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详解2019诺贝尔化学奖：他们发明了世界最强大的电池
北京时间10月9日消息，瑞典皇家科学院决定将2019年诺贝尔化学奖授予约翰·古迪纳夫（John B。 Goodenough）、斯坦利·威廷汉（M。 Stanley Whittingham）和吉野彰，以表彰他们对锂离子电池的研究。这种可充电电池为手机和笔记本电脑等无线电子产品奠定了基础，还使一个无化石燃料的世界成为可能。从为电动汽车提供动力，到储存可再生能源，锂离子电池展现出了广泛的用途。引言电能为我们的生活提供了能量，无论何时何地，我们都需要电能。如今，即使附近没有电源插座，我们也可以十分方便、高效地获取电能。我们的移动方式越来越无拘无束，对电线的依赖也越来越少，可以在一个可能更健康的环境中享受高机动性。这一令人瞩目的发展是由高效的储能设备实现的。高容量电池使各种电动工具和车辆成为可能。原则上，我们都可以便捷地使用手机、相机、笔记本电脑、电动工具等，依靠高效的电池为它们提供动力。随着现代电池技术的发展，电动汽车也越来越受欢迎。我们正处在摆脱化石燃料汽车的时代。此外，有效的能源储存是对不稳定的能源（如风能和太阳能）的重要补充。有了电池，供需链可以随着时间的推移而平衡，即使在没有能源产出的情况下也是如此。在很大程度上，锂离子电池使这些发展成为可能。这种电池彻底改变了能量存储技术，并促成了移动革命的实现。通过锂离子电池的高电势，高能量密度和高容量，这种电池类型为改善我们的生活做出了巨大贡献，并将在未来几年继续发挥作用。然而，总体而言，电池的发展非常艰巨且具有挑战性，尤其是锂电池。自1800年亚历山德罗·伏特提出他著名的“电池堆”以来，无数的科学家和工程师为电池的开发投入了巨大的努力。从基本结构上，电池的工作原理是相对简单的。电池由两个电极组成，每个电极连接到一个电路，电解液可以容纳带电的物质。通常情况下，电极之间被一种隔离材料隔开，这种隔离材料可以防止电极之间的物理接触，从而避免电池短路。在放电模式下，当电池驱动电流时，负极（阳极）发生氧化过程，导致电子从电极流出并穿过电路。在正极（阴极）会发生一个互补的还原过程，从电路中获得电子。电池电压很大程度上取决于电极的电势差，整个过程是自发的。对于可充电电池，这一过程可以逆转，外加电流可作用于电极，产生互补的氧化还原反应。这个过程是非自发的，需要能量输入。许多在学术界、工业界甚至是独立工作的科学家和工程师都为电池的发展做出了贡献，他们也深深理解开发高效电池是一项非常困难的任务。因此，电池发展相对缓慢，只有极少数有效的电池配置在设计成功后应用多年。例如，我们仍然依赖于19世纪中期发明的铅酸电池。尽管如此，通过一系列突破性的多学科科学发现，包括电化学、有机和无机化学、材料科学等，研究人员解决了诸多挑战，终于锂离子电池成为现实，从根本上改变了我们的世界。背景一种元素很少在戏剧中扮演核心角色，但2019年诺贝尔化学奖的故事中，有一个明确的主角：锂。这是一种在大爆炸的最初几分钟内产生的古老元素。1817年，当瑞典化学家Johan August Arfwedson和Jns Jacob Berzelius从斯德哥尔摩群岛乌托矿（Ut Mine）的矿物样本中提纯出这种物质时，人类才知道它的存在。Berzelius将这种新元素命名为“lithos”，这个词在希腊语中意思是“石头”。尽管名字很厚重，但它却是最轻的固体元素。这也正是我们有时几乎不会注意到手机的原因。更确切地说，瑞典化学家实际上并没有发现纯金属锂，而是发现了一种盐形式的锂离子。纯锂引发了许多火灾警报，尤其是在我们将要讲述的故事中；这是一种不稳定的元素，必须储存在石油中，这样才不会与空气发生反应。锂是一种金属，其外电子层只有一个电子，因此有很强的动力把这个电子留给另一个原子。当这种情况发生时，就会形成一个更稳定的带正电荷锂离子。锂的弱点是反应性，但这也是它的优点。20世纪70年代初， 斯坦利·威廷汉开发了第一块功能齐全的锂电池，他利用了锂释放其外层电子强大驱动力。1980年，古迪纳夫将电池的电势提高了一倍，为开发更强大、更实用的电池创造了合适的条件。1985年，吉野彰成功地从电池中去除了纯锂，而是完全基于锂离子，因为锂离子比纯锂更安全。这使得锂电池成为了实际可行的电池。锂离子电池给人类带来了巨大的好处，使笔记本电脑、手机、电动汽车以及太阳能和风能的储存成为可能。我们将回到50年前，回到锂离子电池最初的时代。石油阴霾使电池研究重获新生最初的可充电电池的电极中含有固体物质，当它们与电解液发生化学反应时就会分解。这一过程会损毁电池。斯坦利·威廷汉的锂电池的优点是，锂离子储存在阴极的二硫化钛空间中。当电池使用时，锂离子会从阳极的锂流向阴极的二硫化钛；而当电池充电时，锂离子又会回流。20世纪中期，世界上使用汽油的汽车数量显著增加，汽车排放的废气使大城市里的有害雾霾更加严重。与此同时，人们日益认识到石油是一种有限资源。这一切都为汽车制造商和石油公司敲响了警钟。如果他们的企业要生存下去，就需要投资电动汽车和替代能源。电动汽车和替代能源都需要强大的电池来储存大量的能量。实际上，当时市场上只有两种类型的可充电电池：早在1859年发明的铅酸电池（目前仍然用作燃油汽车的启动电池）和20世纪上半叶发明的镍镉电池。石油公司投资新技术面临石油枯竭的威胁，石油巨头埃克森（Exxon）决定将其业务多样化。在一项基础研究的重大投资中，埃克森公司招募了当时在能源领域最重要的一些研究人员，让他们可以自由地做几乎任何想做的事情，只要不涉及石油。当以纯锂为阳极的电池充电时，会导致锂枝晶的形成。这些锂枝晶会使电池短路，引起火灾甚至爆炸。斯坦利·威廷汉是1972年加入埃克森公司的科学家之一。他来自斯坦福大学，从事某些固体材料的研究。这些材料中具有原子大小的空间，可以让带电离子附着在上面。这种现象称为嵌入（intercalation）。当离子在材料内部被捕获时，材料的性质就会改变。在埃克森，斯坦利·威廷汉和同事开始研究超导材料，包括可以嵌入离子的二硫化钽。他们在二硫化钽中加入离子，并研究其电导率会受何影响。威廷汉发现了一种能量密度极高的物质就像科学上经常发生的情况一样，这个实验带来了一个意想不到的发现。原来钾离子会影响了二硫化钽的电导率。当斯坦利·威廷汉开始详细研究这种材料时，他观察到它有非常高的能量密度。也就是说，钾离子和二硫化钽之间的相互作用具有惊人的能量。当威廷汉测量这种材料的电压时，发现可达好几伏，这比当时的电池好多了。斯坦利·威廷汉很快意识到是时候改变方向了，他转向了能为未来的电动汽车储存能量的新技术。然而，钽是一种比较重的元素，而市场上不需要装载更重的电池。因此，他用钛代替了钽，钛的性质与钽相似，但重量轻得多。作为负极的锂古迪纳夫开始在锂电池的阴极中使用钴氧化物。这几乎使电池的电势翻了一番，使其更加强大。于是，在锂离子电池的故事中，锂开始占据最重要的位置。作为斯坦利·威廷汉的新电池的负极，锂并不是一个随机的选择。在电池中，电子应该从负极（阳极）流向正极（阴极）。因此，负极应该使用一种很容易失去电子的材料，而在所有的元素中，锂是最愿意释放电子的元素。这么做的结果就是，斯坦利·威廷汉开发出了一种可在室温下工作的可充电锂电池，它具有很大的电势，也具有巨大的潜力。他前往埃克森位于纽约的总部，就该项目进行了讨论。会议持续了大约15分钟，管理团队随后迅速做出决定：他们将利用斯坦利·威廷汉的发现开发一种具有商业可行性的电池。电池爆炸和油价下跌不幸的是，准备开始生产电池的小组遇到了一些困难。随着新的锂电池被反复充电，在锂电极上开始出现薄层的锂物质。当它们抵达另一个电极时，电池就会出现短路并引发爆炸。消防队不得不多次出动扑灭火灾，他们威胁要实验室支付用于扑灭这些锂电池大火所消耗的特殊化学物质的费用。为了让电池更加安全，在金属锂电极中加入了铝，两个电极之间的电解液也进行了更换。斯坦利·威廷汉在1976年宣布了自己的发现，随后电池开始为一家瑞士钟表商进行小规模生产，并计划将其用于太阳能驱动的钟表当中。下一步的目标是扩充电池的容量，以便使其能够为汽车充电。但是在1980年代初，石油价格突然出现显著下降，埃克森公司需要削减成本。于是相关研究工作被停了下来，威廷汉所发明的技术被授权给了世界三个不同地区的三家不同的公司。但这并非意味着研究工作的终结。当埃克森公司放弃相关工作之后，约翰·古迪纳夫接手了。吉野彰研制出了第一款可商用锂离子电池。他在阴极使用了古迪纳夫的锂-钴氧化物，并在阳极使用了一种名为石油焦的碳基材料，该材料中也可以插入锂离子。这款电池在发挥功能时，并不会发生破坏自身的化学反应。相反，锂离子可以在电极之间来回流动，使电池寿命大大延长石油危机让古迪纳夫开始对电池技术感兴趣还是一个孩子时，古迪纳夫在阅读方面存在明显障碍，这也是为何他会被数学吸引，并最终，在二战结束之后，开始研究物理学的原因之一。他在美国麻省理工学院林肯实验室工作多年。在此期间，他对随机存储器（RAM）的研究做出了贡献，时至今日RAM依旧是我们计算机中不可或缺的部件。古迪纳夫和上世纪1970年代的许多人一样，都深深受到了石油危机的影响，于是他希望能够为能源的替代选择做出贡献。然而，林肯实验室是由美国空军资助的，并不允许从事这类研究。因此，当他被提供一个在英国牛津大学担任无机化学教授的机会时，他抓住了机会并最终一头扎进了重要的能源研究领域之中。当锂离子与氧化钴结合时所产生的高电压古迪纳夫知道威廷汉发明的革命性的新电池技术，但他对于物质内部结构的专业知识告诉他，如果电池的阴极用金属氧化物，而不是金属硫化物来制作，那么阴极的电势将可以更高一些。于是他的研究组的几位成员被交代了一项任务，寻找合适的金属氧化物，其应当可以在锂离子作用下可以产生比较高的电压，并且当这些离子被去除时也不会出现问题。这一系统性搜寻的结果要比古迪纳夫原先设想的高得多。威廷汉的电池可以产生略多于2伏特的电压，但古迪纳夫发现，在阴极中使用钴酸锂材料的电池产生的电压将可以提升两倍，达到4伏特。在这其中的一项关键性发现是，古迪纳夫意识到，电池并不需要保持在充电状态下才能生产，而在此之前一直就是这样做的。相反，它们可以在被制造出来之后再充电。在1980年，他对外公布了这项全新的，高能量密度的阴极材料。尽管它分量很轻，却同样可以制造出性能强劲的电池。这是人类进入移动时代的关键一步。日本公司迫切渴望轻质电池用于新型电子产品供电然而，在西方，随着石油价格下探，对于寻找替代能源，以及开发不使用石油的电动车的投资热情开始出现下降。但是在日本，情况就完全不同。电子公司拼了命想要得到一种轻质，且可反复充电的电池，用于为他们的便携式摄像机，无线电话机和计算机供电。其中一个看到了这种巨大需求的人，便是日本旭化成株式会社的吉野彰。正如他自己所言的那样：“这就像嗅出趋势的大方向。你可以说，我这方面的嗅觉比较灵敏。”吉野彰开发了第一个可商用锂离子电池当吉野彰决定开发一种功能性可充电电池时，他选择了古迪纳夫的钴酸锂作为阴极，并尝试使用各种碳基材料作为阳极。此前研究人员已经证明，锂离子可以插入到石墨的分子层中，但是石墨会被电池的电解液分解。当吉野彰尝试使用石油焦（石油工业的副产品）时，他终于找到了灵感。他用电子给石油焦充电，发现锂离子被吸进了材料中。然后，当他打开电池时，电子和锂离子流向阴极的钴酸锂，而钴酸锂的电势要高得多。吉野彰开发的电池具有工作稳定、重量轻、容量大的优点，能产生4伏的电压。锂离子电池最大的优点是离子能嵌入到电极上。其他大多数电池都是基于化学反应，而在化学反应中，电极会缓慢而稳定地改变。当锂离子电池充电或放电时，离子在电极之间流动，不与周围环境发生反应。这意味着电池的寿命更长，在充电数百次后性能才会下降。另外一个巨大的优势在于，电池中不含有纯的锂。在1986年，当吉野彰在对电池的安全性进行测试时，他非常小心谨慎，甚至将检测工作放在一间专门用于爆炸物检验的房间内进行。他向电池投掷一大块铁，但是什么也没有发生。然而，当使用含有纯锂的电池进行重复试验时，电池发生了剧烈爆炸。通过安全性测试对于这款电池的未来前景极为关键。正如吉野彰所言的那样：这一刻，标志着锂电池正式诞生了。锂离子电池——在无需化石燃料的社会中不可或缺1991年，一家大型日本企业率先开始销售锂离子电池，在电子业引发了一场革命。手机体积得以缩小，电脑开始走向便携，MP3音乐播放器和平板电脑也逐渐问世。在此之后，全世界的研究人员顺着元素周期表展开了依次搜索，试图研制出性能更优良的电池，但没有一种电池能在电池容量和电压上打败锂离子电池。不过，锂离子电池近年来也一直在革新和改进。例如，古迪纳夫将其中的氧化钴换成了磷酸铁，使电池变得更加环保。就像几乎所有人类生产活动一样，锂离子电池的生产也对环境造成了一定影响，但也为环境带来了巨大的益处。有了锂离子电池，研究人员得以发明更清洁的能源技术和电动汽车，从而有力减少了温室气体和颗粒物的排放。古迪纳夫、斯坦利·威廷汉和吉野彰通过他们的研究工作，为一个无线、无需化石燃料的新型社会创造了适当条件，极大地造福了全人类。（叶子，任天，晨风，未名）
来源：新浪科技
五大角度解析前8月动力电池装机市场
第三季度已经结束，2019年中国动力电池市场总体上扬但存在较大波动，头部企业占据主要市场份额。高工产业研究院（GGII）通过最新发布的《动力电池月度数据库》统计显示，2019年1-8月国内动力电池装机量约38.4GWh，同比增长66%。总体来看，上半年新能源汽车市场沿用2018年补贴政策，助推新能源汽车产销量保持同步增长态势，拉动动力电池装机电量在1-6月大幅增长。但自6月25日实施新补贴政策之后，补贴金额整体退坡50%以上，专用车降幅最高甚至达70%，致使动力电池装机电量在7、8月连续出现同比环比下滑，预计9月装机电量表现依然不太理想。具体来看，前8月动力电池装机数据存在以下特点：1、乘用车装机占比过半，专用车/客车装机增幅小。GGII统计数据显示，前8月新能源乘用车装机电量约27.6 GWh，占总体的72%。2、装机电量TOP10企业占比持续提升。前8月动力电池装机总电量排名前十动力电池企业合计约34.03GWh，约占整体的88.7%。其中有多个月份前十企业的市场占比高达90%以上，最高达94%，市场集中度持续提升。3、三元电池装机占比65%，磷酸铁锂逐步回暖。前8月三元电池装机电量约25.0 GWh，同比增长85%。磷酸铁锂电池在新能源客车和专用车领域的装机占比较大，并逐步回归乘用车领域。4、前十竞争格局波动较大。在前8月装机电量排名中，每个月装机电量前十的排名都在变动。其中，除了宁德时代和比亚迪稳居前2名之外，第3-10的排名都在变动，这意味着当前动力电池市场竞争非常激烈。从当前新能源汽车市场情况来看，2019全年动力电池市场总体发展趋势或将与前8月市场竞争情况保持一致。尽管动力电池市场总体保持增长态势，但能够获得一定市场份额的却只有少数几家电池企业，绝大部分电池企业的发展情况都不会理想，最终将被淘汰出局。01、前8月装机电量同比增长66%数据来源：高工产业研究院（GGII）中汽协数据显示，前8月国内新能源汽车产销分别完成79.9万辆和79.3万辆，比上年同期分别增长31.6%和32.0%。新能源汽车产销量持续增长以及单车带电量增长直接带动动力电池装机电量增长。GGII统计数据显示，前8月国内动力电池装机量约38.4GWh，同比增长66%，表明动力电池市场总体保持向上发展趋势。从单月发展情况来看，除2月份受春节放假以及1月份主机厂抢装影响，加上业内对补贴新政持观望态度导致装机电量环比下滑55%之外，1月和3-6月都保持较高的装机电量以及环比持续增长。但从整体来看，受补贴换挡以及新政实施影响，尽管动力电池装机电量持续增长，但同比增速却呈现下滑趋势，尤其是在7、8月份下滑明显。02、乘用车装机电量占总体72%数据来源：高工产业研究院（GGII）从1-8月各细分车型的电池装机电量来看，新能源乘用车依然是动力电池的装机主力，而新能源客车和专用车装机电量出现小幅增长。具体来看，新能源乘用车实现装机电量约27.6 GWh，同比增长93%，占总体的72%，装机电量大幅增长。主要原因是新能源乘用车销量大幅增长以及平均单车带电量提升所致。新能源客车实现装机电量约8.02 GWh，同比增长14%，占总体的21%。其中，7月新能源客车受“抢装”潮影响实现装机电量环比增长109%，约2.36 GWh。而8月份抢装结束，新能源客车销量大幅下滑，导致装机电量环比下滑77%，装机电量约0.53 GWh。新能源专用车实现装机电量约2.76 GWh，同比增长61%，占总体的7%，市场占比最小。03、三元电池装机占比65% 钛酸锂同比增长近1倍数据来源：高工产业研究院（GGII）备注：电池类型中的其它含镍氢电池、铅酸电池、燃料电池、超级电容及未注明具体类型的锂电池从前8月各类型电池装机量来看，三元电池、磷酸铁锂和钛酸锂电池都出现不同幅度的增长，唯有锰酸锂装机同比下滑。其中，三元电池实现装机电量约25.0 GWh，同比增长85%，占总体的65%，主要是新能源乘用车销量大幅增长所致。新补贴政策取消续航250km以下乘用车车型的补贴，续航超400km的车型能够获得最高补贴系数，导致此前销售主力A00级微型车销量大幅下滑，A0级和A级销量大幅增长。同时乘用车也从磷酸铁锂切换至三元电池，进而拉动三元电池装机电量大幅增长。在三元电池领域，主要由宁德时代、比亚迪、力神电池、孚能科技、中航锂电、卡耐新能源、比克电池等几家电池企业提供装机配套。磷酸铁锂电池实现装机电量约10.9 GWh，同比增长27%，占总体的28%，主要配套新能源客车和专用车。当前，新能源客车基本以磷酸铁锂电池为主，而新能源专用车因降成本需求迫切，绝大部分车型也配套磷酸铁锂电池。在磷酸铁锂电池领域，主要由宁德时代、比亚迪、国轩高科、亿纬锂能等几家电池企业占据主要市场份额。值得注意的是，在降成本的压力下，包括北汽新能源、奇瑞新能源等主机厂也将其部分车型从三元重新切换至磷酸铁锂，使磷酸铁锂电池在乘用车领域出现小幅回暖现象，但总体占比不大。除此之外，钛酸锂电池实现装机电量约0.29 GWh，同比增长92%，主要由银隆新能源提供装机配套。04、方形电池一家独大 软包、圆柱微增数据来源：高工产业研究院（GGII）从各形状电池装机量来看，前8月方形、软包、圆柱电池装机电量均呈现增长态势，其中方形电池同比增幅最大，软包和圆柱电池出现小幅增长。方形电池实现装机电量约32.1 GWh，同比增长87%，占总体的84%，呈现一家独大的发展趋势。主要原因是受宁德时代、比亚迪、力神电池、国轩高科、亿纬锂能、中航锂电等方形电池企业装机排名靠前拉动。软包电池实现装机电量约3.29 GWh，同比增长11%，占总体的9%。其中，包括孚能科技、卡耐新能源、河南锂动、多氟多新能源、桑顿新能源、捷威动力、万向一二三等多家软包电池都曾分别进入单月装机电量排名前十，表明软包电池逐渐升温，未来市场占比或将进一步提升。值得注意的是，宁德时代的软包电池自4月份开始放量，为东风日产轩逸提供配套装机超0.2 GWh，成为软包电池市场的重要竞争者。圆柱电池实现装机电量约2.96 GWh，同比增长3%，占总体的7%，市场占比和增幅都最小，市场竞争力薄弱。受补贴退坡和市场竞争加剧影响，此前在微型车和专用车领域拥有较大竞争优势的圆柱电池在2019年遭遇滑铁卢，导致大批圆柱电池企业纷纷转向非车用电池市场。当前，圆柱电池在电动车领域的市场占比仍有下滑趋势，仅有一家纯圆柱电池企业位列装机电量排名前十，后期有可能跌出前十阵营。05、装机电量TOP10企业合计约34.03 GWh从前8月整体装机电量数据来看，动力电池装机电量前十企业合计约34.03GWh，同比增长74%，约占总体的88.7%。GGII数据显示，2019年1-8月装机电量排名前十的企业都出现不同幅度的增长。包括宁德时代、中航锂电、卡耐新能源和鹏辉能源的装机电量分别同比增长105%、423%、242%和101%。其中，宁德时代前8月实现装机电量约19.22 GWh，占总体份额的50%，稳居市场第一。比亚迪实现装机电量约8.29 GWh，同比增长56%，占总体份额的22%，位居行业第二。两家企业合计约27.51 GWh，同比增长87%，约占总体份额的72%。从单月装机电量情况来看，除了宁德时代和比亚迪两家企业之外，第3-10名企业的装机电量排名都在发生变动，这表明装机电量前十竞争格局波动较大，二三线动力电池企业的竞争态势日趋激烈。
来源：高工锂电
雷诺2025年拟推无钴固态电池，能否突破技术和资源制约？
作者 | 程潇熠编辑 | 吴岩日前，雷诺汽车高级副总裁吉尔斯·诺曼德（Gilles Normand）公开表示，到2025年，雷诺旗下电动汽车可能会使用钴含量为零的固态电池。据英国媒体Driving Electric报道，新一代的固态电池产品将由电池公司Ionic Materials提供技术支持。雷诺-日产-三菱联盟在2018年曾向该电池公司投资6500万美元（约合人民币4.64亿元人民币），以开发电池新技术。据Ionic Materials官网消息，该公司将在美国密歇根州Romulus电池工厂制作固态电池，并拟于今年年底前进行OEM测试。早在2018年初，雷诺-日产-三菱联盟设立10亿美元风投基金，其首个投资即为Ionic Materials公司的无钴固态电池研发。同年3月，丰田及雷诺-日产-三菱联盟分别表示，拟在2022年至2025年间推出搭载固态电池的电动汽车。随后，大众也在7月宣布将于2025年前生产固态电池。2019年，天际汽车、蔚来汽车及爱驰汽车等造车新势力陆续与辉能固态电池达成合作，以尽快完成固态电池搭载。固态电池已成为业内广泛认可的下一代电池技术，但技术困难和成本高企，仍然是横亘在该技术落地面前的，一道尚未跨过的门槛。“固态电池取代液态电池是大势所趋”今年上半年，包括特斯拉、蔚来在内的多家电动车企业接连发生“自燃”事件，再次点燃了人们对电动车安全性的担忧。新能源汽车国家大数据联盟8月公布的《新能源汽车国家监管平台大数据安全监管成果报告》显示，自5月起，新能源汽车国家监管平台共发现79起安全事故，58%的车辆起火原因是电池问题，86%的涉事车辆使用三元锂电池。就在最近，美国国家公路交通安全管理局对特斯拉展开调查，原因是Model S和Model X电池组可能存在缺陷，并可能导致“非碰撞性火灾”。历经10年发展，电池安全这道残酷的红线，依然考验着市场和消费者的信心。辉能科技创始人、CEO杨思枏曾公开表示，新能源汽车频繁起火，已经让很多车企意识到液态电池的安全性问题。他表示，与液态电池相比，固态电池更为安全稳定，固态电解质更耐高温、不存在漏液等问题，电池出现损坏后不易爆炸起火。此外，固态电池还有循环寿命长、工作温度范围宽、回收方便、可快速充电、与电极材料相容性好、耐潮湿环境等优势。一位固态电池从业人士对未来汽车日报（ID：auto-time）表示，固态电池还节省了液态电池所需的保护机构材料，从而能实现降低对车企的电池管理技术要求。“固态电池相较液态电池也更易回收，液态电池需要分正负极、分元素回收，但因有电解液中和，很难把不同元素分开，固态电池本来就有隔离层分层，所以回收技术门槛较低。”上述固态电池从业人士表示。在杨思枏看来，“未来固态电池取代液态电池成为主流乃是大势所趋。”但目前，固态电池的技术仍不成熟。一位电池资深从业者向未来汽车日报表示，目前有些日企尚处于选材料阶段，“原则上讲固态电池从选好材料到真正量产，可能需要10年以上时间”。“现在还没有能够达到车辆可使用的全固态电池。”清华大学电池安全实验室主任冯旭宁在日前接受第一电动采访时表示，但是中国和日本在全固态电池研发方面都是走在世界前列的，也最有希望率先做出能量产的全固态电池。“做无钴固态电池是为了降低成本”要想实现固态电池量产和广泛使用，如何降低成本成为必须解决的一道难题。未来汽车日报根据公开资料了解到，目前固态电池仍存在电解质材料、电极材料研究及界面高阻抗问题。具备良好性能的材料成本高昂（如薄膜固态电解质），而成本可接受的材料导电度与稳定性却表现不佳（如固体聚合物固态电解质）。因此，目前固态电池仍面临着技术突破与成本控制的双重难题。钴是目前锂离子电池中必需的贵金属。据上海有色网数据显示，今年8月和9月，电解钴价格上涨33%至每吨29万元，价格十分高昂。据美国地质勘探局统计，自2000年来，全球钴产量翻了两番，达年产12.3万吨。苏格兰咨询公司伍德-麦肯兹则预测，因电动汽车发展，到2025年，钴的需求量预计将达20万吨。“做无钴的固态电池主要是为降低成本。”上述电池资深从业者向未来汽车日报表示，随着新能源车数量的增多，钴的供应问题会越来越严重，其产能或将成为制约电动车发展的主要瓶颈之一。因此，无钴电池研究逐渐成为各大电池制造商的重要课题。2018年，特斯拉CEO埃隆·马斯克曾在Twitter中称，要将特斯拉的钴使用量将从目前的3％降至0％。同年6月，松下宣布正在开发无钴电动汽车电池，并计划在2-3年内将大规模生产的电池钴含量降低一半，但至今仍未有产品发布。今年7月9日，长城汽车旗下蜂巢能源首发无钴材料电池，预计将在年底前完成材料开发，到2020年第四季度实现无钴电芯的SOP（标准作业程序）。“无钴电池的研发要以保证安全和质量为前提，配方比例的改变会带来一定的挑战。”电池领域专家曹国庆在接受第一财经采访时表示，当前来看，高镍低钴是主要发展方向，但短期内无钴电池仍难成为主流。包括雷诺在内的主流车企和电池企业争相布局固态电池，并不令人意外。今年上半年，雷诺集团在整体销量同比下降6.7%的情况下，电动车销量则增长40%至3万辆，可见之后电动车将成为雷诺的一大发展重心。这意味着，无钴电池仍有技术难点尚未突破，但逐步消除对钴依赖成为行业共识。无论这条路有多艰难，对于雷诺而言，未来采用无钴固态电池，将是降低成本，避开资源制约的必经之路。
来源：未来汽车日报
我国动力电池市场格局分化加剧
受补贴政策调整影响，我国新能源车产量首次出现同比负增长，但这并不意味着我国新能源汽车产量将步入低速增长或负增长阶段，而是意味着在我国新能源车市场的驱动力由“激励政策+消费市场”双轮驱动转换为消费市场主导。工业和信息化部公布的2019年7月我国新能源汽车产销量数据，首次出现了同比下滑，尽管7月动力电池装机量并未出现下滑，但动力电池市场格局加速分化，进一步加剧已经趋于白热化的市场竞争态势，我国动力电池市场洗牌加速。（来源：微信公众号“动力电池网” ID：sd-dldc 作者：余雪松）01、新能源汽车产量下滑根据工业和信息部公布的数据，7月我国新能源汽车实现产量8.4万辆，同比下降6.9%。其中，纯电动车产量完成6.5万辆，同比下降4.8%；插电式混合动力汽车完成2万辆，同比下降13.2%。这是我国新能源汽车月产量增速首次出现同比下滑，既在意料之中又在意料之外。说其在情理之中，是因为财政部、工业和信息化部、科技部、发展改革委联合发布了《关于进一步完善新能源汽车推广应用财政补贴政策的通知》（以下简称“通知”）规定从今年6月26日起执行新的补贴政策，新能源汽车补贴力度大幅下降。笔者在之前发表的“靴子落地，我国动力电池行业发展压力骤然增大”文章中深入分析了补贴缩水情况，这里就不再详述。补贴大幅下调必然会导致我国新能源汽车产量增速出现明显下降，7月作为新补贴政策实施的第一个整月，市场观望态势明显，新能源汽车产量同比增速下滑成为必然。说其在意料之外，是在于7月新能源汽车产量增速不仅大幅下滑，还出现负增长，这还是我国新能源汽车月产量首次出现负增长。从月产量增速看，3月新补贴政策出台后，4月、5月新能源汽车月产量增速都出现明显下滑，但还是正增长。6月则是出于在补贴结束前抢装，增速增长明显，但进入7月后，新能源汽车产量就出现了负增长，还是让市场人士感到意外，毕竟前几次调整新能源汽车补贴后，新能源汽车月产量增速还是正增长。尽管在我国汽车产销持续低迷的形势下，受补贴政策调整影响，我国新能源汽车产量首次出现同比负增长，但这并不意味着我国新能源汽车产量将步入低速增长或者负增长阶段，而是意味着在我国新能源汽车市场的驱动力由“激励政策+消费市场”双轮驱动转换为消费市场主导。此次新能源汽车补贴政策调整进一步表明了我国在2020年取消新能源汽车补贴的决心，激励政策对我国新能源汽车市场增长的推动作用不断减弱，而消费者对新能源汽车的接受程度不断提升，消费市场对新能源汽车市场增长的驱动作用日益凸显。从1-7月的累计产量看，我国新能源汽车产量达到了70.1万辆，同比增长39.1%，其中以个人消费者为主的乘用车占比高达80%以上。整体来看，我国新能源汽车发展的动力仍然强劲，将继续保持中高速增长态势。02、动力电池装机量保持高速增长根据各车企新能源汽车产量计算，7月我国动力电池装机量约为4.7GWh，同比增长40%，与当月我国新能源汽车产量下滑6.9%形成鲜明对比。之所以出现这一现象，主要还在于7月我国新能源商用车（含公交车、客车、专用车等）增长明显。统计数据显示，7月我国新能源乘用车产量为5.9万辆，同比下降14%，而新能源商用车2.5万辆，同比增长15.7%。之所以新能源商用车产量能出现较快增长，新能源公交车延续抢装态势，原因在于财政部、工业和信息化部、交通运输部、发展改革委联合发布的《关于支持新能源公交车推广应用的通知》中明确“新能源公交车补贴截止日为 8月 7日”。动力电池装机量具体数据也佐证了这一点。7月新能源乘用车动力电池装机约为2.2GWh，同比下降5.5%，基本与新能源乘用车产量下滑态势一致，动力电池装机量降幅低于新能源乘用车产量则由于平均单车动力电池容量稳步提升。新能源商用车动力电池装机量约为2.4GWh，同比增长293%，装机量增速远远高于新能源商用车产量，原因主要在于新能源商用车的增量来自纯电动公交车，而一辆纯电动公交车动力电池容量接近200KWh。要知道，6月新能源乘用车动力电池装机量高达4.8GWh，而新能源商用车动力电池装机量还不到1.2GWh。03、动力电池市场三极分化尽管7月我国新能源汽车产量出现下滑，但1-7月我国新能源汽车累计产量达到了70.1万辆，同比增长39.1%。新能源汽车产量持续增长带动动力电池需求继续增长，我国动力电池市场规模保持高速增长势头。2019年1-7月，我国动力电池装机量达到了34.7GWh，同比增长85.6%。但由于“马太效应”，龙头企业竞争优势愈发明显，动力电池市场格局加快由“两强多雄”的两极并存向“一超一强多雄”的三极分化转变。“一超”是指宁德时代（CATL）。在上市之后宁德时代进一步加快发展步伐，借助庞大的下游客户群，逐渐拉来与比亚迪之间的差距，在我国动力电池市场形成了“一超”的巨大领先地位。2019年上半年，宁德时代动力电池装机量高达13.6GWh，占我国动力电池装机量的比重达到了45.3%，接近半壁江山。而在2019年7月，宁德时代动力电池装机量为3.1GWh，占当月我国动力电池装机量的比重66.0%，将近三分之二，领先优势进一步扩大。“一强”则是指比亚迪。比亚迪积极为动力电池拓展下游客户，加上其新能源汽车销量也保持较快增长，进一步稳固在我国动力电池市场第二的位置。2019年上半年，比亚迪的动力电池装机量为7.4GWh，占我国动力电池装机量的比重为24.7%，较2018年全年的占比提高了4.6个百分点。但由于客户群体有限，比亚迪与宁德时代之间的差距进一步扩大，上半年比亚迪动力电池装机量落后宁德时代6.2GWh，而2018年同期仅为3.1GWh。“多雄”则是指其他动力电池骨干企业。国轩高科作为“多雄”的领军企业，2019年上半年装机量为1.8GWh，较2018年同期增长了近100%，不断巩固现有地位。而包括力神、孚能科技、深圳比克、亿纬锂能、中航锂电、卡耐新能源等企业继续保持良好势头。如多氟多上半年表现十分抢眼，强势进入2019年上半年我国动力电池装机量TOP10。但要指出的是，由于动力电池市场竞争激烈，而新能源汽车月度销量变化较大，“多雄”之间企业排名经常发生变化。04、市场集中度持续提高2019年以来，我国动力电池市场集中度[ ：本段中动力电池市场集中度是指动力电池装机量市场集中度，按照各大动力电池企业装机量计算得来。]进一步向宁德时代、比亚迪两家龙头企业集中。2019年上半年，我国动力电池市场CR2、CR5 和CR10 分别为70.7%、80.4%和87.9%，分别较2018年提高了8.8、6.9和5.3个百分点。TOP10中后8家企业的市占率之和由2018年的21.4%下降至2019年上半年的17.9%，TOP10 以外的其他电池企业总市占率由2018年的17.4%下降至12.1%，市场空间继续萎缩。而到7月份，这种态势加剧，7月我国动力电池市场CR2、CR5 和CR10 分别达到了78.7%、88.1%和93.6%，向TOP2集中趋势更加凸显。市场空间萎缩必然导致大部分企业面临生存难题，我国动力电池行业洗牌在加速。从2017年的沃特玛到2018年的猛狮科技、银隆新能源再到2019年的北京国能，骨干企业出现资金链断裂情况更是时有发生，更不用说那些中小型的动力电池企业。根据工业和信息化部发布的《道路机动车辆生产企业及产品公告》，2019年上半年实现新能源汽车配套的动力电池企业数量为60家，这与2018年的90家相比下降了近50%。动力电池企业锐减，除了新能源汽车补贴政策调整的影响之外，还在于企业盲目布局，技术基础薄弱、产品质量不高，同质化严重、缺乏市场竞争力。新能源汽车市场转向消费市场驱动，对我国动力电池企业提出了更好的要求，尤其是在外资动力电池企业加快向我国进军的形势下，我国动力电池企业要秉承“为消费者提供安全、可靠、耐用动力电池”这一宗旨，不断提升产品质量、加快降本步伐、增强市场竞争力，在激烈的市场竞争中发展壮大。
来源：动力电池网
《动力电池蓝皮书》显示： 安全成行业洗牌加速器
新能源汽车补贴退坡政策实施之后，动力电池市场将洗牌的声音不时泛起。最近几年，有些企业攻城拔寨，不断与各大整车企业签订配套合同，有些企业则持续走下坡路，最终从市场上销声匿迹。在这一淘汰赛中，我国动力电池市场如今又呈现了怎样的发展态势？9月19月，由中国汽车技术研究中心有限公司（以下简称“中汽中心”）与南京市溧水区人民政府共同主办的中国新能源汽车动力电池产业发展论坛召开，同期发布了由中汽中心与大连松下汽车能源有限公司共同主编的《动力电池蓝皮书》（2019）（以下简称《蓝皮书》），《蓝皮书》全面揭示了进入洗牌期后我国动力电池的市场状况：产业集中度不断提高，市场向头部企业靠拢。而在多位与会嘉宾看来，安全因素成为动力电池市场洗牌的一个重要助推因素。■市场集中度不断提高《蓝皮书》显示，2015年我国动力电池企业数量达到顶峰，共有240家企业，此后逐年下降。2016年为171家，2017年为104家，2018年我国动力电池企业剩余93家。在93家企业中，前20名企业配套量占比超过92％。从进一步的细分数据可以看到，排名1～2位的企业市场份额超过61％，3～10位的企业市场份额为22％，11～20位的企业市场份额只有9％。在所有动力电池企业中，宁德时代一家独大，市场占比为41％，配套商用车企业超过60家，配套乘用车企业30家。从配套量来看，2018年，单体企业配套量在1亿Wh以上的共有35家，配套量为557亿Wh，占比98％，其余58家企业的占比仅为2％，面临进一步被淘汰的危险。另外，补贴退坡之后，磷酸铁锂电池出现了回潮。2018年，磷酸铁锂电池装机量为22.19GWh，同比增长23.51％。在客车市场，磷酸铁锂电池占有绝对优势，配套量占比为71.75％。乘用车主要配装三元电池，随着我国新能源乘用车销量的快速增长，三元电池的装机量大幅增加，2018年装机量为33.1GWh。《蓝皮书》指出，磷酸铁锂电池出现回潮除了成本因素之外，能量密度不断提高也是一个重要原因。目前高水平的磷酸铁锂电池的能量密度可以达到190Wh/kg，三元锂电池的能量密度则达到270Wh/kg。在前不久的一次行业会议上，世界汽车组织第一副主席董扬说，动力电池市场集中度不断提高，有利于结束我国动力电池市场散乱差的局面，增强我国动力电池行业整体竞争力，促进新能源汽车产业健康发展。但是，市场集中为2～3家动力电池企业是否合适，也需要客观看待。对于行业洗牌的原因，与会专家普遍认为，动力电池市场洗牌是多种因素综合作用的结果。首先，有些企业盲目扩大产能，没有提升研发实力，缺乏技术积累，产品体系单一。随着市场迭代周期的加快，企业出现了技术水平跟不上发展形势的问题；其次，汽车企业配套普遍存在着账期比较长的问题。部分体量比较小的动力电池企业出现了较大的资金压力，有些企业甚至出现资金链断裂，难逃被淘汰的命运；第三，动力电池原材料价格持续上涨，而车企每年又都有降价要求，导致动力电池的净利润和毛利润普遍下滑。规模较小的动力电池企业难于体现规模经济优势，面临着被市场淘汰的危险。■安全事故频发加速行业洗牌除了行业的大洗牌，动力电池行业当前发展的一个重要命题就是安全。一直以来，新能源汽车安全被广泛关注。国家新能源汽车大数据联盟秘书长王震坡分享的一组涉及产品安全的数据显示，我国新能源汽车的燃烧事故率为0.918/万辆。《蓝皮书》显示，2018年我国新能源汽车安全事故中，乘用车占比较大，为57％，客车占比24％，专用车占比19％。在安全事故占比较大的新能源乘用车领域，由于大多数车辆配套的是三元锂电池，也由此引发业内部分专家对三元锂电池安全性的质疑。分析新能源汽车安全事故的特点，《蓝皮书》认为，2018年新能源汽车的安全事故主要体现在4个方面。一是电池系统故障比例较大，占比达47％；二是电子电器方面的故障，占比为35％；三是机械冲击引起的事故，占比为12％；四是单体电池故障，占比为18％，其中电芯一致性较差的比例为6％，电解液泄漏的比例为3％，短路或其他不明原因的比例为9％。《蓝皮书》认为，造成我国新能源汽车安全事故的原因是多方面的，如有些企业对新能源汽车产品质量以及产品安全有所忽视，具体表现为有些企业的动力电池产品的测试验证不足。“我国动力电池能量密度不断提升，导致产品迭代周期加快，有些产品并未得到充分验证即装车运用，埋下了安全隐患。”《蓝皮书》指出。《蓝皮书》强调，安全是企业的生命线，更是对客户生命财产的承诺。整车企业对于发生多起安全事故的电池品牌，也会放弃使用，转而寻求安全性更好的电池产品，从而加速了动力电池市场的洗牌。■关注行业4大痛点 安全问题不可忽视数据显示，2012年我国动力电池企业仅有40家。2015年迅速增长到240家。塔菲尔新能源科技集团董事长兼总裁龙绘锦认为，随着我国新能源汽车时代来临，大量的消费类电池企业进入到动力电池生产领域，给行业带来了极大的混乱。他认为，我国新能源汽车安全事故频发源于行业的4个痛点。其中最重要的是我国电动汽车及配套产业的研发和产业化发展很快，而相关标准的制定、修订工作周期相对较长，现有的标准体系对一些新技术和新产品覆盖不全面，存在某些产品或某些技术领域缺乏标准或标准不能满足行业发展需要的情况，同时还存在标准的制修订工作跟不上行业发展需要的情况。显然，标准的不完善会造成有些配套电池并不见得符合车规级动力电池要求。动力电池设计缺少规范是行业的另一个痛点。在新能源汽车动力电池行业经常可以看到一个现象：不同企业的设计思路不同，即便是同一家企业的设计思路也经常反复修改，这会造成电池性能的较大缺失。第三个痛点是制造工艺一致性较差。龙绘锦指出，工业电池的制造工艺复杂，工序繁多，每道工序都会影响动力电池的性能，但很少有动力电池制造厂能够精准把控每道工序的各个细节，以达到较高的一致性。第四个痛点表现为动力电池生产自动化水平较低。这导致动力电池制造的一次优率比较低，且较难实现在线自动测试及品质追踪。龙绘锦指出，目前，行业标准按要求高低排序为军工、汽车、工业、消费电子。随着IT技术的发展，大量的电子产品需要使用消费类电池，信息时代催生了一批消费类电池企业。当新能源汽车时代来临，大量的消费类电池企业又转型做动力电池，这导致国内动力电池市场低端产能过剩，高端产能短缺。“消费类电池企业没有配套汽车的经验积累，简单地以消费类电池特性去理解动力电池，认识上就有偏差。装配在新能源汽车上的动力电池应该符合车规级标准，这种标准要求，消费类电池远远不能比拟。”龙绘锦说。我国新能源汽车产销量不断增加，巨大的动力电池需求并没有给体量小、技术落后的企业留下机会。这些企业反而会被淘汰，在所有的淘汰因素中，安全是一个重要推手。
来源：中国汽车报
解决续航里程“痛点”的四大策略
续航里程是纯电动汽车自诞生起便一直存在的痛点。由于受行驶环境、驾驶习惯、车速等因素影响较大，不同条件下的续航里程浮动明显、难以把握，有些厂家故意将车辆等速续航里程进行大肆宣传，而车主在实际使用过程中续航甚至会打对折。最近，许多媒体都开始对电动汽车的续航进行实地测试并提出自己的标准。那么，针对这一“基因性”的难题，汽车厂商都用哪些办法来解决呢？如前文所提到的，影响电动汽车续航的因素有很多。其中有和传统燃油车相同的因素，如车身重量、风阻系数、轮胎类型、行驶时速等；还有一类则是只针对电动车的因素，如车辆三电系统（电池、电驱、电控）的调校、温控系统、外部环境等。而主机厂提升续航也多数是追根溯源，从这些影响因素出发。对电池“下手”：不断提升的能量密度电动汽车的能量来源是动力电池，提升续航最根本的手段无疑是提升电池容量。一般来说，电池容量越大续航里程会越长。然而在单个电芯同等容量的情况下，电池包的容量越大，整车的质量越重，动辄几百千克的电池会对续航产生不利影响。因此，提升电池包的能量密度被厂家摆在了重要位置。目前来看，规模化生产的乘用车磷酸铁锂动力电池能量密度大致在140-180Wh/kg之间。三元锂离子动力电池能量密度大致在180-260Wh/kg之间，针对不同的需求和场景二者各有优劣。就单体而言，三元软包单体能量密度方面占有很大优势，因此也得到很多公司的青睐。由于软包电池在结构上采用铝塑膜包装，重量较同等容量的钢壳锂电池轻40%，较铝壳锂电池轻20%。而随着技术的不断进步，这些数值仍在不断提高。不久前，特斯拉宣布完成对电容器技术公司Maxwell Technologys收购，据媒体报道，Maxwell的技术可以轻松将特斯拉现用电池的能量密度提升30%-40%，而并不会造成成本明显增加。这意味着其续航将有望达到800-1000公里。不仅厂家重视，政策层面也对能量密度提出新的要求。2019年新的补贴政策中，关于电动乘用车能量密度，补贴门槛将从今年105km/kg提高到125km/kg，各个梯次的补贴额度也有所降低。之前由工信部、发改委、科学技术部三部门发布的《汽车产业中长期发展规划》中也提到，2020年动力电池单体能量密度要达到300Wh/kg。固态技术：打破电池的根本结构人们对电池材料的探索也从未停止过。目前的技术焦点主要集中在固态电池上。固态电池用陶瓷、玻璃或聚合物等固体材料来代替液体的电池产品，使用固体材料而不是可燃液体来实现充电和放电。这一技术可以大大提高电池的能量密度，减小体积，并降低电池起火的风险。当然，现阶段的原型产品使用寿命过短，传导率也非常低。然而这些技术难点并非无法攻克。在未来，这一技术路线能够轻松突破锂离子电池无法逾越的天花板。日本的丰田、松下、日产，德国的大众，国内的宁德时代等公司都在固态技术上有相当的投入。除此之外，还有前段时间引发热议的氢燃料电池，也是一条颇具潜力的技术路线。效率提升：降阻减重，电池热管理系统同燃油车一样，纯电动汽车在降低风阻和减轻车身重量方面也做了很多努力。例如更加注重空气动力学的车身线条，隐藏式门把手，得益于电动车架构而更加平整的底盘，甚至某些概念车型上颇为超前的流媒体外后视镜也有利于降低风阻。而至于车辆底部的电池包也使整车重心相比一般燃油车更加低沉。除了车身及其他部件的轻量化外，电动汽车的电池包也需要追求更轻的重量。如选择能量密度较高的三元材料，用铝合金甚至碳纤维材料的下壳体代替钢制下壳体。而一辆纯电动车上路行驶，需要电机、电池以及电控系统的协同工作。电机与电控能否有着最佳的表现，也会直接影响纯电动汽车的续航里程。它既要控制能耗又要兼顾性能，并且在满足高动态的车辆响应频率的同时，还要保护电池和电机的安全性。这也是为什么我们会遇到同样一辆车在城市路况下续航可以有500公里，而在高速路况下却只有300公里甚至更少。在这一方面，特斯拉及比亚迪目前颇具优势。另外，由动力电池的温度变化对于其续航能力、安全性起到至关重要的作用，电池的热管理系统也是各个厂家技术研发的重点之一。这对于地处严寒的地区或冬天气温较低时尤为重要。近日，老牌供应商大陆集团推出的集成化热管理系统，号称在相同的-10°C低温下，能够使电动汽车的续航提高25%左右。另辟蹊径：换电，增程，升级当然，在目前技术手段难以突破的情况下，有些厂商也另辟蹊径，通过运营和服务等手段来解决这一问题。例如蔚来的一键加电和换电站，理想ONE剑走偏锋的增程式电动车，威马最近放出的海报也预示着其有开启为车主换电的服务。各种手段在此不一一赘述了。除了现有技术在参数上的不断发展，多样性的电池产品和技术革新，正使得续航问题逐渐得到解决。相信在不久的将来，电动汽车续航里程焦虑问题将慢慢成为历史。到那时，环保、实用、高效都将成为电动车的标签。
来源：高工锂电
