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特斯拉电池野心
作者 | 李欢欢编辑 | 梁辰“如果我是外部投资者，会高度关注特斯拉扩大电池生产规模、降低单位电池成本的规划。”今年6月的特斯拉股东大会上，当马斯克说这句话的时候，特斯拉早已拉开电池扩张计划。在与松下合作了年产能已经达到24GWh的特斯拉1号超级工厂之后，今年2月，特斯拉再度收购超级电容器制造商Maxwell的79%股权，默默储备电池技术。扩张还在继续。10月8日，外媒报道称，特斯拉向加拿大有关部门递交的一份备案材料，在这份材料中特斯拉将加拿大电池制造设备和工程技术公司海霸（Hibar）列入自己的子公司。这意味着特斯拉已经将这家加拿大电池制造商收入囊中。据了解，海霸在北美、欧洲、韩国、日本、马来西亚和中国等地建有大型生产工厂，尽管尚不清楚此次收购标底价，以及特斯拉将如何利用海霸资源，但其电池产能无疑将因此提升至一个新的高度。业内分析认为，完成此项收购后，特斯拉或许将开启电池自造之旅。作为新造车势力独一无二的巨头，成立十多年的特斯拉至今还深陷年度亏损的泥潭，但在与电池巨头松下的合作期，它为何还执意重资产运营电池业务？这背后或许有特斯拉自身扩张的需求、有来自同行竞争的逼迫，也或许，是特斯拉谋划新能源王国的必经之路。扩张需求野心或许是马斯克与生俱来的特质。2019年4月，马斯克宣布特斯拉可能将在2020年推出续航超“百万英里”的新型电池。尽管此言引来不少嘲讽，但是几个月后，与特斯拉合作的达尔豪斯大学研究人员证明马斯克并没有吹牛。上述研究人员发布的一项研究报告显示，新型锂离子电池可以使电动汽车续航里程达到100万英里，相当于充一次电可以跑1000公里。这近乎将现在市面上在售车型的最高续航水平翻一番。已经成为全球电动汽车冠军的特斯拉，可能电池也要做到世界第一。暗中，特斯拉早有布局。早在2014年7月，特斯拉与松下签署了超级工厂协议，合作生产锂电池。2019年2月5日，特斯拉宣布收购超级电容器制造商Maxwell的79%股权。据悉，Maxwell新的锂离子电极技术可使电池能量密度超过300Wh/kg，甚至是500Wh/kg，并且，这一数字以2-3年为一个周期再提升15%-25%，同时，电池成本将降低10%-20%。增加电动汽车的续航里程同时降低电池成本。这是特斯拉收购Maxwell的最大原因。近日，有内部员工证实，特斯拉已经着手整合Maxwell的超级电容业务。将Maxwell收入麾下，特斯拉默默储备着自己的电池技术。2019年9月，特斯拉发布了一条招聘信息，“为正在开发的一条生产线寻找技术人员”，具体职位为电池制造技术师、分析师及测试人员，工作地点是美国加州的弗里蒙特和科罗拉多州。分析人士从中敏锐地解读出一个重要信息：特斯拉正在弗里蒙特工厂搭建全新的电池生产线，这进一步显露其自产动力电池的决心。特斯拉为什么执着于自己制造电池？2019年4月13日，特斯拉CEO马斯克曾发表推文称：“超级工厂内的松下电池生产线每年产量仅为24GWh，从去年7月开始就已经限制了Model 3的产量。”根据特斯拉公布的2018年全年销量数据：去年共交付24.5万辆，其中有14. 6万辆Model3和9.9万辆Model S及Model X。这大约是超级工厂电池产能全力以赴达成的结果。2019年，特斯拉的交付目标为36万辆至40万辆。前不久，特斯拉甚至宣布将大幅超越这一计划。按照40万辆计算，特斯拉的交付目标比去年提升超过60%，而按照超级工厂当前的生产水平，产能最多只能再增长40%左右（马斯克曾表示超级工厂理论产能为35GWh），显然已无法满足特斯拉的扩张需求。在今年的投资者大会上，马斯克还透露，特斯拉将在今年年底召开电池&动力总成投资者日。届时，特斯拉在电池领域的规划或许将更加清晰。巨头逐鹿除了满足自己的产能需求，当然也有同行竞争的压力。其实在特斯拉之前，已经有一大批传统车企进入电池制造领域。最新消息显示，LG化学正在与通用汽车共同推进建立新能源汽车电池的合资企业。通用还将在美国打造一个电池生产基地。奔驰在欧洲、亚洲、北美洲拥有或在建9家电池工厂，其在北京投建的电池工厂可能于今年底建成投产。大众汽车则与瑞典电池企业Northvolt计划合资建立电池工厂。该工厂位于德国，预计2024年投产，初期产能为16GWh，大众计划为此投资9亿欧元。不仅国际知名汽车厂商纷纷布局电池制造，国内车企也有所动作。最为典型的是比亚迪。目前比亚迪在国内拥有3个电池工厂，分别位于惠州、深圳和青海，总产能大约为28GWh。2019年2月22日，重庆比亚迪新能源汽车电池生产基地正式开工，预计年内建成投产，届时，比亚迪将新增20GWh电池产能。此外，比亚迪西安电池工厂也在规划中，到2020年，比亚迪规划动力电池产能将达到60GWh。比亚迪董事长王传福在接受彭博社采访时曾透露，电池业务将于2020年之前上市，以筹集资金加速向电气化转型。类似比亚迪这样独立搭建电池生产基地的还有吉利汽车。吉利在宁波和金华拥有两家电池工厂，其在荆州投建的电池工厂将于明年建成投产。此外，北汽、上汽、长安、宝马、奔驰等车企均在国内、海外自建或合建有电池工厂。高工产业研究院院长罗焕塔透露，大概有80%的自主车企有建立电池工厂的计划。车企纷纷涌向电池制造板块，第一大好处自然是降低成本。要知道，动力电池是纯电动汽车的核心零部件，大约占整车成本的40%。如果能在电池环节自给自足，造车成本将大幅降低。自产电池还可以保证电池供应、不受限于单一技术路线、提升电池性能等。自产电池划算吗？优势显而易见，风险也不一而足。如果新能源汽车市场不如设想中乐观，或者市场竞争激烈，整车销量难以保证，那么电池业务势必受到影响。高工产业研究院发布的《动力电池字段数据库》统计显示，2018年我国新能源汽车动力电池装机总电量约56.98GWh，同比增长56%。而中国电动汽车百人会发布的《锂电池产业发展白皮书（2018）》显示，到2018年底，中国主要企业锂电池产能预计达到大约为180GWh，超出全年电池装机量2倍多。很显然，电池领域产能已经过剩。花费大量资金、人力投建工厂，重资产运行电池项目，还要应对产能过剩的风险，对于车企来说真的划算吗？2018年8月，日产汽车正式宣布其电动汽车电池制造部门出售给远景集团，其中，日产保留25%的股份。对此，日产方面表示，未来将更专注于研发电动汽车。在电气化道路已经先行的日产或许认为，电池生产还是交给第三方更加划算。全国乘用车市场信息联席会秘书长崔东树认为，是否划算主要看车企的销售体量。2018年特斯拉以24.5万辆成绩夺得全球电动汽车销量冠军，市场占有率达12%，已经成为电池需求量最大的汽车制造商。“他们自己制造电池，当然是划算的。”比亚迪销售规模与特斯拉差不多，2018年全年销量落后特斯拉不足2万辆，市场占有率11%。并且，比亚迪有意向其他车企供应电池资源，自然也不会做亏本生意。但是，对于其他尚未形成规模效应的车企来说，就不得不算一笔账了。
来源：未来汽车日报
未来可期的固态电池
10月9日，诺贝尔化学奖授予了三位锂电池发明者——美国科学家约翰•古迪纳夫，美国科学家斯坦利•威廷汉以及日本科学家吉野彰。其中，被称为“锂电池之父”、现年97岁的古迪纳夫近期研究的重点是锂电池的前沿领域——固态电池。随着科学的进步，液态锂电池的安全性已经不能满足人们对于锂电池的需求，科学家们正在研究更加安全和更高效的固态电池。其实，在这之前，关于固态电池的消息也是不断：9月20日，爱驰汽车与辉能科技达成合作协议，双方将共同开展固态电池作为车载动力电池相关技术的开发与应用，推进动力固态电池商业化落地。澳大利亚联邦科学与工业研究组织近日宣布，将与日本化学品制造商Piotrek合作开发高能固态锂电池，计划在未来5年内面向全球市场推出，用于电子设备、无人机和电动汽车等领域。日前，雷诺汽车高级副总裁吉尔斯·诺曼德对外表示，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。有消息曝出，哪吒汽车与清陶新能源科技有限公司达成了全面深度合作，二者将共同推进固态电池的研发与应用，并加快在新能源车型上的商业化落地。众多企业的纷纷布局，让固态电池成为市场上的宠儿。那固态电池受追捧的原因是什么呢？安全，还是安全！我们都知道，动力电池被称为电动汽车的“心脏”。而锂离子电池具有能量密度高、自放电率低、循环效率高等优点，在新能源市场上颇受欢迎。但是，目前的锂离子电池技术尚未成熟，安全性不稳定，电动汽车电池起火、爆炸事故不断。其实事故频发的很大原因是电池内部使用了液态电解质。专家认为，用固态电解质代替液态电解液，是能够提升锂电池安全性能的有效方法之一。原因是固态电解质不易燃，且不会产生液态电解液，可以解决电池的安全性问题，是最有可能成为下一代动力电池的技术路线。固态电池使用固体电极和固体电解质，不仅可以有效地减少体积和质量，同时提升锂电池的能量密度，能够很好地解决当前三元锂电池高安全和高能量密度这一矛盾，或许会成为动力电池技术未来发展的重要方向。固态电池的原理是：固态电解质所具有的密度及结构可以让更多带电离子聚集在一端，以传导更大的电流，进而提升电池容量。这样，同样的电量，固态电池体积更小。此外，由于没有电解液，固态电池的成本低、重量轻。因为符合未来电池发展的趋势，目前，众多国内外车企业和电池厂商，都在加大固态电池布局。最有可能抢占下一个先机业内对于固态电池将成为未来电池的发展方向已达成共识，国内外企业都在加大固态电池的研发速度，希望抢占市场先机，由此也带来了行业上的竞争。据外媒报道，韩国研究人员研发出一种技术，可以制成用于电动汽车的全固态二次电池。他们使用锂、镧、锆和氧材料，制成了高强度的复合电解质片。此类电池结构可以大大减小电池组的体积,同时消除电池爆炸或起火的风险，即使在空气中使用剪刀切割该电池，该电池也不会起火或爆炸。由日本新能源产业技术综合开发机构（NEDO）牵头投资100亿日元，丰田、本田、日产、松下等23家日本汽车、电池和材料企业，以及京都大学、日本理化学研究所等15家学术机构将共同参与研究，计划到2022年全面掌握全固态电池相关技术。国内方面，中科院青岛能源所储能院崔光磊团队长期从事复合聚合物固态电解质研究，目前已研制出全海深高能量密度高安全固态锂电池动力系统，能量密度达300Wh/kg，并且在马里亚纳海沟完成1万米的高压环境下完成深海测试。中科院宁波材料所许晓雄团队从事氧化物与硫化物固体电解质研究，已经开发出能量密度达到260Wh/Kg的10Ah固态单体电池。借助宁波材料所的技术，江西赣锋锂业在宁波当地投资5亿元人民币筹建亿瓦时固态动力锂电池生产线。第一代固态锂电池技术通过中汽研汽车检验中心检验，放电容量约13Ah，能量密度约245Wh/Kg，循环1000次后容量保持率大于90%。此外，包括宁德时代、国轩高科在内的锂电巨头也都有涉猎固态电池的布局、研发。未来虽已来 但瓶颈仍存尽管现在的固态电池技术已经取得很大的突破，但离商业化还有很长一段路要走，一些技术瓶颈还需要多方一起努力去突破。固态电池最大的技术瓶颈是固体电解质离子电导率低。电解质可为锂离子在正负极之间搭建传输通道以实现电池内部电流的导通，决定锂离子运输顺畅情况的指标被称为离子电导率。离子电导率的高低直接影响了电池的整体阻抗和倍率性能，一般聚合物固体电解质的电导率都比较低。界面阻抗大也是制约固态锂电池循环性能的一大难题。目前固体电解质与固体电极之间的界面接触阻抗值是电解质本体阻抗的10倍以上，严重影响了离子的传输，导致电池的循环寿命、倍率性能差。此外，大部分无机固体电解质属于陶瓷电解质，机械性能相对较差等也是固态电池需要解决的问题。后记：固态电池的发展，要经过半固态-准固态-全固态电池的过程，成本等问题也有待攻克。有专家认为，固态电池真正实现小规模量产预计在2020年以后，大规模应用需要更长的时间。但不可否认的是，固态电池已经迈出产业化的步伐，未来可期！
来源：电池联盟
最高龄诺贝尔奖得主诞生！97岁“锂电池之父”传奇人生再添荣耀
如果不是相关领域的人，科学家的名字往往没那么好记住，但是 John B. Goodenough 是个例外：他的姓氏 Goodenough 好见但直白，这就是一个把自己的人生和人类的命运都弄得足够好的人。众望所归！北京时间 10 月 9 日下午 5 点 50 分左右，2019 诺贝尔化学学奖评选结果揭晓——诺贝尔委员会宣布，将此奖项颁发给约翰·B·古迪纳夫、M·斯坦利·威廷汉和吉野彰，以表彰他们在电池领域的重要创新。特别值得一提的是，近几年的化学奖颁布期间，有一位科学家受到了广泛的关注，他就是现已97岁的“锂电池之父”——John B. Goodenough。许多人都期待这位在推动电池发展上有着重要贡献且年事已高的科学家能够得到诺奖的青睐，如若Goodenough成为获奖者，他也将打破现有的历史记录，成为最高龄的一届得主。该记录由去年的诺贝尔物理学奖得主阿瑟·阿什金保持，他在去年获奖时已经96岁。现在，他终于得到了诺奖的认可！John B. Goodenough德克萨斯大学奥斯汀分校主要贡献：因其开发的锂离子可充电电池以及发现古迪纳夫-金森法则用于确定超交换（superexchange）材料磁性符号而受到广泛关注。主要生平：著名固体物理学家，钴酸锂、锰酸锂和磷酸铁锂正极材料的发明人，锂离子电池的奠基人之一，通过研究化学、结构以及固体电子/离子性质之间的关系来设计新材料解决材料科学问题。他在 1922 年 7 月 25 日出生于德国，1944 年在耶鲁大学获得数学学士学位，在二战后完成博士学位，1952 年毕业于芝加哥大学。他早期在曾麻省理工学院林肯实验室进行随机存取存储器（RAM）开发研究。20 世纪 70 年代末到 80 年代初担任牛津大学无机化学实验室主任，并开发出锂离子可充电电池的首选阴极材料钴酸锂。自 1986 年以来，Goodenough 一直担任美国德克萨斯大学奥斯汀分校机械工程和机电工程教授，并继续研究离子导电固体和电化学装置。重大荣誉：Goodenough 教授是美国国家工程院、美国国家科学院、法国科学院和西班牙皇家学会的院士成员。Goodenough 还是 2009 年恩里科·费米奖（Enrico Fermi Award）的共同获得者。在 2010 年当选为英国皇家学会外籍院士。在 2013 年，Goodenough 获得美国国家科学奖章。97岁“锂电池之父”的传奇人生，一手缔造便携能源帝国如果不是相关领域的人，科学家的名字往往没那么好记住，但是 John B. Goodenough 是个例外：他的姓氏 Goodenough 好见但直白，这就是一个把自己的人生和人类的命运都弄得足够好的人。Goodenough 是公认的“锂电池之父”，正是他所领导的创新使锂电池迈向体积更小、容积更大、使用方式更稳定的商业化过程，同时开启了电子设备便携化的革命。锂电池作为最主要的便携式能量源，影响着我们生活的方方面面。如果没有锂电池，就不会有如今的便携式穿戴设备。锂电池产业已经接近年产几十亿美元，为人类的日常活动提供动力。锂电池还曾和晶体管一起被视作电子工业中最伟大的发明，而晶体管的发明人巴丁已经荣获诺贝尔奖。索尼在 1991 年采用 Goodenough 理论后，制作出了世界上第一款商用锂电池，从此手机、照相机、手持摄像机乃至电动汽车等领域各自步入了便携式新能源时代。早期的锂电池用金属锂作为电极材料，在电池使用过程中极易发生燃烧和爆炸，因此无法被广泛使用。为解决这一问题，Goodenough 提出锂离子嵌入、脱出的工作机制，以钴酸锂、锰酸锂和磷酸铁锂替代金属锂作为稳定的电极材料，既解决了电池的安全性问题，又降低了电池的制造成本，实现了锂离子电池技术的革命性突破，极大地推动了这一技术其他领域的广泛应用。作出这样的贡献，他的一生也是一部传奇。他毕生都在为让人类摆脱化石燃料而奋斗，但在取得了这些改变了人类进程的“足够好”的研究成果之前，他自己的人生并不够好。1946 年，23 岁的退伍士兵 Goodenough 带着科研梦想进入了芝加哥大学，但是在那里一位教授告诉他，他的年龄太大了，很难在这一行取得成功。这位教授说的其实没错，因为 7 年后 Goodenough 博士毕业，初入科研时已经 30 岁了，而 30-40 岁应当是一个正常学者的科研巅峰时期，他至少落后了 3 年。但是年轻气盛的 Goodenough 并没有听从这位教授的建议。制作电池需要选择合适的电极材料和电解质材料，以提高电池容量和充放电速度，60 年来不可充电的锌碳电池一直占据着消费电池的主要市场。1976 年，53 岁的Goodenough 进入牛津大学教授化学，同年英国化学家 Stan Whittingham 宣布了他在锂电池方面取得的重大突破。Whittingham 的发现虽然是电池产业的一次飞跃，但是他的锂电池却在过充的时候极易发生爆炸，依然不可商用。Goodenough 认为自己可以改善这个缺点。1980 年，Goodenough 抵达牛津四年后，他终于采用钴酸锂获得突破。新电池拥有更小的体积，更大的容量和更加稳定的使用方式。如今，Goodenough 已经 97 岁高龄，还依然每天往返于实验室，奋斗在科研第一线。90 多岁的高龄时，他周一到周五每天早上七点都会在办公室开始工作，周六周日再在家工作一天半。去年他和他的团队还在固态电池上取得了新的重要进展。他认为，他还需要最后一个重大发明才能无愧于自己——制造出可以使电动汽车代替汽油车的高容量电池。这些年来，让人多少有些惋惜的是，他年年都是诺贝尔化学奖的“陪跑者”。Goodenough 的传奇人生似乎并没有影响到诺贝尔委员会的评价。每年Goodenough 都是诺贝尔化学奖的热门候选人，但是他依旧年年陪跑，堪称化学界的“村上春树”。甚至在 2017 年，一封名为“Open Letter：John Goodenough Deserves A Nobel Prize”公开在 CleanTechnica 网站上，希望诺贝尔委员会能够授予 Goodenough 诺贝尔化学奖。这项很多人参与的请愿运动不出意外地没有回音。而锂电池领域距离上一次突破，已经 20 多年了。这期间无数研究人员奋力研发着新电池，他认为自己只是这个队伍中的普通一员。正如 Goodenough 在其 92 岁的时候曾说，我才 92 岁，我的人生长着呢！图丨2013年，古迪纳夫获得美国国家科学奖章（图片来源：Alcalde）
来源：DeepTech深科技
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
