问题

错综复杂的国际竞争格局下,中国新能源汽车产业有哪些“卡脖子”技术难题亟待突破?

回答
当前,我国新能源汽车产业在举世瞩目的成就背后,依旧面临着一些盘根错节的技术难题,尤其是在错综复杂的国际竞争格局下,这些“卡脖子”环节的突破变得尤为迫切。这些难题并非孤立存在,而是相互关联,共同构成了制约产业高质量发展的关键节点。

一、核心电池材料与制造工艺的深层依赖

虽然我国在锂电池产业链的布局上已取得领先地位,但某些关键的矿产资源、高纯度材料提炼以及先进的制造工艺,仍旧受制于人。

关键矿产资源保障与精炼技术: 锂、钴、镍等是动力电池不可或缺的元素。我国虽然在锂资源储量上有一定优势,但高端锂盐(如电池级碳酸锂、氢氧化锂)的提纯技术,以及全球范围内钴、镍等稀有金属资源的获取,仍存在地缘政治风险和技术壁垒。部分海外公司在这些矿产的开采、选矿、提纯方面拥有先进的技术和成熟的工艺,我们虽然也在积极布局,但要完全实现自主可控,需要攻克高效率、低能耗、环保型的提炼技术,并建立更加稳固的供应链体系。

高性能正负极材料的极限突破: 尽管我国在三元锂电池正极材料(如NCM、NCA)和磷酸铁锂(LFP)材料方面已实现大规模量产,但要进一步提升能量密度、循环寿命、安全性和快充性能,特别是在高镍低钴(甚至无钴)正极材料、硅碳负极材料、以及未来可能主导的高性能固态电解质材料等前沿领域,仍面临着材料设计、合成、改性以及规模化生产的诸多挑战。例如,高镍正极材料的稳定性差、容易发生副反应的问题,硅碳负极材料在充放电过程中体积变化大导致的衰减问题,这些都需要在原子层面、分子层面进行精密的调控和设计,这背后是对材料科学、化学工程的深厚功底要求。

高端电池制造设备与精密加工: 电池的性能很大程度上取决于其制造过程的精度和稳定性。例如,电极涂布的均匀性、卷绕的精密性、注液的纯净度、以及自动化程度,这些环节都依赖于高精度的制造设备。在一些关键的设备部件,如精密涂布机、卷绕机、以及自动化检测设备上,我们对国外先进设备仍有一定依赖。这些设备的设计制造,涉及超精密加工、材料科学、自动化控制等多个领域,其技术门槛极高。

二、电机电驱系统的效率与集成瓶颈

电机和电驱系统是新能源汽车的“心脏”,其效率、功率密度、集成化程度直接影响着整车的性能和续航。

高性能电机材料与制造工艺: 尽管我国在永磁同步电机领域已相当成熟,但在更高效率、更高功率密度的电机设计上,特别是使用新型磁性材料(如高性能稀土材料,或者在极端条件下仍能稳定工作的材料)和先进的绕组技术(如扁线绕组、Hairpin技术),以及电机制造中的精密加工和绝缘技术,仍有提升空间。某些特殊规格电机、高转速电机以及应用于极端环境(如高低温、高海拔)的电机,其设计和制造的knowhow仍需进一步积累。

先进功率半导体器件的国产化与性能提升: 功率半导体器件,尤其是IGBT(绝缘栅双极型晶体管)和MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管),是电驱动系统的“大脑”。我国虽然在IGBT领域取得显著进展,但与国际顶尖水平相比,在耐压等级、电流密度、开关损耗、热管理能力等方面仍有差距。特别是 SiC(碳化硅)和 GaN(氮化镓)等第三代半导体材料的应用,它们在提升效率、降低损耗、提高工作频率方面具有天然优势,但其材料生长、外延、器件设计、以及大规模可靠制造技术,仍然是少数国际巨头牢牢掌握的核心技术。车规级 SiC/GaN 芯片的稳定供应和成本控制,是当前亟待解决的“卡脖子”问题。

电驱动系统的集成与热管理: 将电机、电控、减速器进行高效集成,并实现精准的热管理,是提升系统效率和可靠性的关键。如何实现多合一、三合一甚至更高级别的集成,减少冗余件,降低重量和成本,同时保证散热效果,避免过热降容,这需要深厚的系统工程能力和跨领域的技术整合。

三、智能化网联化核心技术的独立自主

随着汽车智能化、网联化水平的飞速发展,围绕数据、算法、算力以及核心芯片的竞争日益激烈。

汽车芯片的“中国芯”突破: 这是目前最受关注的“卡脖子”环节之一。从 MCU(微控制器)、CPU(中央处理器)、GPU(图形处理器)到 ADAS(高级驾驶辅助系统)芯片、车规级 AI 芯片,以及车用通信芯片(如 5G 模组、WiFi 芯片),我国在高端车载芯片设计、制造(尤其是先进制程的晶圆代工)、以及验证测试方面,与国际领先水平存在较大差距。一些关键的 AI 算力芯片、车载操作系统核心组件、以及高可靠性车载传感器(如激光雷达、毫米波雷达等关键部件)的自主可控,直接关系到我国新能源汽车在智能化领域的未来竞争力。

自动驾驶算法与高精度地图的持续优化: 虽然我国在特定场景下的自动驾驶技术已处于世界前列,但要实现全场景、全天候的高级别自动驾驶,对算法的鲁棒性、泛化能力、以及大规模数据的处理与学习能力提出更高要求。同时,高精度地图的采集、处理、更新以及安全可靠的众包更新机制,也是保障自动驾驶安全性的关键,这背后涉及到复杂的软件工程、大数据处理和地理信息技术。

车规级操作系统与软件生态的构建: 汽车的电子电气架构正经历从分布式向集中式演进,操作系统成为核心。我国需要建立自主可控的车规级操作系统,以及围绕该系统的应用软件开发生态。这不仅需要核心操作系统的技术突破,还需要大量的软件人才和产业链的协同,才能形成强大的软件生态壁垒。

四、整车轻量化与先进制造工艺的创新

在追求长续航和高性能的同时,轻量化是新能源汽车的关键。

高性能轻量化材料的研发与应用: 虽然我国在铝合金、高强度钢等传统轻量化材料的应用上已积累丰富经验,但在镁合金、先进复合材料(如碳纤维增强聚合物)等新型轻量化材料的研发、生产工艺、以及在汽车上的大规模应用方面,仍需加大投入。特别是碳纤维的生产成本、成型工艺以及相关的连接、修复技术,是制约其广泛应用的主要因素。

智能化焊接与连接技术: 随着新材料的应用,传统的焊接和连接技术需要升级。例如,异种材料的连接(如铝与钢、铝与碳纤维),以及高精度、高效率的自动化焊接技术,这些都对设备精度、工艺参数控制、以及检测手段提出了更高的要求。

总结而言, 中国新能源汽车产业面临的“卡脖子”技术难题,并非单一环节的孤立问题,而是由基础科学研究、材料科学、化学工程、电子工程、机械工程、信息技术等多个学科领域的交叉融合所构成。要实现真正的自主可控和产业升级,需要长期、持续、深入的研发投入,打破学科壁垒,加强产学研用协同,并在全球化的背景下,既要立足自主创新,也要审慎应对国际合作与竞争中的潜在风险。这不仅是技术问题,更是国家战略和产业生态建设的系统工程。

网友意见

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首先我们要区分一下“真卡脖子”和“假卡脖子”问题之间的区别

所谓“真卡脖子”,就是国际环境中的某方可以进行有效威胁 —— 若中国不答应它的条件,它有能力让中国遭受不可承受的损失。而且中国没有合适烈度的反制措施——总不能上来就说对扔核弹吧?

例如石油问题,可以让中国2亿汽车变成废铁(当下损失)、社会出行习惯被迫改变(马车出行)、城市结构需要重塑(半径减少)、生产力效率遭受毁灭打击(重卡货运)

所谓“假卡脖子”,就是可以让中国在短期遭受严重损失,甚至让中国被迫去点非最优的科技树,但中国可以花5-10年挺过来,最终结果是杀敌1000,自损800。比如汽车芯片就是 —— 必要的芯片都能自己造,造不出来的芯片不是很必要。

做出区分之后,我们先讨论哪些是真卡脖子的问题。

我觉得主要还是两个方面,一个是资源短缺,二是某个技术太难

资源短缺方面,石油就不用说了,这几乎是中国发展新能源的最重要原因。锂电池方面,锂、钴现在还不缺,但每年都造一千多万辆电动车,那就很缺了

应对措施:钴方面,可以造没有钴的电池,比如磷酸铁锂。目前磷酸铁锂电池也可以支持400-600公里续航的电动车了,考虑到未来充电基础设施的补足,这肯定是够用了 —— 这种情况下,国际环境限制我们的钴,就意义不大了。

这里要强调一下,怎么理解卡脖子这个问题? 比如说,如果认为钴有可能卡脖子,则我们就发展磷酸铁锂,作为反制措施 —— 当反制措施成熟了,就不再会发生卡脖子问题了。这和下面三个例子是一致的

  1. 当中国的粮食安全有足够的安全空间时,就不会发生在粮食上对中国卡脖子的问题。
  2. 当中国的电动汽车发展足够成熟时,就不会发生石油卡燃油车脖子的问题。
  3. 当中国的无钴的电池足够成熟时,就不会在钴这个问题上卡脖子。

类似的,宁德时代发展钠离子电池,对锂离子电池的互补性也许没有那么强,但可以提前应对锂资源的卡脖子问题。

某个技术太难的方面,比如说光刻机。光刻机可称得上全人类智慧的结晶,集结了各国的先进技术。如果哪一天中国必须要自己研发了,就算不考虑知识产权问题,可能也发现中国一个国家,去支撑起这一个科技树也许还是太小了以至于没效率。

设想两个地球,另一个大地球的政治、文明与咱们这个地球完全相似,但半径大一倍、总人口是8倍,可以预见的是,这个大地球的市场更大、协作更多,能够实现的文明上限也更高。像这种太难的技术,如果中国真的被迫要自己搞,也许真的是没效率的。因此,这也属于“真卡脖子”技术

当然,没效率也不是不能用,效率低个30%、低个50%都可以接受,可别低90%就行。

然后我们再说一下假卡脖子问题。

这个问题我其实已经论述过了,先贴出链接,然后为了大家方便阅读,再贴出与本文有关的部分:

车芯片主要分为三大类:传统汽车控制芯片、自动驾驶芯片、智能座舱芯片

其中,真正卡脖子的只有自动驾驶芯片和智能座舱芯片,卡脖子的关键因素是工艺制程。例如,明年的高端智能电动车将搭载英伟达的orin芯片,算力达512-1024TOPS;今年的高端电动车搭载的高通骁龙8155芯片,二者都是7nm制程。

7nm制程,接近于台积电的工艺极限,也是国内实现不了的技术水平。一些大陆的芯片厂商,例如地平线的征程5也能达到512TOPS,也能支持高端自动辅助驾驶,但同样依赖台积电的工艺。

如果局势真的到了卡脖子那一步,那中国的自动驾驶与智能座舱技术水平肯定要受限,就像华为现在退出了智能手机的最高端的竞争,把苹果喂饱一个道理。

但这两类芯片,也没有想象得那么关键 —— 即便没有最高端的自动驾驶与智能座舱芯片,智能电动车还是能造出来的,只不过在智能汽车的竞争中会慢一些;退一万步,就算不智能了,车还是能造的啊,出行并不受影响,这和石油禁运后燃油车就成废铁是两个性质的问题

再聊聊传统汽车芯片 —— 比如说各种电子电器部件的传感器,大都不是最先进的制程,28nm已经了不得了。 这些芯片也是当前汽车芯片短缺的主要症结,而且并不是只有中国缺,是全世界都缺。

传统汽车芯片被卡脖子的可能性更小 —— 因为这些芯片中国也是能造出来的。目前中国替代的芯片很少,并不是因为造不出来,主要原因是车企没有动力去切换国产供应商 —— 不一定能降低多少成本,再考虑到验证的成本,综合成本可能更高;万一出了问题,车子交付都延期了,那损失更大。

但是,如果真的被卡了脖子,那中国企业可就有动力去自己造传统汽车芯片了,而且政府也会大力支持,以抵消切换供应商带来的成本,这个速度会非常快。

即便没有卡脖子,目前遇到了全球性汽车芯片短缺问题,其实也是中国汽车芯片企业发展的一个很大的契机 —— 从车企的角度来看,去黑市买涨价百倍的芯片,还不如试一试量大管饱的中国供应商;多了一个中国供应商,说不定能解决当下的问题,也对长期的供应商管理非常有利

正所谓中国的一句古话: 祸兮福所倚 福兮祸所伏。

对了,除此之外还有功率半导体,以前也是卡脖子问题,但比亚迪有所突破。比亚迪在其它方面也许有很多不读,但在一些硬核技术上,的确是有很大贡献的。详见:

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简单说一下。

卡脖子这个事情,在全球化背景下,对于汽车行业是基本是无解的。

因为全球产业链高度分工,一个国家很难解决复杂工业品的所有产业链,即使是美国,芯片也要被台积电,三星卡脖子,不是它造不了,而是它的产能没有需求大。

中国被卡脖子的形势比美国要更严重一些。

因为,中国现在和俄罗斯、巴基斯坦、伊朗,朝鲜算盟友。而与整个西方世界算对立。

不幸的是,现在整个汽车的供应链,以及制造设备的供应链是西方这些盟国提供的。

芯片问题,所有人都知道了。

中国如果芯片产业链被断供,自己的材料,自己的设备,90nm量产都做不到,甚至不限制工艺,250nm都行,中国也得解决一些卡脖子原料的问题。

虽然汽车要求的工艺不高,但是车规级要求要比普通芯片严格的多。

芯片产业链一断,中国是造不了车的。

电池方面,中国还行。搞无钴电池,中国的锂还是有的。原材料不会被卡死。能被卡的就是一些制造设备。

这些设备不像芯片设备那么变态,都能远程锁机变成废铁。

你买了就是你的了,对方限制不了你。

电机方面,比高精尖可能弱一点,但是能用层面的中国不缺,中国可以从矿石做到电机。

在一些基础元件方面,中国也比较弱。因为涉及到基础的材料,中国不行。只能降低级别。有无问题不会卡住。


总体来说,对于中国新能源的产业链还是乐观的。

因为最大的市场在这,供应链厂商为了不被卡脖子和成本问题,会慢慢搞本土制造。

只要西方国家不封锁,现在缺的慢慢都会补上。

但是,如果对方针对性封锁,列清单,不允许技术和设备进口,这些东西就很难补课了。

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