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激荡二十年 动力电池行业进化史

2018年07月31日 10:58:13 第一电动网

  也许是因为进入到盛夏的季节,伴随着偶尔的狂风暴雨,总有那么一点躁动与不安分,国内的动力电池行业异常地喧嚣。

  “跌停了!居然跌停了!”还在睡梦中与小鲜肉谈恋爱的笔者,就这样无情地被同事摇醒了。

  没错,跌停的就是那只年轻的独角兽。7月25日,创业板第一股、动力电池行业独角兽宁德时代(300750)出乎意料地收获了上市以来的第一个跌停板。要知道,在25日上午的时候,宁德时代还一度上涨3.5%至每股95元。但是吃个午饭回来,宁德时代就突然快速大跌,以跌停板收盘。好消息不断的宁德时代如今可能自己也想不通。

  

 

  宁德时代7月25日股市情况

  整理下思绪,我们今天不去讨论宁德时代为什么跌停,相信这只是一个小的浪花,对大的趋势并不会产生太多影响。我们想聊的是动力电池短短几十年的进化史。

  得电池者,得新能源汽车天下。

  在国家战略中,占了新能源汽车成本快一半的动力电池已逐渐成为了大国重器之争。无论这场国内外争夺战如何演变,有一个趋势是无法改变的,中国电池正在迅速崛起壮大,正在与日、韩形成“三国鼎立”的局面。

  

 

  我们何其有幸,成为国内动力电池从崛起到强大的见证者。剥离对于国家科技发展的满腔热血与支持,笔者认为我们也应该深入地了解一下动力电池在汽车圈发生着怎么样的变化。

  汽车动力电池的重要性不断被强化是因为新能源汽车发展,而在新能源汽车的发展多是依靠着政策的支持。不仅仅在中国,世界都是这样。

  时间来到上个世纪的九十年代。美国加利福尼亚州,这个被喻为是16世纪西班牙文骑士传奇小说《骑士蒂朗》中所描绘的一片传说名为“卡拉菲亚”的乐土。当地政府为了降低汽车尾气对公众的危害,颁布了《零排放法案》。法令规定到2003年,加州零排放车辆的销量要达到汽车总销量的10%。

  而世界第一辆现代电动汽车—通用EV1就在这种情况下于1996年应运而生。通用EV1第一代是由32块铅酸电池作为主能源,车体自重1000kg,一次充电可以行驶144km。即使用现代的审美去看,EV1的造型仍然有着几分梦幻。

  随后,令人意想不到的是一场著名的“谋杀案”就此展开。

  EV1有着无需更换汽油和机油,拥有环保节能使用费用低廉等超越燃油车的优越性,但是它电池续航能力不足,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。而通用也是聪明的企业,把EV1通过实行租赁的方式在市场上小范围流动。

  通用利用环保+技术的理念,开始向大众推广电动汽车。当时候EV1的用户,都有着一种“我在挽救美国,用驾驶电动车的方式”的自豪感。

  但要知道,当时是石油的世界,《零排放法案》和EV1无疑是动了石油大佬们的蛋糕。美孚等石油大鳄跳出来向EV1挥出了致命一刀。它们通过自己在政府层面的影响力,与当时的小布什政府迫使加州放弃了汽车零排放法案。

  最终由于政策与市场环境的不成熟,加之电池的性能不足,EV1的童话还是终结了。在之后,大家都说这其实是一场“谋杀案”。

  

 

  通用EV1

  尽管这场案件扼杀了EV1,但是却没有扼杀到动力电池的技术发展。铅酸电池在当时可以说是研发技术最为成熟、安全性最高的动力电池,是用在汽车上最合适的选择。EV1的诞生无疑是动力电池的一个里程碑意义,使大众意识到电动汽车除了市场的普及化问题以外,还有电池的重要性。

  有的人说,中国的动力电池技术落后于他国的原因是起步晚。对于这种说法我认为并不准确。24年前,在北京的一所大学的实验室里,对于电池的研究就悄悄在客车上埋下了种子。

  1994年,李书福还在捣鼓着中国第一辆脚踏式摩托车,中国汽车的自主品牌还没见到踪影;比亚迪(002594)还在忙着公司注册的事情。但是,由胜利客车厂与美国西屋公司和国防科工委、北京理工大学联手合作,已共同研发生产出了长达12米的中国第一辆新能源汽车——“远望号”纯电动客车。

  “远望号”的诞生并不容易。当时带有一些神秘色彩的传闻,在校园里一直流传至今。

  据说,藏身于教学楼之中的一个实验室那些日日夜夜都灯火通明,偶尔经过那个实验室时,都似乎能捕捉到二十多年前里面忙碌的身影。那时候,经过实验室的学生还会偶尔听到些许激烈讨论或者摔东西的声音。当时没有多少人知道那个实验室是在做什么,但是不少人都知道,里面的人有不休不眠连干24小时,也有扛不住而倒下。

  直到,“远望号”出现在大众之中。学子们才意识到,那个实验室是我国新能源汽车的一个重要转折点。尽管二十多年前,大家还不知道新能源汽车是什么意思。

  

 

  “远望号”纯电动客车

  时代久远,如今也不能窥探出那些实验室传闻是不是真的。但是回过头去看,那时候的中国,无论是整车技术亦或动力电池的技术,都是从“无到有”的状态,可想而知研究道路的艰辛。

  比较可惜的是,由于受制于价格、市场等因素的影响,该产品最终没有成功推向市场,但却为公司的新能源汽车研发提供了技术储备,其中一项就是动力电池技术。采用外国研发的那一块电池组可谓提供给实验室一次珍贵的经验。

  也许,中国的动力电池技术并不是起步晚,只是缺少了走出实验室,使其商用化的能力。

  “远望号”的推出在国内的确掀起了一阵的热潮,但是在国际上却被丰田的风头给盖过去了。

  如今已经在动力电池占得一席之位的丰田,在1997年首先使用高功率镍氢电池的普锐斯混合动力汽车在日本上市。之后,2000年起在北美、欧洲及世界各地公开发售。

  自此,动力电池开启了它在乘用车上的商业化道路。

  纵观动力电池的发展,国际动力电池企业大都从20世纪初开始加速动力电池的研发和积累。那时候动力电池行业尚处于初级发展阶段,其投资、研发、技术攻关都是高壁垒产物,导致动力电池供应商较少,动力电池研发和动力电池产能均相对集中。当时国内的动力电池技术多数存在于实验室之中。

  而随着各国对于新能源汽车的相关政策不断出炉,新能源汽车得到产业开始快速发展。索尼、松下、三星等电池生厂商巨头的技术研发也不断成熟,霸占了世界电子领域的市场份额之外,同时也逐渐覆盖到新能源汽车领域之上。

  我国也纷纷跟上世界的步伐,“十五”开始对电动汽车技术进行大规模有组织的研究开发。“十五”期间,国家863计划“电动汽车”重大科技专项确立了以混合动力汽车、纯电动汽车、燃料电池汽车为“三纵”,以多能源动力总成控制系统、驱动电机和动力电池为“三横”的电动汽车“三纵三横”研发布局,全面组织启动大规模电动汽车技术研发。

  这个政策的实施表明政府开始支持对于镍氢电池和锰酸锂电池的研发。而我国的锂离子电池动力电池技术可以说是萌芽发展于此时,最早是应用在电动客车上。

  2006年,中通客车(000957)控股股份有限公司承担了“串联混合动力客车产品开发”和“奥运用纯电动客车”两个“863”计划项目,成功生产的第一辆串联式混合动力公交客车并正式下线。

  从2005年开始,一年多不断在实验、测试、优化电池和动力总成匹配,可以说连一个线路都是要自己焊接,所采用的锰酸锂电池也是自主研发。有时候,一个步骤错了又要重头来过。经过多次论证改进后制造出样车,又经过无数次的测试之后,电动客车终于在2006年正式下线,随即出现在北京奥运会的现场。

  

 

  服务北京奥运会的中通客车

  在2006年以前,全球新能源的动力发展方向都处于摇摆不定的阶段,中国对于动力电池还处于摸索、定义的阶段。

  后来,车企的大佬们把乘用车动力电池的“枪”瞄准锂离子电池。

  说起锂离子迅速霸占电动汽车市场的“丰功伟绩”,这就不得不提及现在在推特上仅次于特朗普的social“网红”马斯克,和其汽车帝国特斯拉。

  特斯拉是世界上第一个采用锂离子电池的电动汽车公司,它把钴酸锂电池用在了第一辆生产的电动汽车Roadster身上。

  至于特斯拉为什么会敢于不同于其他车企的锂电池?这就跟之前提及的通用EV1的研发团队有点关系。

  在EV1最后以“回收”告终的结局,这一批曾经经历过通用EV1的工程师们内心电动车梦想的火焰依然没有熄灭,他们仍在坚持开发一款属于自己的电动汽车。而EV1的首席设计师Al Cocconi最终带着团队出走,后来生产了一款铅酸电池车T-Zero。

  但是此时,不仅是Al Cocconi的公司,整个电动汽车的产业都陷进了一个怪圈:一直专注于铅酸电池和镍氢电池的研发,但纯电动汽车的续航能力仍然很低,而电池成本却一直居高不下。Al Cocconi其公司也因此陷入了困境。

  此时,一名来自硅谷的工程师为其投资了15万美元。并且,在他的建议下T-Zero换用了锂电池,行驶里程终于有所突破超过了480公里,同时也让笔记本电池的锂电池真正第一次成为电动车的动力之源。而这名工程师,就是特斯拉的联合创始人和第一任首席执行官马丁.艾伯哈德。

  锂动力电池重量轻,比能量大,高达150Wh/Kg,是镍氢电池的2倍,铅酸电池的4倍,因此重量是相同能量的铅酸电池的三分之一到四分之一。基于此,锂电消耗的资源就少,而且由于锰酸锂电池中所用元素的储量比较多,因此相对铅酸、镍氢电池可能会进一步涨价,锂动力电池成本反而是进一步降低的。

  也许是有了T-Zero这个成功的产品试验,也许是随着锂动力电池在其他电子领域逐渐显露头角,马丁.艾伯哈德在成立特斯拉之后,就立刻在会议上拍板采用锂电池技术。自此,特斯拉就走上了超级电池的道路。

  搭载着锂电池的Roadster对于生产电动汽车的产业来说,是喜大普奔的消息。但因为Roadster并不是量产车,所以对于其使用的锂电池市场所带来的影响是有限的。

  

 

  Roadster第一代

  真正有所突破的是特斯拉宣布与松下合作。有人说,为了与松下合作,马斯克“三顾茅庐”。

  让两家企业结缘的是松下的18650规格的圆柱电池。最初,松下研发出了正极材料为镍钴铝酸锂的18650电池,相比镍钴锰酸锂电池性能更好,电量更足。

  而同一时间,特斯拉MODEL S系列还在研发的阶段。马斯克虽然还没像现在要忙到睡汽车生产间,但是寻找符合特斯拉标准的高性能电池这个工作让当时的他焦头烂额。

  据闻,当时他们咖啡一杯换一杯,办公室都是挥散不去的烟雾,特斯拉员工的眼睛都布满着红血丝。而当马斯克与特斯拉电池技术总监Kurt Kelty在多种不同规格的电池之中,定下了松下的镍钴铝酸锂18650电池的时候,他们激动的奔跑出办公室对着外面大喊了许多声“f**k”。

  但是令马斯克更头疼的事却在后面。

  他们当即就与松下联系,希望能达成合作的关系。但也许是继承了日本人谨慎小心的精神,没有干过汽车领域的动力电池,松下担心自己电池性能不能达到安全标准。他们立刻给特斯拉来了个三连击:不可以、不卖、请快走吧!

  这下胸有成竹的特斯拉傻眼了,没靠谱电池,车就造出不来,马斯克当年说出去的话怎么收场?有人说,当时特斯拉的团队也是厉害,他们后来自己买了散装的电池拼成电池组,告诉松下可以这么干。后来,第一个用镍钴铝酸锂18650电芯的电池组诞生了。

  这个传闻是不是真的也无从考究,但是扛着自己组装的高压电池包去谈判的马斯克最终是取得了与松下的合作。

  为了解决镍钴铝酸锂18650电池的安全性能,特斯拉在电池组的设计上做足了准备——特斯拉在每块电池组间放置了玻璃纤维板进行简单保护,每两块电池间由金属梁隔开;并且.每节电池都由保险丝连接,当单节电池发生问题后,保险丝主动熔断对电池断电。

  这为后来的许多新造车车企和动力电池企业新崛起的“独角兽”宁德时代提供了学习的模型。

  

 

  特斯拉和松下从2009年开始合作生产世界上能量密度最高的电动车电池,到如今松下还是特斯拉唯一的电池供应商,是特斯拉超强续航里程的后盾。而在Model3的2170电芯上,特斯拉与松下商量采用硅碳负极,将电芯能量密度提升到300Wh/kg。

  2008年之后可以说是新能源汽车开始进入发展的阶段,电池逐渐成为了相关车企取胜的关键。而日、韩的动力电池供应商逐渐称霸新能源汽车领域,纷纷与车企巨头合作。

  那时,松下收购三洋后于同年开始向特斯拉配套供应圆柱动力电池,从此正式开展动力电池板块业务;LG对于动力电池的整体研发资金及人力投入自2013年前就呈现出持续上升的态势,并且LG化学在电池领域不断专注于三元锂电池的研发;三星SDI背靠三星集团雄厚研发、资源实力,同样具备提供动力电池全产业链条解决方案的能力......而同一时段的中国,也在不断为动力电池这个种子浇水。

  时间回到2005年。

  比亚迪涉足了汽车界之后,开始着手研究磷酸铁锂电池。这个国内首个电池厂商巨头,为什么选择磷酸铁锂电池?

  那时,也是在盛夏的季节。王传福当时与电池的研发组在比亚迪的一个办公室里展开了一场“争论”。王传福皱着眉头,按着太阳穴,不断重复着“比亚迪只有做车载磷酸铁锂电池,在世界、在中国才有出路。”但是,电池研发组的人员从他们专业的角度出发,摇摇头,坚定地认为研究发展三元锂电子会更符合以后动力电池的发展。

  当时,办公室的气氛可以说是跌到了“冰点”,大家都硬着脖子不退让。但其实,两者都没有对错,只是立场不一样。

  在车载电池界,日韩企业早早的已经掌握了锰酸锂和三元锂的核心技术。尤其是三元锂,无论是技术、工艺还是设备,日韩行业龙头都已达到非常成熟稳定阶段。因此特斯拉,宝马,这些国际巨头在开发新能源汽车的时候也会选择日本松下,韩国三星这些电池厂商巨头的产品。

  而比亚迪若是在此时以同样的三元锂电池技术切入车载动力电池,无疑是一个巨大的挑战。王传福坚持要做磷酸铁锂电池,就是看中了日韩企业基本没有涉足。作为商人,他固然是从商业的角度出发,这个市场相对来说竞争少了许多。

  在磷酸铁锂电池的市场上也不是只有比亚迪一家在做,美国有两家公司A123和Valence是磷酸铁锂电池的主要生产商。不过,当时的技术没有相差太过悬殊,所以比亚迪便以此作为突破口。

  2006年,比亚迪的第一款搭载磷酸铁电池的F3e电动车研发成功。F3e虽然使用的是F3的车身、内饰和悬架,但是其电动机、减速器、电池组件以及控制系统全部由比亚迪自行研发自行生产,其续航能力达到300公里。

  

 

  除了商业的角度,比亚迪要做车载的磷酸铁锂电池的另外一个因素就是政策。

  “十一五”开始,政府组织实施了“节能与新能源汽车”重大项目,继续坚持“三纵三横”的总体布局,并全面展开电动汽车关键技术研究和大规模产业化技术攻关。而磷酸铁锂电池成为了国家“863”计划、“973”计划和“十一五”高技术产业发展规划重点支持的领域。

  所以,2008年国内的动力电池企业仅仅有10家,而到了2012年疯狂增长到了105家。当时,因为政府逐渐对动力电池企业进行补贴,许多企业看到了“赚钱”的商机,迅速建立起动力电池企业。

  但是,笔者在前文已经提到过,动力电池的企业技术门槛高、投资研发周期长,也意味着这是一个“烧钱”的行业。所以,在不久之后政府开始进行补贴的整顿,那一堆因风而起的企业又迅速消亡了。

  但是有趣的是,当时那一批企业,有一小部分在夹缝中生存下来,那就是专门做低速电动车所采用的铅酸电池的企业。当时铅酸电池的成本价格是不到锂电池的二分之一、电压又稳定,一心想着补贴的企业自然往成本低、技术门槛低的电池技术研发。而性价比极高的低速电动车在当时也出现了“井喷”的状态。

  不过,随着工信部对低速电动车的进一步规范,在2016年11月与12月的两次工作会议中,标准制定工作组确定了低速电动车的定义、动力蓄电池技术路线、等标准细则。但当时外界的最大的争议点集中在动力电池上,因为工作组给出了十分明确的态度:低速电动车必须搭载锂电池,拒绝铅酸电池作为动力源。

  这个决定在业界引起了一阵的喧哗与震动,因为又有一部分没有真材实料的企业活不下去了。

  回到电动汽车的车载动力电池上,自从在国内沃特玛首次成功研发了磷酸铁锂电池,比亚迪把其应用到乘用车以后,磷酸铁锂电池在中国的新能源电动汽车一路狂奔。

  

 

  沃特玛生产的磷酸铁锂电池

  前瞻产业研究院认为,新能源汽车经过几年的缓慢发展,全球市场在2014下半年进入高速发展阶段。这也意味着,车载动力电池的市场越来越广阔。

  而在磷酸铁锂电池狂奔之时,宁德时代悄然出现,并开辟了车载锂电池另一条路线,也是比亚迪不敢轻易尝试的。

  宁德时代在建立之初就注定在动力电池的技术路线上是与比亚迪分道扬镳的。

  宁德时代的母公司,新能源科技有限公司(Amperex Technology Limited,简称ATL)在建立之初就是专注于聚合物锂离子电池的研究。在2010年剥离于ALT的宁德时代,大部分员工都是来自ALT,在建立之初就有了技术与质量的保证。

  此时恰逢宝马计划研发一款新能源车,急需寻找合适的动力电池供应商。几经打听后,宝马方面对当时ATL在聚合物锂离子电池的造诣有着极大的兴趣。但由于ATL主营电子产品电池,就像松下一开始因顾虑而拒绝了特斯拉一样,ALT也婉拒了宝马。但是它却把宁德时代送到了宝马手中,从而宝马顺势找到了拥有ATL血统的宁德时代!

  与宝马的相遇,可以说成为宁德时代发展的最关键一步。有了宝马品牌的背书后,宁德时代声名鹊起,后续的市场开发变得容易的多,相继成为了大众、一汽和宇通客车(600066)的动力电池供应商。

  不同于比亚迪,宁德时代这么执着于三元锂电池的理由是什么?诚然,在现在的车载动力电池的发展来看,三元锂电池的性能要比磷酸铁锂电池要好。但是,笔者认为跟比亚迪一样,补贴才是当初影响最大的因素。

  “十二五”期间,国家把动力电池的重要研究领域转到三元锂电池的研发上,并且开始缩减动力电池企业对磷酸铁锂电池研发的补贴。这就意味着,宁德时代先天的技术优势为它带来了好运。

  

 

  宁德时代历代电池展示

  2015年之后,国家开始认可三元锂材料用于车用电池的安全性,政策松绑后,能量密度更高、代表着更远续航的三元锂电池开始统治乘用车市场。北汽新能源的EX与EU系列、吉利帝豪EV、上汽荣威ERX5,包括特斯拉那些你叫得出名字的新能源车,基本都是三元锂电池的拥趸。

  而紧接着在2016年,以“低价格、高质量”侵入中国并迅速掠夺市场的“韩系”电池供应商,在不久之后也被工信部的“白名单”阻挡到国门之外。

  天时、地利、人和,宁德时代似乎都占了。

  至此,比亚迪、宁德时代、沃特玛、国轩高科(002074)等一众动力电池企业逐渐崛起,中国的动力电池企业以“两个路线”并驾齐驱,在国际市场上霸占了一席之位。

  

 

  2016年,我国已经成为全球最大电动汽车市场。而噪声四起的“新造车企业”的加入无疑是进一步推动了动力电池的技术发展。

  但老生常谈,至今无论是国外强大的松下、三星,亦或是国内的比亚迪、宁德时代,他们都没有彻底解决锂电池的续航能力与充电的问题。这是对于电动汽车市场化的致命性痛点。所以为了寻找性能更好的电池,现在的企业又纷纷把“枪”瞄准到了“燃料电池”。

  近一年,国家与地方政府也不断推出关于燃料电池的政策,想通过燃料电池实行“弯道超车”。虽然,这个想法有点大胆,但也不无可能的。但马斯克曾在公开场合贬低氢燃料电池车,说其是汽车制造商骗人的把戏,纯粹是胡扯。

  孰是孰非,只有未来才能给我们答案。

  根据罗兰贝格的相关报告显示,如今动力电池行业一个重大的趋势是,在不同的新能源车型上,采用的动力电池技术路线已经开始出现了分化并且固定下来。总体而言,新能源乘用车偏向三元锂电池,而新能源客车使用磷酸铁锂电池,新能源专用车(货车)也比较倾向于使用三元锂。

  锂电池已成为了我国新能源汽车动力电池的主导。但是,锂电池的能量密度开发已逐渐达到上限,随着国家补贴的退潮,无论现在宁德时代与比亚迪在锂电池的领域上打的有多激烈,它的这个主导之位也许有点危险了。

  附:我国新能源汽车动力电池企业的技术研究路线

  

 

  作者:小丑joker图片来源于网络来源:第一电动网 作者:Auto Space车创


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