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锂电池终获诺奖。
10月9日下午,瑞典皇家科学院宣布将2019年诺贝尔化学奖授予约翰·B·古迪纳夫(John B.Goodenough)、M·斯坦利·威廷汉(M. Stanley Whittingham)和吉野彰(Akira Yoshino),以表彰他们在锂离子电池领域的贡献。
上世纪90年代,锂离子电池被成功运用到手机中,它正式走进人们的生活。如今,它更是大施拳脚,作为电动汽车的“心脏”,重新“定义”汽车。
月儿弯弯照九州,几家欢喜几家愁。
诺贝尔化学奖花落锂电池的喜讯从瑞典向世界各地扩散,全球目光聚焦锂电池,人们纷纷致敬伟大的科学家。而在瑞典往南一点,有群欧洲人正心事重重。
俗话说,菜无心可活,人无心必死。
当汽车“话事人”遭遇缺芯难题时,命运又将何去何从呢?
对于欧洲的车企巨头们来说,Northvolt的诞生,便是他们迈出的关键一步。
有关Northvolt这家公司的前世今生,诸君可能不甚熟悉。但说到这家公司创始人的前东家——特斯拉,想必都如雷贯耳吧。
作为欧洲推举出与CATL、松下、比亚迪和LG化学等亚洲势力一较高下的最强种子选手,Northvolt这家瑞典电池企业可谓含着金钥匙出生——年纪虽小,但背景却着实惊人。
依托Northvolt这个平台,大众、标致及宝马等一班平日里打得不可开交的欧州传统造车“话事人”,悉数登场参与合作。
甚至,他们还愉快地达成协议:将共同组建欧洲电池联盟,在德国大兴电池厂。
明星效应下,成绩自是斐然。截至目前,该公司到2030年底的订单总价值已经超过130亿美元。
而作为Northvolt背后的投资人之一——大众扶植这家动力电池新星的目的,早可谓“司马昭之心路人皆知”。
在大幅度提升集团的电动化攻势(未来十年推出70款新电动车、电动车产量达到2200万辆)后,大众集团投资电池初创公司、成立动力电池研发生产部门逐一而至。近日,有知情人士更是透露,大众集团为了在中国汽车市场获得关键技术,正在探索对中国零部件供应商进行潜在投资。目前正在考虑的选项包括收购中国供应商的股份或者和中国供应商一起建立合资公司。
事实上,动力电池供应已成为车企电动化战略的“阿克琉斯之踵”。
美国的特斯拉,在2019年上半年的股东大会上曝出,其电动车产能因为动力电池产能不足而受限,CEO马斯克不满松下电池产能供应。
中国的电动车企,在动力电池领域的挑战则更加严峻。可以简单的概括为:除了比亚迪之外的任何一家电动车企,要想获得优质的动力电池供应商,需要接受非常严苛的付款条件,几乎没有任何谈判地位可言。
大众集团旗下奥迪首款面向市场的纯电动汽车,也因为动力电池的供应问题,被LG化学折磨得死去活来,死死卡住了脖子。
2018年9月,奥迪在硅谷腹地旧金山,发布了e-tron并开始接受预定。
然而,两个月后,奥迪大量生产出来的e-tron仍只能停靠在大众位于布鲁塞尔的仓库中,原因是LG化学在波兰Wroclaw新工厂产出的动力电池还达不到上车所需的质量标准。
那么,怎么提高电池质量呢?
LG化学想了想,嘴里蹦出两个字:加钱!
据《布鲁塞尔时报》报道,e-tron先是遭到了LG化学的一轮10%的涨价需求。而后,在此基础之上,LG化学还在谋求进一步涨价。
因为动力电池供应不足,奥迪e-tron在挪威提车的等待时间已经从2个月飙升到了6个月。
与此同时,因为动力电池的问题,奥迪原计划在2019年生产5.5万辆e-tron也宣布告吹,现已现实地将生产目标下调为4.5万辆。
习惯呼风唤雨的车企巨头们,在动力电池供应商面前,怎会如此卑躬屈膝?
一切根源只因——优质动力电池的缺货正在全球范围内愈演愈烈。原来,LG化学在波兰的动力电池制造工厂产能仅有区区4GWh,而这已是欧洲范围内唯二的动力电池制造工厂(另外一家是已经被中国能源企业远景收购了的AESC,其在英国的工厂产能只有2GWh,且专供日产聆风和雷诺Zoe)。
为了缓解电池紧缺,大众亦“阳谋不断”。
据electrek报道,大众汽有意与SK创新达成合作,联合在美国建设了一家电池工厂。
而听到消息的LG顿感遭遇背叛,一度威胁将切断大众的电池供应。
屋漏偏逢连夜雨。
就在大众欲改变其电池采购计划时,消息人士就指出,大众的另外一个动力电池供应商——三星SDI似乎选择与其韩国同胞站到同一战线,密谋大幅缩减对大众的电池供应。
被车企们这般重视的动力电池有多重要呢?
可以说,动力电池是电动车的“心脏”。
以传统汽车而言,发动机是汽车的心脏。国内外整车厂都有自己的发动机,通过掌握发动机等核心零部件技术和生产工艺,从而保证品牌的核心竞争力和利润。
而对于电动车来说,核心动力总成是电池系统+驱动系统+电控组成的大三电系统。特别是动力电池的成本占比最高,超过30%,而且技术仍在快速迭代。
2018年底国际分析机构瑞士联合银行(UBS)提供报告显示,目前电池占电动汽车总成本的25-40%,这使它成为迄今为止最昂贵的部件。
有机构预测,到2025年全球动力电池市场将达到约2500亿欧元。
动力电池增长潜力巨大,且事关行业技术标准制定等话语权权。然而,此前在要不要自行投资建厂生产电芯的问题上,车企们态度较为保守。
戴姆勒曾与赢创工业(Evonik Industries AG)联手成立Li-Tec公司,于2010年在卡门茨兴建锂离子电芯制造工厂。投产后不久,就于2014年11月宣布电芯生产将在2015年末全面停止,而Li-Tec成为戴姆勒的全资子公司,大部分员工并入戴姆勒。蔡澈在之后的采访中公开表示:
"按照现有技术,戴姆勒无法在锂离子电芯的自行制造上获得任何经济上的优势。"
另一德国汽车巨头——宝马则在首届“NEXTGen未来峰会”上,由其首席财务官Nicolas Peter公开表示,没必要每家车企都自己生产电池。
宝马的理由也简单,一来电池研发生产要投入大量资金,本来电动车就很难盈利了,再在这上面砸钱没必要。二来一旦有了这个念头,短时间内又实现不了自给自足,却会让供应商心里不爽,到时候影响了目前的供应链,得不偿失。
宝马的话不无道理,去年日产出售了旗下的电池业务,也是因为多年来投入巨大但是不赚钱,还牵扯精力,不如舍弃掉它,专心研发电动车其他技术。
“造不如买。”巨头们无奈地给出了最符合现实的答案。
当然,这或许也是最优选择。
因为,事实证明动力电池并不好造。
2019年4月22日,上海徐汇区裕德路泰德花苑小区一辆特斯拉汽车在地下车库中突然自燃,并且引燃了旁边多辆豪车,损失惨重。
4月22日下午,西安一辆蔚来ES8在授权服务中心维修时车辆起火。
4月23日,杭州一辆荣威ei6在路上发生起火燃烧。
6月27日,蔚来公开表示,由于部分车辆存在电池热失控和起火隐患,将召回4803辆ES8电动汽车,为它们免费更换改进后的动力电池包,以消除安全隐患。
海恩法则说:
每一起严重事故的背后,
必然有29次轻微事故、300起未遂先兆,及1000起事故隐患。
频频发生的起火意外,为整个新能源汽车行业敲响警钟,亦让各界将目光投射于动力电池的安全性上。
然而,大量丰富的实车运营经验,恰好是市场上诸多动力电池企业的短板。
在电动汽车迅速增长的大环境下,电动汽车安全事故发生的背后暴露的是当前电池企业和主机厂都在追求更高的能量密度以获得更多的补贴,却忽视了动力电池最根本的安全属性的问题,而近期频繁的事故出现,理应为国内追求高速发展的电动汽车行业敲响警钟。
动力电池对一个对研发、制造、质量控制等各个环节的体系能力要求极高的产业。从研发到样品到最终的SOP,是需要跨越千山万水的,哪怕是能够投入到最终的量产,对制造能力的要求也非常高。
动力电池的制造,大多是在微米级的材料上进行操作。无论是浆料的搅拌,还是涂抹、压实,以及后面的剪切,对工艺能力要求极高,任何一个环节的不一致性,都将影响动力电池的性能,或者是良率。
动力电池的检测标准异常严苛。以电池圈20多年的“老司机”——比亚迪的标准为例,下面这组数据或许可以带来更形象的感知:
温度冲击测试,以模拟动力电池在运输或储存过程中,反复暴露在低温和高温环境下的安全性能。
在这个环节,电池需要经历“冰火两重天”极端温度迅速变化的考验:电池包在-40℃~85℃的极限温度环境中, 30min内实现两种极端温度的转变,且需要在每个极端环境中保持至少8h,循环多次。试验结束后电池包无泄漏、着火等现象,且绝缘电阻≥5000Ω/V才算是通过测试,这远高于国标要求的100Ω/V。
挤压测试,验证要求挤压力能达到100KN,这相当于一头大象重量的挤压,亦或是相当于一辆满载乘客和行李的12米大巴撞击时的挤压。
工程师们为每一个电池包采用了独特的防撞设计,高强度铝合金托盘及蜂窝结构的加强边框保证电池包碰撞和挤压时不受破坏,试验结束后的电池包无着火、爆炸等现象才算是考试合格。
对安全的极度敏感和行业不确定性的增加,正在让电池行业经历惨烈的洗牌。
数据显示,2018年全球动力电池出货量前5家电池企业的供货量已经攀升至总量的73%,二八效应进一步凸显。
二八效应下,动力电池行业面临洗牌。来自中汽协的最新数据显示,2018年我国动力电池规划和在建项目较2017年明显减少,盲目扩产项目大幅减少。2018年实现配套的动力电池企业数量较2016年减少了一半,同时排名前10位的企业市场占比达到了83%,意味着产业集中度大幅提升。
国家科技成果转化基金新能源汽车创业投资子基金合伙人兼总裁方建华表示,“行业洗牌已经开始了,多数不知名的企业会先倒下。到2020年,所有动力电池企业还能留下20-30家,现阶段80%以上的都会被淘汰。有些自然淘汰,有些被资本捧杀。”
另外,高企的投入正筛去无数欲入局者。
动力电池作为技术密集型和资本密集型产业,只有拥有更强大技术实力的龙头企业才有可能在险峻的市场中脱颖而出。
技术壁垒广泛存在于产业链各个环节,深浅不一。而电池的高成本一直是电动汽车价格高企的重要原因。
在此背景下,通过兴建电池工厂,以规模效应缩减和控制电池成本有着决定性的意义。但快速扩张产能的动力电池行业面临着巨大挑战:高昂的产能扩充成本为动力电池企业设置了极高的资金门槛,动辄数十亿的动力电池工厂,无形中已筛去无数欲入局者。
根据普华永道汽车领域咨询师估计,为了建造一个年产能为8千兆瓦时的电池工厂,预计将需要投资8亿到10亿欧元。而仅根据大众集团2025年的电动汽车计划交付量计算,所需的电池容量为一年150千兆瓦时,这意味着在欧盟境内需要近20座8千兆瓦时规模的电池工厂。
对于任何一家整车厂或零部件厂而言,这都是一笔巨大投入。
在此背景下,去年2月,全球最大的汽车零部件巨头博世宣布放弃自制动力电池的尝试,退出这个主机厂正在疯狂涌入的“超级赛道”。
博世给出的“退出”理由是,风险和效益不成正比,全球动力电池市场已被东亚新能源势力所垄断。
以中国为例,数据显示,目前,中国动力电池企业的产能已占全球总产能的70%以上。2018年,全球动力电池出货量前10名的企业中,中国占据七席。
“比亚迪、宁德时代等企业都有着非常强劲的动力,技术层面上也很乐观。”刚刚获得诺贝尔化学奖的日本科学家吉野彰曾在一次公开的技术交流大会上如此评价中国两家头部电池企业。
有越来越多的中国动力电池企业已经加入到全球电池供应链中。今年2月,宁德时代宣布与本田合作共同开发面向纯电动汽车等的锂离子电池,并将以截至2027年的长期合约向本田供应56GWh的电池。2018年底,孚能科技与戴姆勒签订供货协议,供货期限为2021-2027年。几乎在同一时期,亿纬锂能也取得了戴姆勒的长期供货合同……
最新的重大合作案例则发生在丰田。
2019年6月7日,丰田汽车在东京举行发布会,执行副社长寺师茂树承认,现阶段纯电动汽车迅猛增长的速度,已经远远超出了丰田在2017年的预测。
在那一天他宣布,丰田的新能源战略将全面提速。根据丰田目前的规划,到2025年销售约550万辆电动汽车,这比丰田在2017年12月之前定下到2030年完成550万辆电动汽车的目标提前了整整5年。
这次,丰田拉上了比亚迪。
7月19日,比亚迪与丰田汽车同时对外宣布:双方已达成合作协议,将在新能源汽车领域进行合作。
双方合作的内容主要有两点:一方面,双方将联合开发纯电动汽车,产品包括轿车与低底盘SUV,计划于2025年前在中国市场投放;
另一方面,双方将为上述产品共同开发所需的动力电池。
在双方联合声明中,丰田对比亚迪的溢美之词扑面而来:
在2008年,比亚迪是世界上第一家开始销售量产版的插电式混合动力车型的企业;从2015年开始,把纯电和插混加在一起,比亚迪是连续四年的全球电动车销量冠军;比亚迪能够在公司内部研发和生产电动车的大部分核心零部件,包括动力电池,电机和功率电子……
一个日本车企选择一个中国车企的零部件,这在传统汽燃油车时代,恐怕是不敢想象的。
有别于与国内汽车厂商此前“市场换技术”的合作模式,丰田本次拿出的是“技术对等”的整车开发合作方案(与比亚迪共同开发纯电动车和动力电池),这种礼遇对于中国车企来说也极为罕见。。
而这一切,来之不易。
1999年,一队欧洲汽车工程师代表团赴中国考察。
代表团的团长来自国际著名豪华车品牌——奥迪。他在详细了解中国汽车发展的现状后,给国务院写了一份信,痛陈中国汽车时弊:
“中国汽车产业不能再走老路了,引进——落后——再引进——再落后,中国要有自己的核心技术。否则,一旦市场形成了,中国汽车就淘汰了,民族工业就没了。”
在他向中国政府的信中,他还专门建议道,“中国汽车产业要跨越式发展,新能源汽车是个切入口,传统能源汽车技术中国落后国际先进水平20多年,但新能源技术我们的差距没有那么大;况且这样一来,以后有能源危机了,中国也不怕。”
这位奥迪工程师,名叫万钢。不久后,他将成为科技部部长,并亲自引领一场席卷全球汽车工业发展的新能源浪潮。
三位锂电科学家的获奖,代表了锂电池领域突破的信号。
对于任何国家而言,能源都是永恒的问题。一旦能源的问题得到解决,在物质不是特别匮乏的情况下,一切来自于生产资料和生产关系之间的矛盾都将得到解决。而由此带来的社会变革,将是极其恐怖的,甚至将超越前两次工业革命对人类社会影响的总和。
接下来,全球必然在锂电池领域加大投入,试图掌控由锂电池突破带来的动力革命。
锂电池,这块独具魅力的“能量魔方”,未来还会产生怎样的魅力?
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