要把镍堆高，可以，但一定要安全，蔚来经不起再烧一次。
所以100度电池包特别强调安全，很多改良针对安全进行，此处对150度
电池包发展最重要是──采用单晶。
单晶技术不是什么黑科技，只是结晶过程控制的区别，量产较为容易，
而单晶的三元前躯体合成比多晶复杂，价格较高。
在三元材料比例相同下，单晶的克容量(mA·h/g)稍低于多晶，但单晶电压
可以更高，整体上两者能量密度相差无几。
蔚来采用的高镍55(镍55%、钴12%、锰33%)跟普通的NCM523有何不同？
首先是镍的比例略高于NCM523，多了5%，能量密度会略微提升。
不过镍的提升不是那么重要，重点是钴的比例大幅下调，达到接近NCM811的
水平，为之后无钴高镍的电池发展试验。
单晶比起多晶有什么优势呢？
(1)更加安全
由于单晶的库仑效率比多晶高很多，界面稳定性更好，并且在高电压下的
产气极少。
https://imgur.com/ngJlyVY
越能抑制副反应发生机率，也就减少危险的机率。
并且单晶峰值温度比多晶高，热稳定性更好。
(2)循环性能更好
单晶经历充放电循环衰减比起多晶低很多。
摄氏40度下，单晶NCM523电池经过300次循环后，电容保持率有98%，
多晶NCM523电池只剩92%。
摄氏55度下，单晶NCM523电池经过300次循环后，电容保持率在94%以上，
多晶NCM523电池已经不足85%。
充放次数越多，差异越大。
https://imgur.com/Nv9fYwu
既然有这么多优点，技术难度也不高，为什么各家厂商不全面采用？
因为单晶材料高电压状态下，有个难以忽视的问题：
高电压造成正极材料与电解液的界面压力提高
会形成表面缺氧(电解液产生的副反应)和晶界缺陷(界面阻坑增加)。
另外，单晶应对界面压力时，会导致不同单晶颗料取向不一致，可能会使
正极的晶体结构改变，产生不可逆的体积热膨胀。
可以说这问题没解决，单晶的高电压优势等于废了，况且在热膨胀可能发生的
前提下，其他优势荡然无存。
既然正极的单晶没法动，那只有动电解液的脑筋了。
4.电解液的解决方案
当前电解液的溶质主流是六氟磷酸锂(LiPF6)，具有溶解度高、导电性好和
电化学较稳定的优点，是目前综合性能最好的锂盐，简单讲就是性价比高。
但LiPF6有两个致命的缺点：
(1)热稳定性不佳
LiPF6在高温下会分解产生五氟化磷，会使溶解分解，产生二氧化碳等副反应，
影响电池安全性。
低温下易结晶，使SOC大幅下降。
(2)对水很敏感
遇水容易水解成氢氟酸，氢氟酸还会反过来促使LiPF6水解，水和锂会生成
氧化锂，由于氧化锂的低电子导电性，它的积累会造成电子的阻碍。
这会导致电导率下降，使电池的电容和循环寿命变差，更严重会使电池过充，
进而产生大量气体，当电池无法排出气体到临界点，便会爆炸。
LiPF6的缺点对单晶是不可忍受的，一定要寻找相对应的替代品。
这时，双氟磺酼亚胺锂(LiFSI)横空出世。
LiFSI拥有全面辗压LiPF6的性能，导电率跟热稳定性比它高，又耐水解，
此优势使LiFSI在电池循环寿命、高/低温表现和安全性都比LiPF6出色。
唯一的缺点──贵！
LiPF6现在的价格大多在7-10万元/吨，电解液的价格才3-5万元/吨，LiFSI
就算已经大幅降价，一吨也要45万元。
LiFSI在电解液中的比例上升后，还要额外加锂盐使之钝化，不然容易腐蚀
正极集流体的铝箔，这些添加剂的锂盐不便宜，也推升LiFSI的应用成本。
现在大多做电解液添加剂，从原本加0.1%(LiFSI刚量产时，一吨破百万元)，
到现在2-10%。
好消息是近期LiFSI的产能会有数倍成长，天赐材料(002709-SZ)、
新宙邦(300037-SZ)和日本触媒(4114-JP)，在近期都有扩大生产的计画。
其中以天赐材料最为激进，现有2300吨产能，今年Q3预计扩产再加4000吨，
明年再加4000吨，有望把LiFSI的价格再往下杀。
目前还不知道蔚来LiFSI添加比例到几%，不过有BMS的电化学阻抗测算，
越多数据反馈，会让蔚来对电池包的效能与成本做更好的控制。
不晓得高电压单晶的试验过程会发生什么事，所以蔚来跟宁德时代合作的
电池包，增加很多安全设计。
为避免热失控的情况，应对LiPF6的热稳定性不佳和水解问题，在电池单体间，
有更好的隔热阻燃材料，还没法解决就利用无障碍烟道，在热膨胀时会迅速利用
压力排烟。
为防止高电压短路，有防高压拉弧的制程，把腐蚀电芯的额外带电去除，
把可能短路之处包覆。
并且有全天开启的热失控传感器(由汉威联合(HON-US)提供)，能在感知异常
第一时间主动开启电池液冷降温。
5.150度电池包之后的发展猜测
一旦高电压单晶的测试数据够多，LiFSI随着更大产能降价，会加速更加安全、
电池循环寿命更长的无钴高镍电池包到来。
很可能蔚来的150度电池包到来的时间会比想像的快。
到150度电池包后，蔚来不太会再把心思放在电池身上。
从150度电池包测算，此时电池包的能量密度已经到280Wh/kg附近，
单体电芯能量密度到320Wh/kg以上(视模组化效率而定)，
已经逼近QuantumScape(QS-US)的固态电池能量密度下限(380-500Wh/kg)。
况且150度已经足够满足普通车主的续航需求，再高的能量密度电池包，
有，更好；没有，也没差。
有媒体问过李斌，会宣布固态电池吗？李斌兴趣缺缺的带过。
可以表明蔚来对150度之后的电池发展兴趣不大。