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车用动力电池简史
1746年，如果不是荷兰的马森布罗克教授不慎将一个带了电的钉子掉进玻璃瓶中，人类或许不会那么早开启电力的时代，第二次科技革命或许也会被延迟几十年。现在更不会出现能够挑战燃油车的电动汽车。但是，从发明电池，到铅酸电池催生电动汽车出世，到锂电池大放光彩，再到用消费级电池“勉强”用于电动汽车，再到整车企业反向研究、生产车规级动力电池，真正达到车规级的动力电池，逐渐出现，但还未全行业普及。中国目前是全球第一大动力电池生产国，但在以往的探索中，并没有起到多大的技术引领作用。回溯这近两百年的车用动力电池历史，也许会帮助理解，怎样的动力电池，才是真正合格的车用动力电池。1、电池出世电池的起源还要从一只青蛙说起。1780年的一天，意大利解剖学家伽尔瓦尼在实验室解剖青蛙。当他的助手两手拿着金属器械同时碰触青蛙大腿时，其腿部肌肉会立刻抽搐一下。他认为，这种现象是因为动物躯体内部产生了一种电，将其称之为“生物电”，并发表了论文。不过，这位解剖学家弄错了。与他同时代的意大利物理学家伏特（是的，电压单位伏特，就是为了纪念他。有的译为：伏打），经过多次实验确认，青蛙的肌肉之所以能产生电流，是肌肉中某种液体在起作用。1799年，伏特实验发现，两种金属片中，只要有一种与溶液发生了化学反应，金属片之间就能够产生电流。伏特制成了世界上第一个电池——“伏特电堆”。伏特向拿破仑展示伏特电堆自此，两个金属片+液体组成了电池最初形态，后来很多物理学家在这一模式下继续探索。但是，由于有液体，而且往往用的是硫酸，所以搬运很不方便，应用非常有限。“干电池”在物理学家的努力下出现了。不过，如同现在很多“固态电池”，其实是半固态一样，这里的“干电池”，其实用的是糊状电解液。这里，法国的雷克兰士(George Leclanche) 1860年发明的碳锌电池，堪称代表。干电池的子孙后代枝繁叶茂。即便到现在，干电池还有100多种，并且大量产出。最早发明的碳锌电池，依然是现代干电池中产量最大的电池。干电池解决了方便搬运的问题，但是用完即废，无法重新利用。能不能有可以多次充电放电，反复使用的蓄电池？2、铅酸电池助力电动汽车首次繁荣其实，在干电池之前，蓄电池已经先面世了，只是并没有广为人知。1859，法国物理学家加斯东·普兰特（Gaston Planté）发明了铅酸蓄电池。对于电动汽车从业人士来说，此处应该鼓掌，终于电池有机会用到汽车上了。普兰特发明的铅酸电池原型法国人普兰特的铅蓄电池，在使用一段时间，电压下降后，可以给它反向电流，使电池电压回升，从而实现反复使用的目的。铅蓄电池的储能和反复充电的特性，让正在寻找新交通工具的另一拨科学家们注意到了。早在18世纪第一次工业革命，蒸汽机的发明推动了机器的普及，交通领域的革新也随之展开，但是由于蒸汽车辆太过笨重，而且速度还很慢，经常在城内到处的乱撞，引起了各种事故的发生，没有大规模普及。因此，马车仍然是人们出行的主要交通工具。欧洲地区和美国都有大量的马车租赁公司。富人可以拥有私人马车，其他人只能租赁马车使用。人们亟需一种便宜、简洁、安全的出行工具，铅酸电池的发明，提供了这种可能。1881年，法国科学家卡米尔·阿方斯·富尔（Camille Alphonse Faure）改进了电池的设计，第一辆用铅酸电池为动力的三轮车诞生，车重为160kg，但时速仅为12km/h。第一辆铅酸电池电动汽车同年，另一个法国人古斯塔夫·特鲁维利用这种电池制造出世界上第一台能够正常运转的电动车。在搭载一位乘员的情况下，这台连人带车106kg的三轮车，能以15km/h的速度行驶16km。不过这时的电动车还不能与马车竞争。一般来说，马车的时速在20km左右，最快时速可达60km，明显低于马车。1884年，英国发明家和实业家英国发明家和实业家托马斯·帕克（Thomas Parker）用他自己专门设计的高容量可充电电池，在伦敦制造了第一辆实用的电动汽车。1884年生产的第一辆量产电动车电池性能的提升，电动车的优势得以凸显。当时的电动车不仅比燃油车安静，而且其可靠性要远高于燃油汽车，并且更易于驾驶，并且价格低廉，是名流绅仕的首选。随着道路的逐步扩建和完善，人们对于车辆的用途不仅仅是城市代步和显示身份了，对于长途旅游出行也有了需求，电动汽车续驶里程短的弊端显现，当时电动车续航里程普遍在40-65公里范围，最高时速约在30公里/小时，已经不能够满足消费者需求。1899年，镍镉、镍铁电池被发明出来，由于当时这些碱性蓄电池的极板材料比其它蓄电池的村料贵得多，因此实际应用受到了极大的限制，不过，这也使得镍正极材料体系的电池开始进入人们视野。这一阶段主要是电池在车辆上应用的探索阶段。能够应用在汽车上的只有铅酸电池，但是其体积大、质量大、能量密度小、功率密度低，如果使用铅酸电池驱动家用汽车行驶200km以上，需要将近1吨的电池，无法达到实用，加上早期电力传动系统的制造成本过高等问题，没有最终流行。比电池汽车晚诞生的燃油汽车，则在欧美实业家的努力下，从车厂走向街头。1885年，戴姆勒和本茨几乎同时制成了汽油发动机，装在汽车上，以每小时12公里的速度行驶，获得成功。此外，意大利、俄国、美国的发明家也制造出内燃机汽车。1908年，福特开发出T型车，燃油汽车开始进入平民家庭。汽车进入了内燃机时代。而电动汽车受制于电池，并没有明显的进步，在长达半个多世纪陷入停滞。3、石油危机，各国加注电池研发燃油车大发展了七八十年，几乎是顺风顺水，但是问题来了。由于汽车普及，人们已经离不开石油。但是到了20世纪下半叶，全球连续发生了三次石油危机。特别是1973年，第四次中东战争打响，石油输出国组织（OPEC）宣布石油禁运、暂停出口，油价上涨，导致第一次石油危机。美国、英国和日本等发达国家意识到，将能源命脉掌握在其他国家手里是件危险的事情，必须摆脱对石油的严重依赖。自此，很多国家开始投入大量资源研究电池技术。这使得电池技术的发展迎来发展的新契机。另外，由于汽车广泛使用，汽车拥有量高，污染物扩散条件差的城市开始出现空气污染问题。现在苦恼中国的雾霾问题，在上世纪四十年就开始困扰美国加州人民。经过研究，确认汽车尾气是雾霾“元凶”之后，加州人民开始了持之不懈的抗霾斗争，主要途径，就是推动汽车减排，这也极大促进了车企探索汽车电动化，也就是把越来越多的电池，装到车上，用电力驱动。此时，电池技术的进步，为汽车电动化也提供了基础。（1）锂电池研发取得成果2019年的诺贝尔化学奖，授予了三位对锂电池发明有巨大贡献的三位科学家。他们的研究，正是在人类努力摆脱化石燃料，开启清洁电力时代的最有力探索成果。1976年，英国的科学家M.Stanley Whittingham提出了锂电池概念，并造出了可以充放电的锂电池，电压超过2V，但是安全性上还有很大问题，可以称得上是锂电池的奠基人。四年后，美国的John B. Goodenough研究出了钴酸锂电池。这个电池的电压比斯坦利研究出来的锂电池高一倍（4V）。1985年，日本吉野彰（Akira Yoshino）在Goodenough成果基础上，用更安全的锂离子替代了纯锂，发明了采用碳材料做负极的锂离子电池，从而让锂电池获得了更高的稳定性，确立了现代锂离子电池的基本框架。这三位诺贝尔化学奖获得者的努力，推动了锂离子电池的诞生和应用，电池进展就此加快。1997年，John B. Goodenough又开发出低成本的磷酸铁锂LiXFePO4正极材料，加快了锂离子电池的商业化。磷酸铁锂的优势在于安全，且充放电性能好、廉价、对环境无污染，具有优异的电池循环寿命、低自放电（库存存放寿命非常长），这使传统铅酸电池、镍氢、镍镉电池黯然失色。诺贝尔化学奖获得者（2）“前锂电时代”车企尝试不同电池装车在锂电池商业化之前，车企试图将其他新发明应用的电池装载在汽车，作为驱动能源。1990年，欧洲“城市电动车”协会成立，在欧共体组织内有60座城市参与，该协会帮助各城市进行电动汽车可行性的研究和安装必要的设备，并指导电动汽车的运营。欧洲的电动汽车中，标致106车型最为成功，其采用的是镍镉电池。当时欧洲各国的政府部门都在大量使用这款车。从1995年底开始，欧洲第一批电动汽车批量生产，此后欧洲各国都在继续发展电动汽车，取得了不小的成果。1996年，世界第一辆现代电动汽车通用EV1开始量产。早期的EV1使用铅酸电池组，续航仅为96公里。后期车型升级后，续航可以达到160公里。最后，EV1使用镍合金电池组，续航能够到达260公里。虽然，通用在不断升级电池，但是续驶里程过短的EV1仍然找不到销路，最终只生产了2000多辆。通用汽车只好在2002年宣布放弃该项目。绝大部分EV汽车都被销毁，仅存的一些进了博物馆。比如史密森学会下属的国立美国历史博物馆，你才能看到EV1。整体来看，EV1电池续航能力还是不足，有安全性的缺陷，当时的电池性能根本不能满足于乘用车的需求。这一阶段，车企为了提高车辆的安全性和续驶里程，开始尝试各种各样的电池。镍氢电池具有稳定性高、生产成本低、低温性能好、回收价值高等优点。但是它的缺点也比较明显，能量密度较低，并且循环次数也并不太高，因此，纯电驱动的车辆采用镍氢电池并不合适。电动汽车发展还需要能量密度更高、循环性能更好的电池。为什么不用锂电池？因为此时锂电池还没进入商业化阶段。4、锂离子电池推动电动汽车二次繁荣将锂离子电池商业化的，是日本人。吉野彰提出焦炭／LCO体系的锂离子电池之后。索尼将这一体系锂离子电池商业化，一开始重量能量密度仅为80Wh/kg左右，体积能量密度仅为200Wh/L（4.1V）。但是，此后，锂离子电池的发展进入了快车道，各种材料体系：钴酸锂、磷酸铁锂、三元作为正极，软碳、硬碳乃至硅碳作为负极，以及各种锂离子的变种层出不穷，性能不断攀升。业界一度以为，电池性能会像摩尔定理——每18个月翻一番——的速度提升。虽然“摩尔定理”在电池上并未发生，不过其进度和前景，让人们难以不敢轻视其想象空间。锂离子电池以容量大，电压高，循环性能好等优越性能在众电池中脱颖而出，成为最理想最有前途的电池。锂离子电池显然比铅酸、镍氢更适合作为车辆动力。总体而言，商业化以后的锂离子电池能量密度、循环寿命、充电倍率和安全性都空前地高，虽然比汽油能量密度还相差甚远 ，但在使用零排放、技术进步前景、规模化应用成本下降的背景下，逐渐被汽车厂接受。（1）锂离子电池上车1992年，日产开始研发电动汽车。日产与其他汽车企业不同的是，在研究电动汽车的同时，也在研究电池。根据日产的解释，当时市面上根本没有符合他们需求的电池，为了满足自己的需求及降低成本，研发电池势在必行。这或许是历史上第一次专门为车辆研发动力电池。1997年日产制造出汽车世界上第一辆使用圆柱锂离子电池的电动车Prairie Joy EV。这款车最高时速120公里/小时，每次充电行驶里程超过200公里——可以说，已经是像模像样的汽车了。世界上第一辆使用锂离子电池的电动车Prairie Joy EV自此，锂离子电池汽车正式登上舞台。或许是看到了动力电池的发展前景。2000年，材料界著名企业LG化学，也在密西根研发基地开始研发动力电池。2009年，LG化学也开始与现代起亚研发动力电池。此外，全球还有很多知名、不知名公司在研究电池，并试图作为车用动力电池，包括中国的比亚迪。比亚迪有多年电子产品和电池的研发生产经验。创始人王传福2003年收购秦川汽车，虽然一开始造的是燃油车，但心念所系，就是要做电动汽车。在电池性能有限的条件下，比亚迪的商业化路线是先做双模汽车。也在2003年，比亚迪开始立项研发双模电动汽车，并在2008年推出了F3DM双模电动汽车。双模电动汽车是燃油和电驱并行的两套系统驱动，还不是纯电动汽车。（2）特斯拉大胆抢得头筹各路英雄戮力研发，但都不太敢将电池用于纯电动汽车上，进行商业化。第一个吃螃蟹的，是如今天下皆知的特斯拉。这家2003年创立的公司，以伟大的电气工程师尼古拉·特斯拉为名，就是以开发电动汽车为目标。特斯拉的创始人之一马丁·艾伯哈德，是一个跑车爱好车，同时对于美国石油对中东的进口依赖以及对于全球气候变暖有着深刻的担忧。这最终促使他与马克·塔彭宁（Marc Tarpenning）共同创立特斯拉。两位创始人对电池并没有自研和生产的能力，唯一的选择就是去市场上选取合适的电池。经过神农尝百草般的试用，他们选中了已经长期标准化生产，一致性最好、能量密度较高、成本较低的18650圆柱型电池。2008 年，特斯拉Roadster 跑车面世。这应该是锂电池首次进入商用纯电动汽车。不过，18650电池是电子产品常用电池，其散热和安全，并不是为汽车产品设计的。为此，特斯拉运用了号称世界上最顶级的电池管理系统，来保证电池的稳定性。但是，6831节18650电池组成的电池系统，在传统汽车行业看来，是一个业余，至少是妥协的选择。（3）车用锂电池厂出现其他企业没抢到头筹，但也是紧锣密鼓，而且从出身和研究方向，都更像正规军。2009年1月7日，成立7年的A123宣布，计划在美国密歇根州东南部建电池厂，并称这将是“第一个车用锂电池工厂”。A123，成立于2001年，一开始并不是一家车用电池的生产企业。但它戴着MIT研究人员的光环。该企业的产业化始于电动工具用电池。刚创立时，只有美国能源部的科技专案经费10万美元。经过几年的发展，公司不断发展壮大，发展路线也日渐清晰，他们开始主攻动力电池市场，车用动力电池市场是其重中之重。就在A123宣布成立车用锂电池厂的同时，日产与NEC也在组建合资公司AESC。AESC主要从事锂电池单元、模块及锂电池组的生产，产品供应日产的电动车和混合动力车，当时的目的也是取代镍氢电池在电动汽车中的应用。2010年底，日产第一款纯电动汽车聆风（Leaf）上市。相比小批量的特斯拉Roadster，聆风真正意义上实现了电动汽车量产销售。A123和AESC应该是最早为电动汽车专门研发电池的企业。A123的独到之处是，其有办法将锂离子电池的磷酸锂铁正极材料，制造成均匀的纳米级超小颗粒，因颗粒和总表面面积剧增而大幅提电池的高放电功率，而且，整体稳定度和循环寿命皆未受影响。A123凭借其独到的技术迅速发展壮大，还获得美国能源部高达1500万美元的新一代HybridElectricVehicle（HEV）电池发展合约，这更代表其已经得到国家和国际汽车大厂的重视与信任，成为清洁能源汽车产业的标杆性企业。当然，A123也与美国通用、菲斯克、德国宝马等主流车企建立了供应关系。即使专业如A123，还是发生了大规模的召回事件。2012年，由于安装于菲斯克卡玛电动车上的动力电池在制作上存在缺陷，导致这些电池组提前失效，性能下降、寿命缩短。A123不得不对电池进行召回。2012年7月，这家掌握着磷酸铁锂电池的核心技术的企业，在累计亏损约7亿美元的背景下申请破产，最后被万向集团收购。另一边，AESC发展要顺利得多。AESC生产的锂离子动力电池主要搭载在日产聆风以及部分混动车型上。2014年全球动力电池供应商排名中，AESC仅次于特斯拉御用电池企业松下，位于榜单第二位。AESC一开始选择锰酸锂动力电池路线，产品以安全性著称于世，在能量密度上却并不突出。虽然AESC后来不断提升能量密度，但由于其供应品牌相对单一，导致其规模上不去，成本下不来。AESC最终也被日产转出部分股权，被中国的远景集团收购，但AESC还在向日产供货，也尝试抓住中国市场的机会。A123和AESC两家“正规军”，在能量密度、充放电倍率上表现不错，但在生产使用环节，一个败于安全，一个胜于安全。AESC装载的聆风电动汽车，全球起火案例屈指可数，和特斯拉已经数十起起火案例相比，安全性要高过一个量级。AESC的产品，在安全性上，无疑已经接近汽车级产品的要求。业界还在担心的是，AESC产品的能量密度还不够，一开始衰减也比较厉害。在此基础上，电动汽车和电池行业，吹响了车用动力电池研发生产的号角。因为，全球电动化形势，已经大为不同。特斯拉在Roadster之后，渡过美国金融危机，迎来Model S的巨大成功，后续Model X、Model 3更是将其推上全球电动汽车标杆之位。电动汽车风潮刮起。另外，全球各国政府日益重视环境问题，而内燃机汽车又曝出多桩排放造假丑闻，传统车企面临巨大压力。中国在发展电动汽车上投入重注，气势汹汹，令传统汽车大国心惊……诸多因素叠加，电动汽车潮流席卷全球，而电动汽车的核心竞争力，系于电池。越来越多的车企、电池企业，开始研发动力电池，希望抓住电动汽车的牛鼻子。5、向“车规级”动力电池进发新一轮动力电池的争夺，不再是特斯拉“有什么就用什么”逻辑，而是沿着A123和AESC引导的方向，以汽车的需求出发，定义车用动力电池，要求电池企业配合实现。在决定发力新能源汽车后，大众、宝马、戴姆勒、现代等企业不约而同向上游布局动力电池，重金投入研发不说，还参与电池生产。他们很多都建立了电池研发中心，有的设立独资或合资企业生产电池。他们起手的标准，自然而然地，就是引用车规级零部件的要求，做车规级动力电池。中国将新能源汽车作为战略新兴产业，投入巨大资源。中国的动力电池企业也较早实现装车并商用化，也开始了车规级动力电池的探索。其中代表的企业是比亚迪和宁德时代。比亚迪在F3DM之后，也在2011年开始推出纯电动车型，并且从电动大巴、电动出租车切入，逐渐扩展到私人电动汽车产品。比亚迪既产汽车，又产电池，在应用层面走在前列。比亚迪长期是全球第一大电动汽车生产商，如今虽然被特斯拉超越，但仍然是领先企业之一，在动力电池上，也一直按照汽车需求在改进提升。比亚迪造车历史不算长，尚不能代表汽车企业的标准，但是，近期，丰田、奥迪这样的传统汽车豪强，都表示要和比亚迪合作，采用比亚迪的动力电池。这表明，比亚迪的动力电池，已经接近汽车世界级标准。另一家企业，宁德时代成立于2011年，其前身是消费电池巨头ATL。宁德时代第一个动力电池业务就是与华晨宝马合作。宝马集团曾向宁德时代提供了800多页纸的动力电池生产标准。为帮助宁德时代生产出符合华晨宝马要求的动力电池，宝马集团高级工程师在宁德一待就是两年多。最终，宁德时代的动力电池装载到了宝马多款电动、插电式混动上，目前已经是宝马第一大动力电池供应商。由于宝马的“认证”效应，其他车企认为，宁德时代的产品应当是符合车用动力电池标准的，因此纷纷采购。2018年，宁德时代成为全球第一大动力电池供应商。到2018年，中国动力电池累计产量70.6GWh，占全球一半左右。我们推算，全球累计装载到汽车上的动力电池，已经近400GWh。但是，对于汽车用动力电池，是否我们已经充分掌握了？电池用在汽车上，是不是已经没有问题了呢？谨慎地说，并不是。比如安全性隐忧。特斯拉电动汽车风靡全球，但其起火事件不少。尽管马斯克历次举证，起火概率并不比燃油车高，但仍然难解外界质疑。一个有力的质疑是，燃油车的起火，往往源于车主滥用。而电动汽车起火，可能车主、车企都不知道是什么原因。在多起起火事件之后，特斯拉还调低了动力电池可用区间，显示其对动力电池的耐久性并无信心。比如能量密度和成本还有待进步。虽然现在一辆主流电动汽车续航里程已经超越400公里，比其前辈提升了很多，但和燃油车还有距离。另外，因为电池贵，一辆电动汽车，要比燃油汽车要贵不少。比如全生命周期的一致性还需要提升，在使用两三年之后，很多电动汽车续航里程大打折扣，但燃油车并无此问题……问题涉及各个方面，总而言之，是动力电池，能否达到像其他车用核心零部件一样的标准？也就是说，动力电池是不是达到了“车规级”？（1）“车规级”概念引入动力电池车企、动力电池都在潜心研发车规级动力电池。不过，一个新玩家，把“车规级”概念，推动成为全行业和媒体热议的话题。2019年11月27日，蜂巢能源常州动力电池工厂投产。他们提出了“车规级”电池厂概念。蜂巢能源脱胎于2012年成立的长城汽车动力电池项目组。它天生带着汽车厂的视角，去寻求合格的动力电池。2016年，该项目组升级为动力事业部；2018年2月，又成为蜂巢能源公司，从长城汽车独立，走向研发生产动力电池之路。其初心，就是要提供符合汽车要求的动力电池，也就是车规级动力电池。（2）车规级动力电池生产要求初步探索什么是车规级动力电池？虽然，现在有不少动力电池检测实验室、商业认证机构，但是在电动汽车应用方兴未艾之际，车规级动力电池的要求和知识，还没有得到行业性的总结和推行，而是散落在较早开始探索的车企、电池企业内部。
来源：电动汽车观察家
IBM宣称：电池研发取得新突破
参考消息网12月23日报道台媒称，美国科技公司IBM宣称已研发出一种电池设计，采用从海水萃取而成的材料，无需使用成本高昂的钴，为迫切寻找替代矿物原料的企业带来好消息。据台湾《经济日报》12月20日报道，IBM已和戴姆勒旗下的梅赛德斯·奔驰的研究部门、日本电池电解质供应商中央玻璃公司及电池制造商Sidus等公司合作，共同促进这款电池设计的商业发展。报道称，IBM研究部门副总裁杰夫·韦尔泽说，目标是在一年左右的时间推出第一款正常工作的原型电池。不过，IBM最终未必会采用这款设计来制造产品。报道指出，电动车电池制造商正努力减少锂电池的钴含量，且随着电动车市场持续扩张，可能导致钴供给短缺。IBM表示，这项电池技术已证实比锂电池更优异，包括成本更低、充电时间更短，能源效率也更高。另外，IBM也与东京大学合作开发量子运算的初步实际应用，来促进量子运算的发展。根据这项协议，IBM为科学用途设计的量子运算系统Q System One，将安装在IBM设在日本的一座设施，这在日本地区是首例。报道称，IBM正与“字母表”公司及微软等科技公司竞争谁最先把量子运算技术商业化，这项技术有助加速人工智能及化学等领域未来几年的发展。
来源：参考消息网
动力电池退役期到来之前，我们需要了解什么？
据统计数据显示，2018年中国新能源汽车的销量为125.6万辆，其中纯电动汽车为98.4万辆，占比78.3%。截止到2018年底我国新能源汽车保有量也仅为261万辆，其中纯电动汽车为211万辆，占新能源汽车总量的81.06%。2019年1-11月，我国新能源汽车销量为104.3万辆。以上的数据可以看出，除了新能源的高速发展外，动力电池的回收问题，也会在将来的某一天集中爆发。如果我们不能在动力电池退役前想到最好的处理结果，那么无论对自身还是社会，都将产生巨大影响。根据工信部今年2月份发布的《新能源汽车动力蓄电池回收利用调研报告》显示,我国动力蓄电池累计配套量超过131GWh，产业规模位居世界第一。配套类型上，磷酸铁锂、三元锂电池分别占比约54%、40%。我国的新能源汽车规模化量产始于2014年左右，而动力电池的寿命（目前普遍认为当电池衰减高于20%时便不再使用）一般是5-8年，最早一批成规模的动力电池已经处于淘汰临界点。预计到2020年新能源汽车的动力电池退役量将达到24GWh，相当于80万辆电动车的电池。而从近几年新能源汽车的增长速度来看，在达到此临界点之后,动力电池的退役数量将会越来越多。目前动力电池回收利用的两个主要方向是梯次利用和材料回收循环利用。前者可将新能源汽车淘汰下来的电池进行拆解改造，在诸如应急电力储能、低速电动车等领域继续使用一定时间；后者则会将电池进行彻底分解并资源化回收利用。梯次利用通常情况下，动力电池容量衰减至80%以下时，将不能完全满足汽车动力需求，但可梯次利用于其他领域。这一方式最典型的例子便是中国铁塔公司，其庞大的基站、储能布局，足够承接退役动力电池规模。2018年，中国铁塔公司宣布停止采购铅酸电池，转而将新能源汽车淘汰下来的电池用作其通信基站的备用电源，并在储能、对外发电应用场景加强业务拓展。不过梯次利用目前也面临一些技术问题，如离散整合技术和寿命检测技术。由于不同厂商生产的动力电池规格差异较大，缺乏统一标准，在拆解和重新组合时通常会遇到兼容问题。同时，电池的容量、电压、内阻等在梯级利用时，会在很少的循环次数下形成断崖式下跌，对后期使用维护造成极大困难。整体来看，梯次利用的投入成本仍高于采购新电池的成本，虽然消化退役电池的优势明显，但在目前的条件下并不具备性价比。拆解再生动力电池拆解再生主要集中在对正极材料的回收上，一般流程为：放电、拆解电池系统、拆解电池模组、电池包处理和材料提纯。主要环节在于电池包处理和材料提取，在这两个环节采用物理、化学或者生物的方法，将废旧动力电池中的金属元素提纯和回收。以目前磷酸铁锂电池回收为例，有统计指出,一吨废旧电池提取的材料价值8110元，但相应的回收成本高达8540元。而三元锂电池由于含有更多的可回收金属，利润有保证，但在尚未形成规模化效应之前也是需要企业承担一定风险的。然而，当随着技术的进步，动力电池回收变得有利可图时，又难免会产生小作坊式违规回收处理的现象。例如当年很多小作坊式的回收站利用王水溶解出手机等电子产品中的贵金属，将材料和废液随意排放丢弃，对环境造成了巨大的危害。因此，动力电池的拆解再生会是一个涉及技术、政策、资金等多个方面的极其复杂的系统，需要政府联合车企、科研机构、电池生产厂、第三方回收厂等多方密切配合。那么除了这种方式，我们还要在电池报废前，让它尽可能的延长生命周期。如果车辆长时间不用，一定要定期检查电量并及时给车充电，避免长期闲置导致电池亏电，及其影响电池容量及电池寿命。同时，在使用过程中，尽量的保持良好的驾驶习惯。其实现阶段已经有很多企业在关心动力电池的回收问题，也努力在动力电池回收的市场中夺得一席之地。因此，我们并不需要对这一问题进行过度的担心，这是新能源发展历程中必经的阶段，当我们解决了技术问题，那纯电动的能源势必会成为下一个时代的主要动力。
来源：腾讯汽车
新技术 让动力电池更高能
“只有保证材料的安全可靠，才能做出安全稳定的动力电池及电动汽车。”北京当升材料科技股份有限公司董事、总经理李建忠一语道出了动力电池材料的重要性。伴随着新能源汽车的发展，动力电池材料研发技术不断获得突破，新型电池材料、新型高性能电池产品不断涌现。当前高比能材料研究进展如何？未来动力电池的发展趋势又是什么？高镍三元材料仍是主流目前，新能源汽车主要采用的是锂离子电池，主要由正极材料、负极材料、隔膜和电解液四部分组成，其中，正极材料是提升电池性能的关键，根据使用材料不同，分为钛酸锂、钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、镍钴锰酸锂（NCM）和镍钴铝酸锂（NCA）六种。NCM、NCA就是俗称的三元锂电池。由于钛酸锂电池和锰酸锂电池能量密度相对较低，钴酸锂电池安全性较差，因此，三元锂电池和磷酸铁锂电池脱颖而出，分别在新能源乘用车市场及客车市场跻身主流地位。业内人士指出，国内研发的主要是NCM电池，NCA电池则主要由日韩企业生产。“从目前的材料来看，三元锂电池从原来的333、523、622一路发展到现在的811，不断更新升级。”李建忠说。李建忠提到的几个数字，指的是电池正极材料中镍钴锰的比例，“811”电池就是镍钴锰按8:1:1的比例进行搭配的三元锂电池。镍含量越高，动力电池能量密度可上升的空间就越大。“高镍三元材料仍是主流趋势，NCM811镍含量最高已经达到88%。”李建忠介绍说，“通过提升镍的比重，不仅能实现电池能量密度提升，还减少了钴的使用，一定程度上缓解了材料价格上涨带来的成本压力。”此外，“811”电池还可有效解决电池轻量化问题，在节省空间等方面优于普通三元电池。亿纬锂能股份有限公司技术部总监何巍表示，能量密度更高、成本更低的锂离子电池将是车企的核心需求，对于500公里以上续航能力需求，持续看好三元高能量密度材料；对于350公里以下的续航能力需求，在中、短期看好磷酸铁锂电池。电池热稳定性持续提升作为电动汽车的“心脏”，动力电池及材料的安全性始终是各方关注的焦点。对三元电池而言，镍含量不断提高，用于稳定结构的钴和锰含量相应降低，电池的稳定性也会大打折扣。对此，李建忠表示，三元材料电池仍有很多技术解决方案有待验证，但伴随着技术迭代，动力电池材料在设计、工艺改进、工艺掺杂和处理等方面均有了明显提升，热稳定性也有较大改善，“811”电池放热峰值已达到220-230℃。记者了解到，对正极材料改性是提高电池材料热稳定性的有效措施。常用的改性方法有两种，一种是表面包覆，减少活性材料与电解液之间的反应，同时减少正极材料过充中释放的氧气，起到稳定基体材料的作用；另一种是掺杂改性，目的在于提高材料结构稳定性，从而改善材料循环性能。目前，比克电池、力神电池、鹏辉能源、远东福斯特等动力电池企业都在积极研发三元材料，在包覆、掺杂等环节提出解决方案，开发容量高、循环寿命长、安全性能好的动力电池用正负极材料。李建忠指出，对于动力电池而言，安全是一个系统问题，并非只取决于材料的某个方面性能。材料、电池设计及制备等各个环节，都与动力电池的安全性能紧密相关，其中任何一个环节出现了问题，都可能给动力电池带来安全隐患。新型电池产品不断涌现在汽车“新四化”背景下，里程焦虑、安全焦虑和成本焦虑倒逼动力电池及产业链的企业在现有材料体系的基础上不断探寻新的方向。固态电池和燃料电池就是其中的代表。近日，工信部发布的《新能源汽车产业发展规划（2021-2035年）》（征求意见稿）显示，“实施电池技术突破行动，开展正负极材料、电解液、隔膜等关键核心技术研究，加强高强度、轻量化、高安全、低成本、长寿命的动力电池和燃料电池系统短板技术攻关，加快固态动力电池技术研发及产业化”，被列为“新能源汽车核心技术攻关工程”。“氢燃料电池系统的关键零部件，如电堆、催化剂、膜电极、双极板、密封材料等，我国目前已能够实现国产化，但规模化、批量生产的产业链还未完全形成，成本较高。” 清华大学教授李建秋道出了燃料电池的发展现状。业内专家指出，氢燃料电池更适合长途大型高速重载车辆（重型卡车、物流车、公交车等），将主要替代柴油机。固态电池兼顾安全性和续航里程优势，正在受到国内外企业的热捧：赣锋锂业年产亿瓦时级固态锂电池中试生产线已正式投产、蔚来与辉能科技合作打造固态电池包样车、美国能源部拨款用于固态电池的研发工作……专家表示，固态电池并非十全十美，仍有一些关键问题有待突破，如倍率性能偏低、充电速度慢、电解质材料缺乏等。记者注意到，市面上动力电池的新产品还有无钴电池、四元电池等等。对于未来动力电池新材料、新技术的发展，何巍表示，从产业化角度来看，动力电池新材料、新技术有两个评价维度，首先是技术成熟度，具备好的技术方向和技术成熟度的产品，才有产业化推广价值；其次是应用价值，如高镍材料或NCA，已经在电单车、电动工具等方面拥有近10年的应用经验，成熟后再应用到新能源汽车上。任何技术的发展都要循序渐进、脚踏实地。
来源：中国能源报
动力电池成本之“谜”
1、市场杀价/电池利润再降又是一年岁末时。回望2019，新旧力量正面交锋，科技创新加速格局重构，商业生态发生巨大变革。汽车之家行业频道推出《年终纪事2019》（查看所有）特别策划，深访新闻当事人与现象制造者，探讨影响产业命运的焦点话题，诠释行进中的汽车中国。本文是动力电池系列的下篇，上篇我们解析了竞争格局及变化（传送门），本文将聚焦动力电池成本走势。按照《汽车产业中长期发展规划》，到2020年，动力电池系统将力争能量密度达到260Wh/kg、成本降至1元/Wh以下，如今距离2020年仅剩十余天，电池产业达成这一目标了吗？另外，电动车在新四化趋势及全球低碳化/能源问题面前，被寄予PK燃油车性价比的重任；据测算，当动力电池系统成本降至0.65-0.70元/Wh时，电动车将具备与燃油车性价比相抗衡的能力。如今动力电池的成本距离比肩燃油车性价比还有多远？未来动力电池的成本还有多大的下降空间？本文将综合一线从业人员和行业专家的采访解答上述问题。一分钟速读全文：1、目前磷酸铁锂系统在能量密度140Wh/kg左右为前提的情况下，报价可低至0.8元/Wh左右；乘用车上搭载更为主流的三元锂离子电池，价格区间为0.8-1.2元/Wh；2、今年电池售价下降速度高于成本下降，前者今年下降约20%，后者降约8-10%；3、国内电池商售价和成本向宁德时代看齐，但宁德时代的电池成本高于松下和LG化学等日韩企业。■成本降10%/售价降20%，动力电池商“贴身肉搏”曾经的电池巨头沃特玛以负债197亿元轰然倒下、北京国能陷入停产欠薪门、湖北猛狮破产……与几年前资本与企业纷至沓来不同，2019年数不清的电池企业在热潮之后被“搁浅”，甚至几无出路。据真锂研究统计，2016年共有159家电池制造商有装机供应记录；到2019年，这一数据变成了70家，这意味着近90家电池商在两三年左右的时间里黯然退场。无论是已退出的还是即将离场的动力电池制造商，都直面着电池成本和售价这一现实性问题，若不能提供具备竞争力的价格，淘汰就不可避免。亿纬锂能董事长刘金成表示，对于国内绝大多数电池制造商来说，想要赢得这场“生存战”，首先就须在技术和成本等方面跟上宁德时代的脚步。据其透露，目前宁德时代的磷酸铁锂电池系统可做到0.8元/Wh左右，三元锂离子电池包在1-1.2元/Wh之间。拆开来看，其电芯成本约0.4-0.8元/Wh，电池PACK约0.3元/Wh，电池成组约0.1元/Wh。“我们现在主推三元方壳电池，成本和技术等方面基本跟得上宁德时代。”欣旺达副总裁梁锐坦言，2019年电池产业的竞争激烈程度超乎预期，这让他们紧跟行业龙头步伐，生怕一个不谨慎就被市场抛弃。“国家要求2020年把电池系统做到1元/Wh，2018年的时候大家对于这个目标都不相信，但就现在形势看，明年电池系统价格不仅会低于一块钱，甚至可能做到九毛钱。”汽车之家综合多方采访了解到，今年动力电池价格相比去年下降20%左右，目前磷酸铁锂系统在能量密度140Wh/kg左右为前提的情况下，报价可低至0.8元/Wh左右；乘用车上搭载更为主流的三元锂离子电池，价格区间为0.8-1.2元/Wh。但售价下降速度远远快于成本下降速度，据反馈，今年电池成本下降仅在8-10%之间。这意味着行业整体是以牺牲利润的前提下降价，行业毛利率从此前的40%降低至如今的20%左右。对于电池制造商来说，残酷的市场竞争加速了电池价格的下降，这对于行业有利有弊，有利的一面是电池价格下降有利于整车售价下调，便于更多消费者接受电动车，电动车市场份额的上涨将直接反哺上游的动力电池领域；弊端则在于电池制造商的利润空间被压缩，企业投入技术研发的资金规模或有所减少，不利于企业长期发展。对电池商来说，成本和售价之间的平衡关乎企业生存；但如果未能处理好另一个潜在风险，生存问题就显得更为迫切。■应收账款--电池商头上的达摩克利斯之剑汽车之家经多方采访发现，电池产业上下游普遍存在“3331”的付款流程，前面两个30%的货款到账一般不成问题，后面的40%则多遇阻碍。据电池制造商及其上游的材料/装备商反馈，后续40%的货款让企业应收账款居高不下，同时也是坏账高发区域。“应收账款过高其实不成问题，但如果订单质量不好，坏账计提等原因很可能导致企业暴雷。”墨柯认为，就电池出货量排名前十的企业看，除宁德时代和比亚迪外，即便是排名第三至第十的企业接下来也不排除有暴雷的可能，更遑论排名靠后甚至无法挤进榜单的小电池企业。汽车之家整理部分上市电池公司财报发现，除比亚迪（比亚迪电池目前主要供应自家产品）外，多数电池商的应收账款逐年上升，这不是一个向好的信号。以国轩高科为例，其应收账款从2016年的24.1亿元，增至2019年9月30日的70.9亿元，翻了近三倍；应收账款占总资产的比例也从2016年的20.9%上升到了2019年9月30日的30%。如今因应收账款率先暴雷的企业有国能电池和比克电池，被传停产欠薪的国能电池在今年7月22日首次回应，因12亿元应收款项尚未收回导致部分已离职员工未能兑付；比克电池则先后将众泰和华泰汽车告上法庭，诉求二者支付6.21亿元和2.63亿元应收账款。比克电池能否追回应收账款仍是未知数，但比克电池上游供应商如容百科技、当升科技、杭可科技、新宙邦等多家公司均于近日陆续发布了“关于客户比克电池应收账款风险”的提示性公告。应收账款占用的资金款越来越高，很可能几笔坏账或银行/债券利息就吃掉了一家企业一年的利润，但雪上加霜的是，“部分车企甚至以应收账款的强绑定关系要求更低的电池报价，”一位不愿具名的业内人士表示，应收账款是加速今年电池售价下降的因素之一，同时也加速了行业洗牌速度。这是因为前期举债扩张的企业，若不能依靠规模优势等压缩成本，应收账款又不能有效转化为实际经营现金流，就很可能导致部分企业一夕破产。2、企业降本/2023年可7毛■电池售价仍有下降空间，2023年或低至0.71元/Wh对电池制造商来说，即便当前面临价格战和市场洗牌等严峻形势，但无论是电池售价还是电池成本仍有下降空间。墨柯预计，接下来电池售价仍会逐年下调但幅度有所收窄，如2020年降10%、2021降8-10%……目前乘用车搭载的主流三元NCM523电池报价在1元/Wh上下，据此估算，电池售价或为2020年0.9元/Wh、2021年0.82元/Wh、2022年0.76元/Wh、2023年0.71元/Wh、2024年0.66元/Wh，这意味着电动车的性价比或将在2023年与燃油车形成抗衡。中国科学院物理研究所研究员黄学杰认为，我国动力电池产业仍处于“跑马圈地”的发展初期，即便是宁德时代等具备一定垄断地位的巨头，也会以牺牲一定利润为代价换来市场份额的扩张。正是基于此，电池价格的下探很可能出乎行业预期。然而未来电池价格战的形势虽严峻，但这不是最残酷的。因为我国企业即便是毛利率较高的宁德时代与国外制造商相比，电池成本也不占优势。瑞银（UBS）对特斯拉、松下、LG化学、三星SDI及宁德时代生产的锂离子电池拆解分析后得出，松下21700圆柱型锂离子电池的成本为111美元/kWh，LG化学的成本为148美元/kWh，三星SDI和宁德时代的成本均超过150美元/kWh。■动力电池商可从哪些方面降本？我国电池制造商应从哪些方面降低成本呢？主要方式有以下几点：第一，通过与车企合作关系的绑定锁定订单规模降本，如宁德时代与宝马签订的价值73亿欧元（约合人民币569.01亿元）的供货合同解决了其未来十年的部分产能释放，同时通过与上汽/广汽/吉利等成立合资公司的形式绑定了长期合作。第二，通过“买矿”降低材料体系的供应成本。如脱胎于长城汽车的蜂巢电池、宁德时代及材料商赣锋锂业均是澳洲锂矿Pilbara Minerals的持股股东，三者持股的目的基本是为以更低的价格获得稳定供货。赣锋锂业在认购股权公告中表示，双方协议，赣锋锂业未来将每年获取16万吨锂原材料供应，初始期限为十年；蜂巢能源总经理杨红新也透露，蜂巢能源为降低电池成本，将通过持股或并购等方式获得电池40%的关键材料。第三，通过投资不同的技术路线降低电池成本。比如NCM811电池路线除有效提升能量密度之外，还可提升镍/降低钴的含量，有效降低电池成本，因此成为如宁德时代、比克、力神、比亚迪、鹏辉能源、亿纬锂能等电池制造商热捧对象；蜂巢能源总经理杨红新也表示，公司将加大NCM811研发力度，同时储备无钴电池路线，目的也是为了降低稀有金属钴的用量降低电池成本。此外，工艺及装备的改进、电池良品率的提升、更精简的电池设计，如宁德时代的CTP技术、蜂巢能源的叠片技术等也有助于电池成本的降低。但包括杨红新在内的多数业内人士认为，这些客观技术的改进主要是为了提高产品性能或寿命表现，虽然可以降低成本但成效不大。值得一提的是，多家电池制造商反馈，被媒体热捧的电池回收对于电池降本并无明显成效，因为电池回收渠道小而散，且企业循环利用成本较高，布局的相关电池商很难从中盈利；另外，从废旧电池中提取镍、钴、锰、铝等金属的技术难度大，加上不同电池型号/技术体系庞杂，回收收益不能覆盖回收、运输、存储和材料分解工艺等方面的成本。“未来有可能从电池回收中获益甚至降低电池成本，但现在绝不是进入时机。”不愿具名的业内人士称。总结全文：从以上分析可以看出，动力电池的成本不仅牵涉电池技术路线、装备/工艺水平、材料体系价格波动等客观因素，还与因应收账款、企业发展等因素强绑定的合作关系等息息相关。对国内电池制造商来说，在如今行业发展远未成熟的情况下，只有通过有效手段实现规模降本，才有可能在接下来的市场混战中获得竞争优势及生存机会，从而笑到最后。（文/汽车之家 宋爱菊）
来源：汽车之家
动力电池产业链深度洗牌或将持续两三年
12月16日，北京迎来了今年入冬以来的第一场大雪。“雪停后，我特意去酒店外面深呼吸了几口，感觉特别清新、舒畅，”16日下午，爱驰汽车副总裁安继恒在第十届全球新能源汽车大会（GNEV10）上说道，之所以这么做，是想提前体验一下熬过“寒冬”之后的空气到底是怎样的？今年6月下旬新版补贴政策落地以后，新能源汽车产销五连降、动力电池装机量同比也接连下滑，整个产业链提早进入“寒冬”。事实上，想像安继恒一样提早体验一下“寒冬”之后环境的企业不在少数。但较为现实的是，摆在面前的问题是如何度过、熬过“寒冬”，这几乎是所有产业链企业都要思考、面对的问题。成本：绕不开的问题与传统汽车相比，中国政府对于新能源汽车的支持政策不可谓不多，这也是众多造车企业涉足新能源汽车的重要原因。但是今年6月25日补贴新政落地后，由于造车成本大幅增加，一些企业生产新能源汽车的积极性受到影响，新能源汽车产销均出现大幅下滑，部分月份跌幅甚至接近50%。同时，电池中国网预测，今年全年新能源汽车销量大概率会出现负增长。“补贴退坡，市场出现大幅下滑，说明市场的培育过程是艰辛的，我国整个产业链还不够成熟，综合成本依然很高，”中国汽车工业协会副秘书长叶盛基认为，这需要整车、动力电池等产业链各环节“加倍努力”。从传统汽车发展经验来看，通过规模效应可以大幅降低整车制造成本。这是否同样是新能源汽车的降本之道？广汽新能源副总经理肖勇认为，目前新能源汽车最主要的降本渠道依然是靠技术创新。“单纯追求规模化实现降成本并不适用当前的新能源汽车产业，通过智能制造、全产业链协同创新和平台化设计等技术创新，应是新能源汽车降本的主要途径。”作为电动汽车的核心部件，动力电池占电动汽车成本的三四成左右。补贴退坡，无论是整车企业、还是电池企业都在努力通过创新降成本。“过去十年，动力电池能量密度提升了3倍、新能源汽车续航里程提升了4倍、动力电池成本降低了80%，”宁德时代公共事务部高级经理刘子瑜表示，我们还在继续通过技术创新，探索性能和成本之间的最佳曲线，以应对成本压力，满足消费者对于续航和价格的需求。据刘子瑜介绍，宁德时代新推出的CTP解决方案已商业化落地，电池系统能量密度提升10-15%左右，成本大幅降低，已成为宁德时代应对补贴退坡，满足消费者续航要求的解决方案之一。除了通过工艺设计端的技术创新，材料端如继续突破成本更低的磷酸铁锂性能上限，制造端构建“车规级”智能工厂，提高动力电池良品率等也是电池企业在降本方面正在尝试的做法。根据彭博社财经的预测，当动力电池价格每千瓦接近100美元时，电动汽车便具备与传统燃油车在成本上抗衡的实力。基于此推断，不少车企认为，无补贴之后我国电动汽车真正的春天预计要到2021-2022年才到来。而这期间，需要企业练好内功、补足短板、精准定位。值得注意的是，也有人就电动汽车与传统燃油车成本之争提出了不同的看法。“当前业内关于新能源汽车与传统燃油车‘价格拐点’的讨论和博弈是静态的、物化的、传统的观点，智能网联一旦赋能新能源汽车，它的优势将会大大超越传统汽车，”北汽集团党委书记、董事长徐和谊认为，作为智能网联最好载体的电动汽车，与传统燃油车相比，不能只停留在价格上，而应该更多考虑智能网联赋能后的功能体验上。政策引进门 生存靠个人如同团购领域经历过“百团大战”、视频直播产业经历过“百播大战”一样，在新能源汽车产业发展初期，受高补贴诱惑，造车领域也出现过“百车大战”，电池企业也经历过“百电大战”。但是随着补贴快速退坡，整车、动力电池领域的优胜劣汰要比预期来得更早，产业集中度正不断提高。以动力电池为例，今年1-11月，装机量TOP10企业的市场份额已经达到88.03%，而11月份有装机的电池企业数量已缩减至51家。“补贴的出现，导致了很多资源涌向低端环节，过去几年我国出现了很多低端电动汽车、低端品牌，”小鹏汽车董事长何小鹏指出，通过发展新能源汽车实现汽车强国，我们需要好的品牌、好的技术企业，补贴退出对于这些专心技术和品牌塑造的企业是个很好的机会。此外，国际品牌如特斯拉、奔驰、宝马、大众都在中国加速推广新能源汽车，为市场竞争升温。“政策引进门，吸粉靠个人。”肖勇指出，电动化作为汽车产业变革的大势，不可逆转，而我国政府通过新能源汽车产业政策及早扶持和引导国内企业布局电动化，并在前期营造了良好的环境，但能否生存下去，并融入到全球汽车豪强阵容之中，还是要靠企业自身。当然，现在最重要的是先活下来。对于国内很多造车企业、电池企业来说，随着财政补贴大幅退坡，外资企业入华，能否度过“寒冬”，能否很好地活着都是非常严峻的问题。肖勇认为，未来新能源汽车的本质也是智能产品，所以从智能手机市场的发展结果，也可以大致推断出中国新能源汽车市场格局。“目前，苹果、华为、三星、vivo、OPPO和小米等6个品牌占据了中国智能手机市场超过90%的份额；在经历优胜劣汰后，中国新能源汽车市场或将会形成4-6家品牌的规模，找准自身定位，对一些企业来说，能活着就很重要。”值得注意的是，动力电池市场的竞争激烈程度也不亚于下游的汽车市场。动力电池同样面临着补贴退出、外资入华、技术快速迭代等激烈竞争。电动汽车市场假若真的在2021-2022年到来，那么这期间，动力电池领域无疑还将经历持续洗牌调整，而能否生存的砝码或许也如汽车企业一样，是否具备科技（产品、服务）和成本（资本）的竞争能力，以及合适的市场定位，这些都将是未来竞争的关键。
来源：电池中国网
