第一個(gè)階段，鋰離子聚合物電池的興起。

 

傳統(tǒng)的鋰離子電池使用的是普通液態(tài)鋰電解質(zhì)，但是在2005年以后，聚合物電解質(zhì)的鋰離子電池開(kāi)始嶄露頭角。相對(duì)于之前的液態(tài)鋰離子電池來(lái)說(shuō)，聚合物鋰離子電池除了在電化學(xué)特性上更有優(yōu)勢(shì)外，更重要的，是塑型更加靈活，能讓電池做的更薄，體積利用率更高。

 

第二個(gè)階段，手機(jī)電池的穩(wěn)定期。

 

2010年以前，尤其是2007年以前，鋰離子聚合物電池的興起讓手機(jī)電池容量有了長(zhǎng)足的提高。但是隨著技術(shù)的成熟，電池比能量提高的速度開(kāi)始減緩。更重要的是，隨著電池能量的加大，安全問(wèn)題開(kāi)始浮現(xiàn)在我們眼前。很多廠家開(kāi)始著眼于提高電池的安全性指標(biāo)，在電池的外殼防護(hù)上下了一些功夫。雖然不能提升電池的能量密度，但是在長(zhǎng)期發(fā)展來(lái)看，還是必要的。因?yàn)槟芰棵芏仍黾?，出現(xiàn)問(wèn)題的損失也會(huì)越大。

 

第三個(gè)階段，手機(jī)電池的第二次能量密度提升。

 

到2013年以后，手機(jī)電池開(kāi)始有一次的提升了能量密度。這里面有材料的原因，電池廠家通過(guò)改善工藝，提高了材料的壓實(shí)密度，或通過(guò)其他的手段，讓電池的容量有了進(jìn)步。同時(shí)，即iPHONE之后，市場(chǎng)上越來(lái)越多的手機(jī)電池變得不可拆卸。通過(guò)電池和手機(jī)的“一體化”，省去了原來(lái)電池的硬殼保護(hù)，提升了電池的能量密度，或者根據(jù)電池結(jié)構(gòu)，開(kāi)發(fā)異型電池等。除此以外，更直接的一種方法，是提高電池的電壓。普遍的，通過(guò)將電壓平臺(tái)提高0.1V左右，提高電池的能量。這與前一段比亞迪的磷酸鐵錳鋰電池有異曲同工之妙。

 

目前，主流的手機(jī)電池能量密度保持在600Wh/L左右，有些廠家的產(chǎn)品會(huì)稍微高一些，比如小米手機(jī)，電池能量密度在620Wh/L以上，一款金立手機(jī)能量密度達(dá)到650Wh/L。使用的哪種手段，還請(qǐng)對(duì)號(hào)入座。曾有報(bào)道說(shuō)，當(dāng)能量密度達(dá)到700Wh/L的時(shí)候，可能使電池的可充分循環(huán)壽命小于300次，爆炸的隱患大大增加。

 

既然提高電壓有如此多的害處，為什么大家還要這么去做呢？這讓我想起了一個(gè)故事。以前圓珠筆和鋼筆的筆芯粗細(xì)度是一樣的，但是有一個(gè)問(wèn)題，就是圓珠筆書(shū)寫(xiě)2萬(wàn)字左右，就會(huì)出現(xiàn)漏油，主要原因就是筆珠的磨損壽命就在2萬(wàn)字左右，當(dāng)所有人都在研究耐磨材料的時(shí)候，有個(gè)叫田騰山郎的日本人，開(kāi)發(fā)了一款產(chǎn)品，就是讓筆芯的油墨在2萬(wàn)字之前用完。這與現(xiàn)在的手機(jī)電池的研發(fā)思路有相似之處。

 

智能手機(jī)，已不再是當(dāng)年“用到壞”傳統(tǒng)手機(jī)，而是像電腦一樣，用一段之后，就需要更新升級(jí)。因此可能還沒(méi)到電池出現(xiàn)問(wèn)題的時(shí)候，手機(jī)已經(jīng)淘汰了。雖然我個(gè)人認(rèn)為，提高電池電壓平臺(tái)，實(shí)際上是一個(gè)比較冒險(xiǎn)的方式，對(duì)電池的穩(wěn)定性和壽命，都有著潛在的影響。但是目前看，適當(dāng)?shù)奶岣咭稽c(diǎn)電池的工作電壓，起碼市場(chǎng)對(duì)這種做法還是接受的。

 

新的電池技術(shù)雖然是鼓舞人心的，但是任何的新技術(shù)，新材料都需要經(jīng)過(guò)相當(dāng)長(zhǎng)的一個(gè)轉(zhuǎn)化過(guò)程，才能成為商業(yè)的產(chǎn)品，比如鋰電池，最早的鋰電池的概念要追溯到上個(gè)世紀(jì)的六七十年代，之后液態(tài)鋰離子電池和聚合物鋰離子電池也是經(jīng)歷了十幾年發(fā)展，才有了今天的狀態(tài)。但是最近幾年智能手機(jī)硬件發(fā)生了突飛猛進(jìn)的進(jìn)步，小小的手機(jī)性能，可以與一臺(tái)個(gè)人電腦相媲美，這樣電池技術(shù)有點(diǎn)吃不消了。所以雖然手機(jī)續(xù)航不一定是國(guó)民痛點(diǎn)，但起碼也是短板之一。

 

很多人關(guān)心動(dòng)力電池和消費(fèi)級(jí)電池的區(qū)別。我覺(jué)得，從電池的角度來(lái)說(shuō)，是沒(méi)有本質(zhì)的區(qū)別的。但是由于產(chǎn)品應(yīng)用條件不同，所以設(shè)計(jì)的理念和思路也是不同的，從而導(dǎo)致我們所看到不同領(lǐng)域電池的產(chǎn)品屬性，有很大區(qū)別。在消費(fèi)級(jí)電池領(lǐng)域，沒(méi)有五花八門(mén)的正極材料；而在動(dòng)力電池領(lǐng)域，也很少談到關(guān)于電解質(zhì)變化對(duì)性能的影響。在能量密度方面，比如我們都知道2015年2月16日，科技部發(fā)布了《國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃新能源汽車重點(diǎn)專項(xiàng)實(shí)施方案(征求意見(jiàn)稿)》,其中明確要求了2015年底轎車動(dòng)力電池能量密度要達(dá)到200Wh/kg。

 

作為消費(fèi)級(jí)電池來(lái)講，早在2013年，其能量密度就超過(guò)200Wh/kg的水平了，這不但與優(yōu)化材料和結(jié)構(gòu)有關(guān)，高電壓的做法更是功不可沒(méi)。由于消費(fèi)級(jí)電池一般不成組使用，即使成組，也是幾支電池之間的串并聯(lián)，與動(dòng)力電池簡(jiǎn)直是數(shù)量級(jí)的差別；“BMS”直接管理電芯；充放電電流較??；熱管理也相對(duì)容易；一般來(lái)說(shuō)，消費(fèi)級(jí)電池質(zhì)保期也只有1年，所以這種做法是完全可以滿足消費(fèi)級(jí)電池市場(chǎng)的需求的。但是在動(dòng)力電池市場(chǎng)，可能就行不通了。動(dòng)力電池的要求，相對(duì)要高更加綜合，既有安全性的考慮，又有成本方面的評(píng)價(jià)，同時(shí)還有性能方面的要求。雖然在特斯拉身上，似乎完成了一次消費(fèi)級(jí)電池與新能源汽車的完美結(jié)合，但是車的定位和價(jià)格，和我們期望中家用級(jí)的新能源汽車還是有一定差距的。

 

磷酸鐵鋰、鈷酸鋰、三元材料、錳酸鋰……各種正極材料沖擊能量瓶頸的同時(shí)，我想是不是應(yīng)該停下來(lái)考慮一下安全和其它的問(wèn)題。消費(fèi)市場(chǎng)，動(dòng)力市場(chǎng)，儲(chǔ)能市場(chǎng)，鋰離子電池是不是能解決所有的問(wèn)題。任何的電池可能都有他的適用環(huán)境。比如燃料電池，無(wú)論是作為新能源汽車的動(dòng)力單元，還是作為市政供電設(shè)備來(lái)說(shuō)，其電池特性上都是非常合適的，但是與現(xiàn)有鋰離子電池體系相比，開(kāi)發(fā)小型燃料電池便攜設(shè)備可能使比較困難的。在高喊的技術(shù)突破的時(shí)候，更冷靜的考慮一下鋰離子電池的局限性。因?yàn)橹挥幸庾R(shí)到這些局限性，才有可能探索新的電池體系。當(dāng)然不得不承認(rèn)，隨著技術(shù)的推進(jìn)，將來(lái)發(fā)展具有更高能量密度，并且能滿足商業(yè)應(yīng)用需求的新的電池體系，而且要求新體系所使用的材料要求環(huán)境友好，成本低廉，材料易獲得，變得越來(lái)越困難了。因此，在發(fā)展鋰離子電池的同時(shí)，我呼吁要對(duì)那些已經(jīng)發(fā)現(xiàn)但并未充分商業(yè)化的電池體系，投入更多的精力和資源。

如果你想要一款加速度體驗(yàn)良好的車，特斯拉Model S絕對(duì)能滿足你。當(dāng)然，像這樣的電動(dòng)車不僅能夠帶來(lái)良好的駕駛體驗(yàn)，相比較于傳統(tǒng)汽油車，它也不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。但是，從電動(dòng)車誕生至今，它都只是占了很小一部分市場(chǎng)份額。主要的原因是電動(dòng)車的電池昂貴而且需要經(jīng)常充電?？墒牵瑸槭裁措姵匦阅芤恢币詠?lái)都不見(jiàn)起色？

 

在過(guò)去的數(shù)年中，有無(wú)數(shù)的電池技術(shù)研究取得突破性的進(jìn)展，但是這些當(dāng)中，鮮少能夠被商業(yè)所使用，兌現(xiàn)低成本和多容量的承諾。比如成立于2001年的鋰離子電池初創(chuàng)公司A123 Systems，曾宣稱，能將鋰離子電池的磷酸鋰鐵正極材料制造成均勻的納米級(jí)超小顆粒，因顆粒和總表面面積劇增而大幅提電池的放電功率，而且，整體穩(wěn)定度和循環(huán)壽命皆未受影響。但最終于2012年以失敗告終。原因是，不能夠量產(chǎn)它所描述的那些鋰電池，也不能安全有效地轉(zhuǎn)換電量。

 

2012年，位于美國(guó)加州的電池公司Envia Systems在華盛頓重大的會(huì)議上宣稱，研發(fā)出能量密集型電池，單位重量的鋰電池儲(chǔ)存能量是目前電池的兩倍，而且成本降低一半。通用汽車一聽(tīng)說(shuō)能研發(fā)如此高能電池的Envia，馬上向其投資了700萬(wàn)美元，希望在電動(dòng)車業(yè)務(wù)上進(jìn)行合作。到了2013年，Envia都沒(méi)有兌現(xiàn)它所宣稱的“驚人效果”，導(dǎo)致失去資助資金以及通用汽車公司的合作伙伴關(guān)系。另外，這家公司也受到美國(guó)高級(jí)能源研究計(jì)劃署ARPA-E的重視。只能說(shuō)，Envia令人印象深刻的電池讓人興奮也讓人落空。

 

事實(shí)上，在電池行業(yè)中，由于電池技術(shù)的高門(mén)檻，初創(chuàng)公司難以單獨(dú)存活。因此，電池行業(yè)一般都是由大公司主導(dǎo)。A123 Systems前高管Andy Chu說(shuō)：能量存儲(chǔ)是一個(gè)“大頭”玩的游戲，因?yàn)樵谘邪l(fā)電池中稍有不慎將會(huì)鑄成錯(cuò)誤。雖然我希望電池初創(chuàng)公司最終會(huì)取得成功，但通過(guò)這幾年的歷史，(大家都可以看見(jiàn)，這些公司的)下場(chǎng)都不太好。

 

在過(guò)去的十年里，我們見(jiàn)證了電池行業(yè)“突破性”的進(jìn)展，但是這些都是來(lái)自大公司的一些穩(wěn)定小進(jìn)步。

 

 

電池成本降速比預(yù)期快，3年內(nèi)將降到230美元/千瓦時(shí)

現(xiàn)在，電動(dòng)汽車的價(jià)格比普通燃油車貴很多，很多人認(rèn)為電動(dòng)汽車進(jìn)入大眾汽車消費(fèi)市場(chǎng)將永無(wú)出頭之日，雖然燃料和維保費(fèi)用能省不少，但是較高的初次購(gòu)買(mǎi)價(jià)格仍然會(huì)嚇跑不少消費(fèi)者。地球人都知道，電動(dòng)汽車就是貴在電池，但可喜可賀的是，國(guó)外一項(xiàng)最新研究稱，鋰離子電池的成本價(jià)格一路在下降，而且速度比以前的預(yù)估要快。

 

據(jù)The Carbon Brief報(bào)道，早在2013年，國(guó)際能源屬(IEA)曾經(jīng)預(yù)測(cè)，到2020年，電動(dòng)汽車電池成本將下降到300美元/千瓦時(shí)。然而，NatureClimate Change的研究人員認(rèn)為，電動(dòng)汽車行業(yè)可能已經(jīng)提前達(dá)到了這一目標(biāo)，2007年至2014年之間，全行業(yè)平均成本從1000美元/千瓦時(shí)下降到410美元/千瓦時(shí)，平均每年下降14%。某些領(lǐng)先企業(yè)，例如日產(chǎn)和特斯拉已經(jīng)跨越了IEA預(yù)測(cè)的300美元/千瓦時(shí)屏障，去年起電池成本很可能已經(jīng)更便宜，價(jià)格可能比最近許多同行的評(píng)估低2至4倍，每年降幅為8%。

 

這項(xiàng)研究結(jié)果是基于同業(yè)評(píng)審學(xué)術(shù)刊物、機(jī)構(gòu)測(cè)算、咨詢和行業(yè)報(bào)告、媒體報(bào)道、電池廠商和汽車制造商等85個(gè)成本預(yù)測(cè)得出的。由于制造商不愿向公眾披露自己的真實(shí)成本，因此，前面所提到的數(shù)據(jù)不是完整的數(shù)據(jù)。

 

100美元/千瓦時(shí)經(jīng)常被看作是電動(dòng)汽車能與普通燃油車進(jìn)行價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)的基準(zhǔn)。為了追求削減成本，導(dǎo)致替代鋰離子化學(xué)成分的各種研究大量投入。

 

研究人員預(yù)計(jì)，2017-18年，電池成本將會(huì)降到230美元/千瓦時(shí)。以美國(guó)為例，目前油價(jià)很低，預(yù)計(jì)電池成本只有低于250美元/千瓦時(shí)，電動(dòng)汽車的價(jià)格才能更有競(jìng)爭(zhēng)力。如果電池成本再進(jìn)一步跌破150美元/千瓦時(shí)，那么電動(dòng)汽車市場(chǎng)就會(huì)發(fā)生量變，車輛技術(shù)也將因此發(fā)生潛在轉(zhuǎn)變。

 

要想達(dá)到上述水平，即使是在當(dāng)前的勢(shì)頭下，即使電池單體化學(xué)技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了許多進(jìn)步，但電池成本價(jià)格的大幅下降也不可能在一夜之間發(fā)生。研究人員認(rèn)為，這些新的研究仍然很遙遠(yuǎn)，只有市場(chǎng)規(guī)模的擴(kuò)大更可能帶來(lái)成本的下降。

 

特斯拉汽車公司正在驗(yàn)證研究人員的論斷，當(dāng)位于內(nèi)華達(dá)州的Gigafactory超級(jí)電池工廠在2017年啟動(dòng)后，就會(huì)產(chǎn)生足夠大的市場(chǎng)規(guī)模，從而實(shí)現(xiàn)Model 3電動(dòng)轎車35000美元的平民低價(jià)，這意味著電池成本將降低30%。另一方面，雷諾-日產(chǎn)也計(jì)劃在2016年實(shí)現(xiàn)可供150萬(wàn)輛電動(dòng)汽車使用的電池產(chǎn)能。

 

研究人員稱，整體而言，在不久的將來(lái)，即使技術(shù)沒(méi)有出現(xiàn)大的突破，規(guī)模經(jīng)濟(jì)效應(yīng)也有可能推動(dòng)電池成本下降到200美元/千瓦時(shí)。如果這項(xiàng)研究的預(yù)測(cè)是正確的，那么電動(dòng)汽車市場(chǎng)的發(fā)展規(guī)?？赡軙?huì)超過(guò)預(yù)期，這是一件好事。

 

從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，汽車制造商必須在盈利的基礎(chǔ)上生產(chǎn)電動(dòng)汽車，然后加大銷售力度，實(shí)現(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。日產(chǎn)汽車公司在在第一代聆風(fēng)電動(dòng)汽車上市后就設(shè)立了龐大的銷售目標(biāo)，如今確實(shí)說(shuō)到做到，聆風(fēng)是全球迄今銷量最高的電動(dòng)汽車，今年將突破20萬(wàn)輛大關(guān)。下一代聆風(fēng)預(yù)計(jì)將提供120-150英里(193-240公里)，甚至更多的續(xù)航里程，顯然這會(huì)吸引更多的消費(fèi)者，日產(chǎn)作為車企也會(huì)越來(lái)越有利可圖。