鉅大LARGE | 點擊量：934次 | 2019年07月24日
動力電池技術(shù)之爭，歐洲輸了嗎？
在我國的力推下，新能源汽車的銷量持續(xù)高速增長，而在新能源汽車的核心技術(shù)--動力電池方面當(dāng)下正呈現(xiàn)中日韓三足鼎立的格局，面對這個龐大以及事關(guān)汽車行業(yè)未來的領(lǐng)域，歐洲企業(yè)不希望落在后面，正欲在動力電池新技術(shù)上取得后來居上的地位。
今天我們文章里，斯圖加特大學(xué)車輛工程及汽車電子碩士SamGIU，從他的從業(yè)視角和大家聊聊：
電動汽車動力電池之爭，歐洲輸了嗎？
動力電池技術(shù)之爭，歐洲輸了嗎？
在汽車電動化的大背景下，動力電池已經(jīng)毫無疑問成為電動車的核心部件，其地位如同傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車的發(fā)動機。它不僅決定了車輛續(xù)駛里程、充電時間以及制造成本、售價等諸多因素，整個汽車產(chǎn)業(yè)鏈的分布也在因此悄然發(fā)生變化。目前，電池占電動汽車成本的四分之一左右。預(yù)計到2025年，全球電池市場將達到約2500億歐元。據(jù)保守估計，2025年單為滿足歐盟的電動車電池需求，就需要至少20座電池超級工廠。
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電芯和動力電池
電芯是汽車動力電池組的最小組成單元。簡單來說，電池組就是由許許多多的電芯組合而成，另外再加上電池管理和冷卻系統(tǒng)。在每一個電芯中，化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能輸出電流驅(qū)動電機，動力進而經(jīng)過傳動系統(tǒng)驅(qū)動汽車?，F(xiàn)在量產(chǎn)電動車上使用的電芯一般為鋰離子電池（Lithium-ionbattery）。鋰離子電池由現(xiàn)年70歲的吉野彰（AkiraYoshino）在1985年開發(fā)完成，80后熟悉的索尼Walkman隨聲聽是第一個使用鋰離子電池的產(chǎn)品。
雖然現(xiàn)如今鋰離子電池的功率已經(jīng)大幅提升，但是其基本工作原理沒有發(fā)生任何變化：在電池放電時，帶正電荷的鋰離子在電池內(nèi)部通過電解液由正極流向負(fù)極，充電時相反。正是因為鋰離子長久保持移動性，基本不會在電池內(nèi)部形成晶體結(jié)構(gòu)，這一工作原理保證了鋰離子電池可以多次充放電的特性。
不同于歐洲，亞洲電子公司將發(fā)展鋰離子電池作為行業(yè)的重要戰(zhàn)略分支。加上便攜式電子設(shè)備的強大市場需求，推動了電池業(yè)在亞洲的持續(xù)發(fā)展。時至今日，亞洲電池制造商已經(jīng)在鋰離子電池制造方面積累了大量knowhow，在電芯質(zhì)量和價格上頗具競爭力。放眼全球，各大整車廠的電芯供應(yīng)商都在亞洲。雖然特斯拉在內(nèi)華達州建有電池超級工廠（Gigafactory），但其依然需要松下集團的技術(shù)支持。
德國整車廠：電芯是買還是造？
面對未來即將爆發(fā)的電動車產(chǎn)業(yè)，曾經(jīng)坐擁頂級發(fā)動機技術(shù)的德國車企，現(xiàn)如今在電芯上卻極度依賴亞洲供應(yīng)商。歐洲人深知，在鋰離子電池的制造技術(shù)方面，亞洲已經(jīng)遠遠走在前面。如若未來德國電動汽車產(chǎn)業(yè)長期依賴亞洲電芯進口，恐怕拱手相讓的還有行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)制定等主動權(quán)。在要不要自行投資建廠生產(chǎn)電芯的問題上，德國幾大整車廠態(tài)度較為保守。
戴姆勒曾與贏創(chuàng)工業(yè)（EvonikIndustriesAG）聯(lián)手成立Li-Tec公司，于2010年在卡門茨興建鋰離子電芯制造工廠。投產(chǎn)后不久，就于2014年11月宣布電芯生產(chǎn)將在2015年末全面停止，而Li-Tec成為戴姆勒的全資子公司，大部分員工并入戴姆勒。蔡澈在之后的采訪中公開表示："按照現(xiàn)有技術(shù)，戴姆勒無法在鋰離子電芯的自行制造上獲得任何經(jīng)濟上的優(yōu)勢。"
其實德國整車廠的擔(dān)憂既有技術(shù)上無法超越亞洲供應(yīng)商，更多的是在德國建廠自制電芯的超高成本。制造電芯屬于能源密集型產(chǎn)業(yè)，然而德國能源價格超高，再加上在電池的原材料上不占任何優(yōu)勢，在短期難企業(yè)很難從自制電芯上看到盈利。專家預(yù)測，整車廠從建廠到盈利至少需要六至八年。對于已經(jīng)上市的公司如戴姆勒、寶馬、大眾等，投資人也將無法理解公司為何將大筆資金投入到大約十年后才能看到盈利的業(yè)務(wù)。
固態(tài)電池："電芯歐洲造"的彎道超車？
基于戴姆勒曾建廠造電芯的"失敗"試驗，德國汽車界似乎一度達成一致，按照現(xiàn)在的鋰離子電池技術(shù)在德國建廠自制電芯不劃算。那么有沒有一種電池技術(shù)會讓這比生意劃算呢？幾乎所有德國汽車界高層都提到一項可能量產(chǎn)的技術(shù)——固態(tài)電池。他們認(rèn)為這項技術(shù)成熟后，極有可能會顛覆現(xiàn)有的鋰離子電池格局，動力電池產(chǎn)業(yè)鏈將被重新洗牌。
固態(tài)電池顧名思義，相對于鋰離子電池的液態(tài)電解質(zhì)，它的電解質(zhì)為一層很薄的固體材料。液態(tài)電解質(zhì)的致命問題在于其易燃性，特別是汽車在被強太陽光照射，或者發(fā)生車禍后電動車被對方燃油車引燃，在這種情況下電池都有可能因為過熱，最終引燃液態(tài)電解質(zhì)。因此，現(xiàn)今電池組中都需要一套冷卻和電池管理系統(tǒng)，這套冷卻系統(tǒng)所占據(jù)的空間基本上奪去了電池組一半的電池容量。然而固態(tài)電池因其工作特性不需要冷卻系統(tǒng)，固態(tài)電解質(zhì)也不可燃，在安全性上大幅提升。因為使用固態(tài)電解質(zhì)材料，不必再擔(dān)心電解質(zhì)外泄的問題，因此固態(tài)電池的尺寸極為靈活。固態(tài)電池可以做到十分輕薄而不犧牲功率密度。簡而言之，與鋰離子電池相比，固態(tài)電池可以以相同的重量和體積存儲更多能量，達到很高的能量密度。另外，固態(tài)電解質(zhì)中幾乎沒有有毒有害物質(zhì)，相比鋰離子電池更為環(huán)保。
動力電池技術(shù)之爭，歐洲輸了嗎？
固態(tài)電池另一主要優(yōu)勢在于其充電電壓范圍較大且可變?，F(xiàn)今的鋰離子電池雖然已經(jīng)實現(xiàn)相對較高的能量和功率密度，但是進一步提高電壓以縮短充電時間的能力十分有限，這限制了其繼續(xù)發(fā)展的可能性。另外，由于鋰離子電池液態(tài)電解質(zhì)的易燃性，在充電過程中必須不斷控制充電速度，防止電池過熱損害電芯甚至造成自燃。而固態(tài)電池或許為"充電一分鐘，續(xù)航800公里"帶來可能，另外固態(tài)電池的超長壽命和其理論上可達上千次的充電循壞，令汽車界對其充滿希望。
固態(tài)電池研究：德國乃至歐盟層面的政策支持
前文提到戴姆勒曾建廠自己生產(chǎn)鋰離子電芯最終因為經(jīng)濟原因失敗收場。無獨有偶，同樣位于斯圖加特的汽車零部件供應(yīng)商巨頭博世公司也曾研究并生產(chǎn)固態(tài)電池。博世于2015年收購研究固態(tài)電池的Startup公司Seeo，在之后的近三年時間內(nèi)投入上億歐元資金研發(fā)固態(tài)電池，但是最終在2018年初將該業(yè)務(wù)歸類為"風(fēng)險過高"宣告項目停止。據(jù)博世預(yù)測，為了達到理想的市場份額，至少需要近200億歐元的投資，但不確定的是這項投資是否以及何時能夠獲得回報。
面對德國汽車企業(yè)界在電池研究上的"節(jié)節(jié)敗退"，德國乃至歐盟層面的政界為了讓歐洲在未來的電動車時代仍有話語權(quán)，紛紛推出相關(guān)扶持政策。2017年10月歐盟委員會在整個歐盟層面聯(lián)合各成員國、工業(yè)界、學(xué)術(shù)界以及歐洲投資銀行發(fā)起了"歐洲電池聯(lián)盟"（EuropeanBatteryAlliance,EBA）。該電池聯(lián)盟的主要目標(biāo)就是在歐盟境內(nèi)建立創(chuàng)新、環(huán)保和有競爭力的電池產(chǎn)業(yè)鏈，力爭排除歐盟在電池上對于亞洲的高依賴性并充分利用電池技術(shù)的革新為歐洲帶來的新增長和工作機會。
同樣是2017年10月，德國聯(lián)邦教育和研究部出資320萬歐元，發(fā)起了為期三年的SOLID（innovativesolidstatebatteriesbasedonsol-gelmaterialswithlithiummetalanodeandimplemented3Dstructuring）項目。該項目主要目標(biāo)在于利用溶膠-凝膠法并結(jié)合智能涂層技術(shù)生產(chǎn)固態(tài)電池的陽極層、電解質(zhì)層和陰極層，以提高固態(tài)電池在高功率密度下的穩(wěn)定性、降低生產(chǎn)成本、簡化生產(chǎn)流程并且不降低固態(tài)電解質(zhì)的離子導(dǎo)電性。據(jù)悉，該項目科研工作由德國著名研究機構(gòu)Fraunhofer承擔(dān)，2019年該項目將展示其最新研究成果。
根據(jù)普華永道汽車領(lǐng)域咨詢師估計，為了建造一個年產(chǎn)能為8千兆瓦時的電池工廠，預(yù)計將需要投資8億到10億歐元。而僅根據(jù)大眾集團2025年的電動汽車計劃交付量計算，所需的電池容量為一年150千兆瓦時，這意味著在歐盟境內(nèi)需要近20座8千兆瓦時規(guī)模的電池工廠。對于任何一家整車廠或零部件廠而言，這都是一筆巨大投入。因此，歐洲廠商需要購買進口電芯的局面短期內(nèi)不會改變。
雖然業(yè)界對固態(tài)電池給予厚望，但是德國汽車企業(yè)面對電池業(yè)務(wù)的較高企業(yè)風(fēng)險，都保持了極為保守的態(tài)度。雖曾有戴姆勒和博世涉足電池研發(fā)和生產(chǎn)領(lǐng)域，但最終都草草收場。歐洲層面雖然成立了如同當(dāng)年空客級別的電池聯(lián)盟，德國政府也大力扶持固態(tài)電池研究，但是至今還未看到技術(shù)上的巨大突破，不知歐洲電動車的未來是否依舊"芯"在東方？
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