1746年，如果不是荷蘭的馬森布羅克教授不慎將一個帶了電的釘子掉進玻璃瓶中，人類或許不會那么早開啟電力的時代，第二次科技革命或許也會被延遲幾十年?，F(xiàn)在更不會出現(xiàn)能夠挑戰(zhàn)燃油車的電動汽車。 但是，從發(fā)明電池，到鉛酸電池催生電動汽車出世，到鋰電池大放光彩，再到用消費級電池“勉強”用于電動汽車，再到整車企業(yè)反向研究、生產(chǎn)車規(guī)級動力電池，真正達到車規(guī)級的動力電池，逐漸出現(xiàn)，但還未全行業(yè)普及。 中國目前是全球第一大動力電池生產(chǎn)國，但在以往的探索中，并沒有起到多大的技術(shù)引領(lǐng)作用?；厮葸@近兩百年的車用動力電池歷史，也許會幫助理解，怎樣的動力電池，才是真正合格的車用動力電池。 1電池出世 電池的起源還要從一只青蛙說起。 1780年的一天，意大利解剖學(xué)家伽爾瓦尼在實驗室解剖青蛙。 當(dāng)他的助手兩手拿著金屬器械同時碰觸青蛙大腿時，其腿部肌肉會立刻抽搐一下。他認為，這種現(xiàn)象是因為動物軀體內(nèi)部產(chǎn)生了一種電，將其稱之為“生物電”，并發(fā)表了論文。 不過，這位解剖學(xué)家弄錯了。與他同時代的意大利物理學(xué)家伏特（是的，電壓單位伏特，就是為了紀念他。有的譯為：伏打），經(jīng)過多次實驗確認，青蛙的肌肉之所以能產(chǎn)生電流，是肌肉中某種液體在起作用。1799年，伏特實驗發(fā)現(xiàn)，兩種金屬片中，只要有一種與溶液發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，金屬片之間就能夠產(chǎn)生電流。伏特制成了世界上第一個電池——“伏特電堆”。

伏特向拿破侖展示伏特電堆

自此，兩個金屬片+液體組成了電池最初形態(tài)，后來很多物理學(xué)家在這一模式下繼續(xù)探索。但是，由于有液體，而且往往用的是硫酸，所以搬運很不方便，應(yīng)用非常有限。 “干電池”在物理學(xué)家的努力下出現(xiàn)了。不過，如同現(xiàn)在很多“固態(tài)電池”，其實是半固態(tài)一樣，這里的“干電池”，其實用的是糊狀電解液。這里，法國的雷克蘭士（George Leclanche） 1860年發(fā)明的碳鋅電池，堪稱代表。干電池的子孫后代枝繁葉茂。即便到現(xiàn)在，干電池還有100多種，并且大量產(chǎn)出。最早發(fā)明的碳鋅電池，依然是現(xiàn)代干電池中產(chǎn)量最大的電池。 干電池解決了方便搬運的問題，但是用完即廢，無法重新利用。能不能有可以多次充電放電，反復(fù)使用的蓄電池？ 2鉛酸電池助力電動汽車首次繁榮 其實，在干電池之前，蓄電池已經(jīng)先面世了，只是并沒有廣為人知。 1859，法國物理學(xué)家加斯東·普蘭特（Gaston Planté）發(fā)明了鉛酸蓄電池。對于電動汽車從業(yè)人士來說，此處應(yīng)該鼓掌，終于電池有機會用到汽車上了。

普蘭特發(fā)明的鉛酸電池原型

法國人普蘭特的鉛蓄電池，在使用一段時間，電壓下降后，可以給它反向電流，使電池電壓回升，從而實現(xiàn)反復(fù)使用的目的。 鉛蓄電池的儲能和反復(fù)充電的特性，讓正在尋找新交通工具的另一撥科學(xué)家們注意到了。 早在18世紀第一次工業(yè)革命，蒸汽機的發(fā)明推動了機器的普及，交通領(lǐng)域的革新也隨之展開，但是由于蒸汽車輛太過笨重，而且速度還很慢，經(jīng)常在城內(nèi)到處的亂撞，引起了各種事故的發(fā)生，沒有大規(guī)模普及。 因此，馬車仍然是人們出行的主要交通工具。歐洲地區(qū)和美國都有大量的馬車租賃公司。

富人可以擁有私人馬車，其他人只能租賃馬車使用。人們亟需一種便宜、簡潔、安全的出行工具，鉛酸電池的發(fā)明，提供了這種可能。 1881年，法國科學(xué)家卡米爾·阿方斯·富爾（Camille Alphonse Faure）改進了電池的設(shè)計，第一輛用鉛酸電池為動力的三輪車誕生，車重為160kg，但時速僅為12km/h。

第一輛鉛酸電池電動汽車

同年，另一個法國人古斯塔夫·特魯維利用這種電池制造出世界上第一臺能夠正常運轉(zhuǎn)的電動車。在搭載一位乘員的情況下，這臺連人帶車106kg的三輪車，能以15km/h的速度行駛16km。 不過這時的電動車還不能與馬車競爭。一般來說，馬車的時速在20km左右，最快時速可達60km，明顯低于馬車。 1884年，英國發(fā)明家和實業(yè)家英國發(fā)明家和實業(yè)家托馬斯·帕克（Thomas Parker）用他自己專門設(shè)計的高容量可充電電池，在倫敦制造了第一輛實用的電動汽車。

1884年生產(chǎn)的第一輛量產(chǎn)電動車

電池性能的提升，電動車的優(yōu)勢得以凸顯。當(dāng)時的電動車不僅比燃油車安靜，而且其可靠性要遠高于燃油汽車，并且更易于駕駛，并且價格低廉，是名流紳仕的首選。 隨著道路的逐步擴建和完善，人們對于車輛的用途不僅僅是城市代步和顯示身份了，對于長途旅游出行也有了需求，電動汽車續(xù)駛里程短的弊端顯現(xiàn)，當(dāng)時電動車續(xù)航里程普遍在40-65公里范圍，最高時速約在30公里/小時，已經(jīng)不能夠滿足消費者需求。 1899年，鎳鎘、鎳鐵電池被發(fā)明出來，由于當(dāng)時這些堿性蓄電池的極板材料比其它蓄電池的村料貴得多，因此實際應(yīng)用受到了極大的限制，不過，這也使得鎳正極材料體系的電池開始進入人們視野。 這一階段主要是電池在車輛上應(yīng)用的探索階段。能夠應(yīng)用在汽車上的只有鉛酸電池，但是其體積大、質(zhì)量大、能量密度小、功率密度低，如果使用鉛酸電池驅(qū)動家用汽車行駛200km以上，需要將近1噸的電池，無法達到實用，加上早期電力傳動系統(tǒng)的制造成本過高等問題，沒有最終流行。 比電池汽車晚誕生的燃油汽車，則在歐美實業(yè)家的努力下，從車廠走向街頭。1885年，戴姆勒和本茨幾乎同時制成了汽油發(fā)動機，裝在汽車上，以每小時12公里的速度行駛，獲得成功。此外，意大利、俄國、美國的發(fā)明家也制造出內(nèi)燃機汽車。1908年，福特開發(fā)出T型車，燃油汽車開始進入平民家庭。 汽車進入了內(nèi)燃機時代。而電動汽車受制于電池，并沒有明顯的進步，在長達半個多世紀陷入停滯。 3石油危機，各國加注電池研發(fā) 燃油車大發(fā)展了七八十年，幾乎是順風(fēng)順?biāo)菃栴}來了。 由于汽車普及，人們已經(jīng)離不開石油。但是到了20世紀下半葉，全球連續(xù)發(fā)生了三次石油危機。 特別是1973年，第四次中東戰(zhàn)爭打響，石油輸出國組織（OPEC）宣布石油禁運、暫停出口，油價上漲，導(dǎo)致第一次石油危機。美國、英國和日本等發(fā)達國家意識到，將能源命脈掌握在其他國家手里是件危險的事情，必須擺脫對石油的嚴重依賴。自此，很多國家開始投入大量資源研究電池技術(shù)。這使得電池技術(shù)的發(fā)展迎來發(fā)展的新契機。 另外，由于汽車廣泛使用，汽車擁有量高，污染物擴散條件差的城市開始出現(xiàn)空氣污染問題。現(xiàn)在苦惱中國的霧霾問題，在上世紀四十年就開始困擾美國加州人民。經(jīng)過研究，確認汽車尾氣是霧霾“元兇”之后，加州人民開始了持之不懈的抗霾斗爭，主要途徑，就是推動汽車減排，這也極大促進了車企探索汽車電動化，也就是把越來越多的電池，裝到車上，用電力驅(qū)動。 此時，電池技術(shù)的進步，為汽車電動化也提供了基礎(chǔ)。 （1）鋰電池研發(fā)取得成果 2019年的諾貝爾化學(xué)獎，授予了三位對鋰電池發(fā)明有巨大貢獻的三位科學(xué)家。他們的研究，正是在人類努力擺脫化石燃料，開啟清潔電力時代的最有力探索成果。 1976年，英國的科學(xué)家M.Stanley Whittingham提出了鋰電池概念，并造出了可以充放電的鋰電池，電壓超過2V，但是安全性上還有很大問題，可以稱得上是鋰電池的奠基人。 四年后，美國的John B. Goodenough研究出了鈷酸鋰電池。這個電池的電壓比斯坦利研究出來的鋰電池高一倍（4V）。 1985年，日本吉野彰（Akira Yoshino）在Goodenough成果基礎(chǔ)上，用更安全的鋰離子替代了純鋰，發(fā)明了采用碳材料做負極的鋰離子電池，從而讓鋰電池獲得了更高的穩(wěn)定性，確立了現(xiàn)代鋰離子電池的基本框架。 這三位諾貝爾化學(xué)獎獲得者的努力，推動了鋰離子電池的誕生和應(yīng)用，電池進展就此加快。 1997年，John B. Goodenough又開發(fā)出低成本的磷酸鐵鋰LiXFePO4正極材料，加快了鋰離子電池的商業(yè)化。磷酸鐵鋰的優(yōu)勢在于安全，且充放電性能好、廉價、對環(huán)境無污染，具有優(yōu)異的電池循環(huán)壽命、低自放電（庫存存放壽命非常長），這使傳統(tǒng)鉛酸電池、鎳氫、鎳鎘電池黯然失色。

諾貝爾化學(xué)獎獲得者

（2）“前鋰電時代”車企嘗試不同電池裝車 在鋰電池商業(yè)化之前，車企試圖將其他新發(fā)明應(yīng)用的電池裝載在汽車，作為驅(qū)動能源。 1990年，歐洲“城市電動車”協(xié)會成立，在歐共體組織內(nèi)有60座城市參與，該協(xié)會幫助各城市進行電動汽車可行性的研究和安裝必要的設(shè)備，并指導(dǎo)電動汽車的運營。歐洲的電動汽車中，標(biāo)致106車型最為成功，其采用的是鎳鎘電池。當(dāng)時歐洲各國的政府部門都在大量使用這款車。 從1995年底開始，歐洲第一批電動汽車批量生產(chǎn)，此后歐洲各國都在繼續(xù)發(fā)展電動汽車，取得了不小的成果。 1996年，世界第一輛現(xiàn)代電動汽車通用EV1開始量產(chǎn)。早期的EV1使用鉛酸電池組，續(xù)航僅為96公里。后期車型升級后，續(xù)航可以達到160公里。最后，EV1使用鎳合金電池組，續(xù)航能夠到達260公里。

通用EV1

雖然，通用在不斷升級電池，但是續(xù)駛里程過短的EV1仍然找不到銷路，最終只生產(chǎn)了2000多輛。通用汽車只好在2002年宣布放棄該項目。絕大部分EV汽車都被銷毀，僅存的一些進了博物館。比如史密森學(xué)會下屬的國立美國歷史博物館，你才能看到EV1。 整體來看，EV1電池續(xù)航能力還是不足，有安全性的缺陷，當(dāng)時的電池性能根本不能滿足于乘用車的需求。 這一階段，車企為了提高車輛的安全性和續(xù)駛里程，開始嘗試各種各樣的電池。鎳氫電池具有穩(wěn)定性高、生產(chǎn)成本低、低溫性能好、回收價值高等優(yōu)點。但是它的缺點也比較明顯，能量密度較低，并且循環(huán)次數(shù)也并不太高，因此，純電驅(qū)動的車輛采用鎳氫電池并不合適。 電動汽車發(fā)展還需要能量密度更高、循環(huán)性能更好的電池。為什么不用鋰電池？因為此時鋰電池還沒進入商業(yè)化階段。 4鋰離子電池推動電動汽車二次繁榮 將鋰離子電池商業(yè)化的，是日本人。吉野彰提出焦炭／LCO體系的鋰離子電池之后。索尼將這一體系鋰離子電池商業(yè)化，一開始重量能量密度僅為80Wh/kg左右，體積能量密度僅為200Wh/L（4.1V）。 但是，此后，鋰離子電池的發(fā)展進入了快車道，各種材料體系：鈷酸鋰、磷酸鐵鋰、三元作為正極，軟碳、硬碳乃至硅碳作為負極，以及各種鋰離子的變種層出不窮，性能不斷攀升。業(yè)界一度以為，電池性能會像摩爾定理——每18個月翻一番——的速度提升。雖然“摩爾定理”在電池上并未發(fā)生，不過其進度和前景，讓人們難以不敢輕視其想象空間。 鋰離子電池以容量大，電壓高，循環(huán)性能好等優(yōu)越性能在眾電池中脫穎而出，成為最理想最有前途的電池。鋰離子電池顯然比鉛酸、鎳氫更適合作為車輛動力。

總體而言，商業(yè)化以后的鋰離子電池能量密度、循環(huán)壽命、充電倍率和安全性都空前地高，雖然比汽油能量密度還相差甚遠 ，但在使用零排放、技術(shù)進步前景、規(guī)模化應(yīng)用成本下降的背景下，逐漸被汽車廠接受。 （1）鋰離子電池上車 1992年，日產(chǎn)開始研發(fā)電動汽車。日產(chǎn)與其他汽車企業(yè)不同的是，在研究電動汽車的同時，也在研究電池。根據(jù)日產(chǎn)的解釋，當(dāng)時市面上根本沒有符合他們需求的電池，為了滿足自己的需求及降低成本，研發(fā)電池勢在必行。 這或許是歷史上第一次專門為車輛研發(fā)動力電池。 1997年日產(chǎn)制造出汽車世界上第一輛使用圓柱鋰離子電池的電動車Prairie Joy EV。這款車最高時速120公里/小時，每次充電行駛里程超過200公里——可以說，已經(jīng)是像模像樣的汽車了。

世界上第一輛使用鋰離子電池的電動車Prairie Joy EV

自此，鋰離子電池汽車正式登上舞臺。 或許是看到了動力電池的發(fā)展前景。2000年，材料界著名企業(yè)LG化學(xué)，也在密西根研發(fā)基地開始研發(fā)動力電池。2009年，LG化學(xué)也開始與現(xiàn)代起亞研發(fā)第一款動力電池。 此外，全球還有很多知名、不知名公司在研究電池，并試圖作為車用動力電池，包括中國的比亞迪。 比亞迪有多年電子產(chǎn)品和電池的研發(fā)生產(chǎn)經(jīng)驗。創(chuàng)始人王傳福2003年收購秦川汽車，雖然一開始造的是燃油車，但心念所系，就是要做電動汽車。在電池性能有限的條件下，比亞迪的商業(yè)化路線是先做雙模汽車。也在2003年，比亞迪開始立項研發(fā)雙模電動汽車，并在2008年推出了F3DM雙模電動汽車。雙模電動汽車是燃油和電驅(qū)并行的兩套系統(tǒng)驅(qū)動，還不是純電動汽車。 （2）特斯拉大膽搶得頭籌 各路英雄戮力研發(fā)，但都不太敢將電池用于純電動汽車上，進行商業(yè)化。第一個吃螃蟹的，是如今天下皆知的特斯拉。 這家2003年創(chuàng)立的公司，以偉大的電氣工程師尼古拉·特斯拉為名，就是以開發(fā)電動汽車為目標(biāo)。 特斯拉的創(chuàng)始人之一馬丁·艾伯哈德，是一個跑車愛好車，同時對于美國石油對中東的進口依賴以及對于全球氣候變暖有著深刻的擔(dān)憂。這最終促使他與馬克·塔彭寧（Marc Tarpenning）共同創(chuàng)立特斯拉。 兩位創(chuàng)始人對電池并沒有自研和生產(chǎn)的能力，唯一的選擇就是去市場上選取合適的電池。經(jīng)過神農(nóng)嘗百草般的試用，他們選中了已經(jīng)長期標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，一致性最好、能量密度較高、成本較低的18650圓柱型電池。 2008 年，特斯拉Roadster 跑車面世。這應(yīng)該是鋰電池首次進入商用純電動汽車。

特斯拉Roadster 跑車

不過，18650電池是電子產(chǎn)品常用電池，其散熱和安全，并不是為汽車產(chǎn)品設(shè)計的。為此，特斯拉運用了號稱世界上最頂級的電池管理系統(tǒng)，來保證電池的穩(wěn)定性。但是，6831節(jié)18650電池組成的電池系統(tǒng)，在傳統(tǒng)汽車行業(yè)看來，是一個業(yè)余，至少是妥協(xié)的選擇。 （3）車用鋰電池廠出現(xiàn) 其他企業(yè)沒搶到頭籌，但也是緊鑼密鼓，而且從出身和研究方向，都更像正規(guī)軍。 2009年1月7日，成立7年的A123宣布，計劃在美國密歇根州東南部建電池廠，并稱這將是“第一個車用鋰電池工廠”。 A123，成立于2001年，一開始并不是一家車用電池的生產(chǎn)企業(yè)。但它戴著MIT研究人員的光環(huán)。該企業(yè)的產(chǎn)業(yè)化始于電動工具用電池。剛創(chuàng)立時，只有美國能源部的科技專案經(jīng)費10萬美元。經(jīng)過幾年的發(fā)展，公司不斷發(fā)展壯大，發(fā)展路線也日漸清晰，他們開始主攻動力電池市場，車用動力電池市場是其重中之重。 就在A123宣布成立車用鋰電池廠的同時，日產(chǎn)與NEC也在組建合資公司AESC。AESC主要從事鋰電池單元、模塊及鋰電池組的生產(chǎn)，產(chǎn)品供應(yīng)日產(chǎn)的電動車和混合動力車，當(dāng)時的目的也是取代鎳氫電池在電動汽車中的應(yīng)用。2010年底，日產(chǎn)第一款純電動汽車聆風(fēng)（Leaf）上市。相比小批量的特斯拉Roadster，聆風(fēng)真正意義上實現(xiàn)了電動汽車量產(chǎn)銷售。 A123和AESC應(yīng)該是最早為電動汽車專門研發(fā)電池的企業(yè)。 A123的獨到之處是，其有辦法將鋰離子電池的磷酸鋰鐵正極材料，制造成均勻的納米級超小顆粒，因顆粒和總表面面積劇增而大幅提電池的高放電功率，而且，整體穩(wěn)定度和循環(huán)壽命皆未受影響。 A123憑借其獨到的技術(shù)迅速發(fā)展壯大，還獲得美國能源部高達1500萬美元的新一代HybridElectricVehicle（HEV）電池發(fā)展合約，這更代表其已經(jīng)得到國家和國際汽車大廠的重視與信任，成為清潔能源汽車產(chǎn)業(yè)的標(biāo)桿性企業(yè)。當(dāng)然，A123也與美國通用、菲斯克、德國寶馬等主流車企建立了供應(yīng)關(guān)系。 即使專業(yè)如A123，還是發(fā)生了大規(guī)模的召回事件。2012年，由于安裝于菲斯克卡瑪電動車上的動力電池在制作上存在缺陷，導(dǎo)致這些電池組提前失效，性能下降、壽命縮短。A123不得不對電池進行召回。2012年7月，這家掌握著磷酸鐵鋰電池的核心技術(shù)的企業(yè)，在累計虧損約7億美元的背景下申請破產(chǎn)，最后被萬向集團收購。

菲斯克卡瑪電動汽車

另一邊，AESC發(fā)展要順利得多。AESC生產(chǎn)的鋰離子動力電池主要搭載在日產(chǎn)聆風(fēng)以及部分混動車型上。2014年全球動力電池供應(yīng)商排名中，AESC僅次于特斯拉御用電池企業(yè)松下，位于榜單第二位。 AESC一開始選擇錳酸鋰動力電池路線，產(chǎn)品以安全性著稱于世，在能量密度上卻并不突出。雖然AESC后來不斷提升能量密度，但由于其供應(yīng)品牌相對單一，導(dǎo)致其規(guī)模上不去，成本下不來。AESC最終也被日產(chǎn)轉(zhuǎn)出部分股權(quán)，被中國的遠景集團收購，但AESC還在向日產(chǎn)供貨，也嘗試抓住中國市場的機會。 A123和AESC兩家“正規(guī)軍”，在能量密度、充放電倍率上表現(xiàn)不錯，但在生產(chǎn)使用環(huán)節(jié)，一個敗于安全，一個勝于安全。 AESC裝載的聆風(fēng)電動汽車，全球起火案例屈指可數(shù)，和特斯拉已經(jīng)數(shù)十起起火案例相比，安全性要高過一個量級。AESC的產(chǎn)品，在安全性上，無疑已經(jīng)接近汽車級產(chǎn)品的要求。業(yè)界還在擔(dān)心的是，AESC產(chǎn)品的能量密度還不夠，一開始衰減也比較厲害。 在此基礎(chǔ)上，電動汽車和電池行業(yè)，吹響了車用動力電池研發(fā)生產(chǎn)的號角。因為，全球電動化形勢，已經(jīng)大為不同。 特斯拉在Roadster之后，渡過美國金融危機，迎來Model S的巨大成功，后續(xù)Model X、Model 3更是將其推上全球電動汽車標(biāo)桿之位。電動汽車風(fēng)潮刮起。另外，全球各國政府日益重視環(huán)境問題，而內(nèi)燃機汽車又曝出多樁排放造假丑聞，傳統(tǒng)車企面臨巨大壓力。中國在發(fā)展電動汽車上投入重注，氣勢洶洶，令傳統(tǒng)汽車大國心驚…… 諸多因素疊加，電動汽車潮流席卷全球，而電動汽車的核心競爭力，系于電池。越來越多的車企、電池企業(yè)，開始研發(fā)動力電池，希望抓住電動汽車的牛鼻子。 5向“車規(guī)級”動力電池進發(fā) 新一輪動力電池的爭奪，不再是特斯拉“有什么就用什么”邏輯，而是沿著A123和AESC引導(dǎo)的方向，以汽車的需求出發(fā)，定義車用動力電池，要求電池企業(yè)配合實現(xiàn)。 在決定發(fā)力新能源汽車后，大眾、寶馬、戴姆勒、現(xiàn)代等企業(yè)不約而同向上游布局動力電池，重金投入研發(fā)不說，還參與電池生產(chǎn)。他們很多都建立了電池研發(fā)中心，有的設(shè)立獨資或合資企業(yè)生產(chǎn)電池。他們起手的標(biāo)準(zhǔn)，自然而然地，就是引用車規(guī)級零部件的要求，做車規(guī)級動力電池。 中國將新能源汽車作為戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)，投入巨大資源。中國的動力電池企業(yè)也較早實現(xiàn)裝車并商用化，也開始了車規(guī)級動力電池的探索。 其中代表的企業(yè)是比亞迪和寧德時代。比亞迪在F3DM之后，也在2011年開始推出純電動車型，并且從電動大巴、電動出租車切入，逐漸擴展到私人電動汽車產(chǎn)品。比亞迪既產(chǎn)汽車，又產(chǎn)電池，在應(yīng)用層面走在前列。比亞迪長期是全球第一大電動汽車生產(chǎn)商，如今雖然被特斯拉超越，但仍然是領(lǐng)先企業(yè)之一，在動力電池上，也一直按照汽車需求在改進提升。

比亞迪F3DM

比亞迪造車歷史不算長，尚不能代表汽車企業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)，但是，近期，豐田、奧迪這樣的傳統(tǒng)汽車豪強，都表示要和比亞迪合作，采用比亞迪的動力電池。這表明，比亞迪的動力電池，已經(jīng)接近汽車世界級標(biāo)準(zhǔn)。 另一家企業(yè)，寧德時代成立于2011年，其前身是消費電池巨頭ATL。寧德時代第一個動力電池業(yè)務(wù)就是與華晨寶馬合作。寶馬集團曾向?qū)幍聲r代提供了800多頁紙的動力電池生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)。為幫助寧德時代生產(chǎn)出符合華晨寶馬要求的動力電池，寶馬集團高級工程師在寧德一待就是兩年多。最終，寧德時代的動力電池裝載到了寶馬多款電動、插電式混動上，目前已經(jīng)是寶馬第一大動力電池供應(yīng)商。 由于寶馬的“認證”效應(yīng)，其他車企認為，寧德時代的產(chǎn)品應(yīng)當(dāng)是符合車用動力電池標(biāo)準(zhǔn)的，因此紛紛采購。2018年，寧德時代成為全球第一大動力電池供應(yīng)商。 到2018年，中國動力電池累計產(chǎn)量70.6GWh，占全球一半左右。我們推算，全球累計裝載到汽車上的動力電池，已經(jīng)近400GWh。 但是，對于汽車用動力電池，是否我們已經(jīng)充分掌握了？電池用在汽車上，是不是已經(jīng)沒有問題了呢？ 謹慎地說，并不是。 比如安全性隱憂。特斯拉電動汽車風(fēng)靡全球，但其起火事件不少。盡管馬斯克歷次舉證，起火概率并不比燃油車高，但仍然難解外界質(zhì)疑。一個有力的質(zhì)疑是，燃油車的起火，往往源于車主濫用。而電動汽車起火，可能車主、車企都不知道是什么原因。在多起起火事件之后，特斯拉還調(diào)低了動力電池可用區(qū)間，顯示其對動力電池的耐久性并無信心。 比如能量密度和成本還有待進步。雖然現(xiàn)在一輛主流電動汽車續(xù)航里程已經(jīng)超越400公里，比其前輩提升了很多，但和燃油車還有距離。另外，因為電池貴，一輛電動汽車，要比燃油汽車要貴不少。 比如全生命周期的一致性還需要提升，在使用兩三年之后，很多電動汽車續(xù)航里程大打折扣，但燃油車并無此問題…… 問題涉及各個方面，總而言之，是動力電池，能否達到像其他車用核心零部件一樣的標(biāo)準(zhǔn)？也就是說，動力電池是不是達到了“車規(guī)級”？ （1）“車規(guī)級”概念引入動力電池 車企、動力電池都在潛心研發(fā)車規(guī)級動力電池。不過，一個新玩家，把“車規(guī)級”概念，帶到了全行業(yè)和消費者的面前。 2019年11月27日，蜂巢能源常州動力電池工廠投產(chǎn)。他們提出了“車規(guī)級”電池廠概念。 蜂巢能源脫胎于2012年成立的長城汽車動力電池項目組。它天生帶著汽車廠的視角，去尋求合格的動力電池。 2016年，該項目組升級為動力事業(yè)部；2018年2月，又成為蜂巢能源公司，從長城汽車獨立，走向研發(fā)生產(chǎn)動力電池之路。其初心，就是要提供符合汽車要求的動力電池，也就是車規(guī)級動力電池。 （2）車規(guī)級動力電池生產(chǎn)要求初步探索 什么是車規(guī)級動力電池？ 雖然，現(xiàn)在有不少動力電池檢測實驗室、商業(yè)認證機構(gòu)，但是在電動汽車應(yīng)用方興未艾之際，車規(guī)級動力電池的要求和知識，還沒有得到行業(yè)性的總結(jié)和推行，而是散落在較早開始探索的車企、電池企業(yè)內(nèi)部。 蜂巢能源目前提供的，是他們對車規(guī)級動力電池生產(chǎn)環(huán)節(jié)的思考。他們先從更嚴格的生產(chǎn)要求開始，提高產(chǎn)品質(zhì)量。 動力電池要達到車規(guī)級生產(chǎn)，應(yīng)當(dāng)比照其他零部件的車規(guī)級生產(chǎn)要求。或許一組數(shù)據(jù)，可以展現(xiàn)出車規(guī)級零部件制程的要求有多高。 現(xiàn)代企業(yè)用CPK指標(biāo)來衡量制程能力，制程能力越強生產(chǎn)出的產(chǎn)品質(zhì)量、可靠性越高。通常情況下，CPK達到1.33以上的產(chǎn)品才可以進行量產(chǎn)，即良品率可達99.9937％。 傳統(tǒng)汽車要求核心零部件企業(yè)的CPK值為1.67，即良品率達99.99994％。業(yè)界較為認可的動力電池生產(chǎn)商——三星SDI、LG化學(xué)、松下，CPK值則以1.67為基礎(chǔ)，甚至可達2.0，意味著100萬只電池里面幾乎沒有次品，電池性能幾乎完全一致。 因此，要達到車規(guī)級動力電池的生產(chǎn)要求，工廠必須從一開始就高標(biāo)準(zhǔn)來建設(shè)和管理。蜂巢按汽車企業(yè)的6sigma目標(biāo)建立標(biāo)準(zhǔn)工廠，在核心工序的CPK目標(biāo)上，提出1.67-2.0，和日韓企業(yè)對標(biāo)的要求，缺陷不良率目標(biāo)在3.4ppm以下。傳統(tǒng)電池企業(yè)，一般按4sigma標(biāo)準(zhǔn)建立，核心CPK目標(biāo)是1.0-1.33，缺陷不良率目標(biāo)是6210ppm。 以達到車規(guī)級產(chǎn)品倒推，蜂巢能源制定了全新的電池制程規(guī)范和工藝標(biāo)準(zhǔn)。比如，廠房潔凈度是一萬級，比傳統(tǒng)電池廠房10萬級要潔凈10倍；濕度控制方面，從投料到電芯封口，全程濕度小于1%。而傳統(tǒng)電池廠房，電池注液前濕度控制在1-2%，到電芯注液、組裝環(huán)節(jié)濕度要求只有10-30%。

這主要是因為，鋰是一種化學(xué)性能活潑的金屬。如果在反應(yīng)中有其他雜質(zhì)，勢必會打破反應(yīng)平衡，輕微點的會造成電池內(nèi)阻大，自放電高等問題；嚴重的會造成在雜質(zhì)表面積累晶體，最終刺穿電池隔膜造成正負極的內(nèi)短路。 如果鋰電池生產(chǎn)環(huán)境的濕度大了，電池的濕度就會大，充電后水份會分解，電池內(nèi)壓就大。同時在注電解液的過程中，電解液中的LiPF6，遇到水分時會產(chǎn)生氟化氫（HF）形成氣體，造成鼓殼、影響厚度、SEI膜形成不完整等問題。因此鋰電池生產(chǎn)要在幾近絕對干燥的濕度環(huán)境，就是為了保證鋰電池的生產(chǎn)質(zhì)量。傳統(tǒng)電池生產(chǎn)企業(yè)對濕度的要求就要低很多。 可見，對廠房潔凈度和濕度要求是保障質(zhì)量的最基本、最關(guān)鍵的要素之一。 蜂巢能源還通過導(dǎo)入AI智能技術(shù)，在環(huán)境控制、毛刺控制、異物檢出、制程管理、設(shè)備自動化等多個維度標(biāo)準(zhǔn)的提升，達到車輛使用的安全要求。 以制程追溯系統(tǒng)為例，傳統(tǒng)消費類電池的生產(chǎn)僅在部分工序使用AI技術(shù)，采用MES系統(tǒng)管控，管控因子一般在1500個左右；而蜂巢能源全面應(yīng)用AI智能技術(shù)，形成了更加完備的制程追溯系統(tǒng)，通過人、機、料、法、環(huán)、測、時間等7維制程管控，實現(xiàn)過程超過2500個因子的監(jiān)控，來保證產(chǎn)品的精準(zhǔn)管控。

在智能化方面，蜂巢能源采用世界先進的電池自動化生產(chǎn)設(shè)備，自動化率達95%。其中，組裝車間配置的3條生產(chǎn)線體全部采用“工業(yè)4.0”的設(shè)計理念，自動化率高達100%，可以滿足多種型號的電芯產(chǎn)品均衡化生產(chǎn)；化成車間整線自動化率也高達99%，模組工廠自動化率也達到了91.6%，領(lǐng)先于絕大部分電池工廠。 蜂巢的智能化將分為三階段實現(xiàn)，第一階段為單機智能，以不良率檢測為例，通過AI的學(xué)習(xí)和積累，可以使誤判率降低50%；第二階段，將建立專家系統(tǒng)，將工廠的整個數(shù)據(jù)庫進行串聯(lián)，做到系統(tǒng)的自動調(diào)整和自動決策；第三階段，將專家系統(tǒng)的判斷回饋到系統(tǒng)，然后對設(shè)備上集中優(yōu)化和調(diào)整，將這些數(shù)據(jù)積累成一個模型，放到云端，對全廠進行控制優(yōu)化控制。

機器視覺做產(chǎn)品檢測

車規(guī)級工廠出來的產(chǎn)品，良品率高、一致性強，在成組裝車之后，電芯差異不會太大，電池系統(tǒng)乃至電動汽車的性能，特別是安全性，都能有更高的保證。 蜂巢能源副總經(jīng)理饒忠儒還介紹，對全廠進行智能化不僅可以降低產(chǎn)品的失效風(fēng)險，還可以低成本復(fù)制工廠?！霸跊]有AI智能的時候，我們要到一個地方建廠，先要看那邊沒有電池領(lǐng)域的專業(yè)人才?，F(xiàn)在，通過AI系統(tǒng)，基本上就可以完全的復(fù)制一個新工廠?！?此外，工廠良品率高了以后，無需或者很少需要對電池進行分選再成組，極大提升效率，降低成本。而不是像很多動力電池廠商，產(chǎn)品要分成A品B品，乃至更低級別的成品，只能分別作為動力電池、儲能電池和消費電池來銷售。 可以看到，蜂巢的動力電池工廠，如果能按目標(biāo)建成投產(chǎn)，產(chǎn)品良品率、一致性乃至規(guī)模效應(yīng)，都將比非車規(guī)級大為提升，更貼近車用動力電池的需求。 （3）全面定義車規(guī)級還需行業(yè)努力 當(dāng)然，車規(guī)級動力電池的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)該從需求端對照過來，而這一方面，行業(yè)還在共同探索。 目前，中國汽車動力電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟也在倡導(dǎo)車規(guī)級動力電池的研究和推廣。該聯(lián)盟的王子冬，闡釋了車規(guī)級動力電池要求的總體方向： 所謂車規(guī)級動力電池，是與車輛屬性及使用場景密切相關(guān)的，圍繞整車對安全性，可靠性，一致性等方面的要求設(shè)計制造的，并通過專項測試的，涵蓋但不限于滿足車規(guī)級原材料，車規(guī)級制造控制，車規(guī)級系統(tǒng)化設(shè)計，車規(guī)級測試規(guī)范等一些列標(biāo)準(zhǔn)的鋰離子動力電池。 由此，除了蜂巢能源已經(jīng)倡導(dǎo)的車規(guī)級制造控制方面，還需要在整車應(yīng)用需求充分挖掘的基礎(chǔ)上，在原材料、系統(tǒng)化設(shè)計、測試規(guī)范方面，由蜂巢能源和全行業(yè)，繼續(xù)探索、總結(jié)和推廣。 如果以1799年伏特電堆算起，電池已經(jīng)有220年歷史，用于汽車上，也已130多年。作為人類歷史上目前最好的儲能工具，它如果能在汽車上證明可用、經(jīng)濟、安全，人類交通從傳統(tǒng)能源轉(zhuǎn)向清潔電力，就將相當(dāng)樂觀。車規(guī)級動力電池關(guān)口在前，全行業(yè)需努力向前。（完）
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