1746年，如果不是荷蘭的馬森布羅克教授不慎將一個(gè)帶了電的釘子掉進(jìn)玻璃瓶中，人類或許不會(huì)那么早開啟電力的時(shí)代，第二次科技革命或許也會(huì)被延遲幾十年?，F(xiàn)在更不會(huì)出現(xiàn)能夠挑戰(zhàn)燃油車的電動(dòng)汽車。
但是，從發(fā)明電池，到鉛酸電池催生電動(dòng)汽車出世，到鋰電池大放光彩，再到用消費(fèi)級(jí)電池“勉強(qiáng)”用于電動(dòng)汽車，再到整車企業(yè)反向研究、生產(chǎn)車規(guī)級(jí)動(dòng)力電池，真正達(dá)到車規(guī)級(jí)的動(dòng)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(dòng)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(dòng)力電池歷史，也許會(huì)幫助理解，怎樣的動(dòng)力電池，才是真正合格的車用動(dòng)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(shí)驗(yàn)室解剖青蛙。
當(dāng)他的助手兩手拿著金屬器械同時(shí)碰觸青蛙大腿時(shí)，其腿部肌肉會(huì)立刻抽搐一下。他認(rèn)為，這種現(xiàn)象是因?yàn)閯?dòng)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(cuò)了。與他同時(shí)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(jì)念他。有的譯為：伏打），經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)確認(rèn)，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(shí)驗(yàn)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(gè)電池——“伏特電堆”。
伏特向拿破侖展示伏特電堆
自此，兩個(gè)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(yùn)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(shí)是半固態(tài)一樣，這里的“干電池”，其實(shí)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(yùn)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(dòng)汽車首次繁榮
其實(shí)，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(duì)于電動(dòng)汽車從業(yè)人士來說，此處應(yīng)該鼓掌，終于電池有機(jī)會(huì)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(shí)間，電壓下降后，可以給它反向電流，使電池電壓回升，從而實(shí)現(xiàn)反復(fù)使用的目的。
鉛蓄電池的儲(chǔ)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(jì)第一次工業(yè)革命，蒸汽機(jī)的發(fā)明推動(dòng)了機(jī)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(jìn)了電池的設(shè)計(jì)，第一輛用鉛酸電池為動(dòng)力的三輪車誕生，車重為160kg，但時(shí)速僅為12km/h。
第一輛鉛酸電池電動(dòng)汽車
同年，另一個(gè)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(tái)能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)的電動(dòng)車。在搭載一位乘員的情況下，這臺(tái)連人帶車106kg的三輪車，能以15km/h的速度行駛16km。
不過這時(shí)的電動(dòng)車還不能與馬車競爭。一般來說，馬車的時(shí)速在20km左右，最快時(shí)速可達(dá)60km，明顯低于馬車。
1884年，英國發(fā)明家和實(shí)業(yè)家英國發(fā)明家和實(shí)業(yè)家托馬斯·帕克（Thomas Parker）用他自己專門設(shè)計(jì)的高容量可充電電池，在倫敦制造了第一輛實(shí)用的電動(dòng)汽車。
1884年生產(chǎn)的第一輛量產(chǎn)電動(dòng)車
電池性能的提升，電動(dòng)車的優(yōu)勢(shì)得以凸顯。當(dāng)時(shí)的電動(dòng)車不僅比燃油車安靜，而且其可靠性要遠(yuǎn)高于燃油汽車，并且更易于駕駛，并且價(jià)格低廉，是名流紳仕的首選。
隨著道路的逐步擴(kuò)建和完善，人們對(duì)于車輛的用途不僅僅是城市代步和顯示身份了，對(duì)于長途旅游出行也有了需求，電動(dòng)汽車?yán)m(xù)駛里程短的弊端顯現(xiàn)，當(dāng)時(shí)電動(dòng)車?yán)m(xù)航里程普遍在40-65公里范圍，最高時(shí)速約在30公里/小時(shí)，已經(jīng)不能夠滿足消費(fèi)者需求。
1899年，鎳鎘、鎳鐵電池被發(fā)明出來，由于當(dāng)時(shí)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(shí)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(jìn)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(dòng)家用汽車行駛200km以上，需要將近1噸的電池，無法達(dá)到實(shí)用，加上早期電力傳動(dòng)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(shí)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(shí)制成了汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，裝在汽車上，以每小時(shí)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(jī)汽車。1908年，福特開發(fā)出T型車，燃油汽車開始進(jìn)入平民家庭。
汽車進(jìn)入了內(nèi)燃機(jī)時(shí)代。而電動(dòng)汽車受制于電池，并沒有明顯的進(jìn)步，在長達(dá)半個(gè)多世紀(jì)陷入停滯。
3、石油危機(jī)，
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)?，但是問題來了。
由于汽車普及，人們已經(jīng)離不開石油。但是到了20世紀(jì)下半葉，全球連續(xù)發(fā)生了三次石油危機(jī)。
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(yùn)、暫停出口，油價(jià)上漲，導(dǎo)致第一次石油危機(jī)。美國、英國和日本等發(fā)達(dá)國家意識(shí)到，將能源命脈掌握在其他國家手里是件危險(xiǎn)的事情，必須擺脫對(duì)石油的嚴(yán)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(jī)。
另外，由于汽車廣泛使用，汽車擁有量高，污染物擴(kuò)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(jì)四十年就開始困擾美國加州人民。經(jīng)過研究，確認(rèn)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(dòng)汽車減排，這也極大促進(jìn)了車企探索汽車電動(dòng)化，也就是把越來越多的電池，裝到車上，用電力驅(qū)動(dòng)。
此時(shí)，電池技術(shù)的進(jìn)步，為汽車電動(dòng)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(jiǎng)，授予了三位對(duì)鋰電池發(fā)明有巨大貢獻(xiàn)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(shí)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(gè)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(fù)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(jiǎng)獲得者的努力，推動(dòng)了鋰離子電池的誕生和應(yīng)用，電池進(jìn)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(shì)在于安全，且充放電性能好、廉價(jià)、對(duì)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(jiǎng)獲得者
（2）“前鋰電時(shí)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(dòng)能源。
1990年，歐洲“城市電動(dòng)車”協(xié)會(huì)成立，在歐共體組織內(nèi)有60座城市參與，該協(xié)會(huì)幫助各城市進(jìn)行電動(dòng)汽車可行性的研究和安裝必要的設(shè)備，并指導(dǎo)電動(dòng)汽車的運(yùn)營。歐洲的電動(dòng)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(shí)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(dòng)汽車批量生產(chǎn)，此后歐洲各國都在繼續(xù)發(fā)展電動(dòng)汽車，取得了不小的成果。
1996年，世界第一輛現(xiàn)代電動(dòng)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(jí)后，續(xù)航可以達(dá)到160公里。最后，EV1使用鎳合金電池組，續(xù)航能夠到達(dá)260公里。
雖然，通用在不斷升級(jí)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(xiàng)目。絕大部分EV汽車都被銷毀，僅存的一些進(jìn)了博物館。比如史密森學(xué)會(huì)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(shí)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(jià)值高等優(yōu)點(diǎn)。但是它的缺點(diǎn)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(dòng)的車輛采用鎳氫電池并不合適。
電動(dòng)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?yàn)榇藭r(shí)鋰電池還沒進(jìn)入商業(yè)化階段。
4、鋰離子電池
推動(dòng)電動(dòng)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(jìn)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(fù)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(huì)像摩爾定理——每18個(gè)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(jìn)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(dòng)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(yuǎn) ，但在使用零排放、技術(shù)進(jìn)步前景、規(guī)?；瘧?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(dòng)汽車。日產(chǎn)與其他汽車企業(yè)不同的是，在研究電動(dòng)汽車的同時(shí)，也在研究電池。根據(jù)日產(chǎn)的解釋，當(dāng)時(shí)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(shì)在必行。
這或許是歷史上第一次專門為車輛研發(fā)動(dòng)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(dòng)車Prairie Joy EV。這款車最高時(shí)速120公里/小時(shí)，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(dòng)車Prairie Joy EV
自此，鋰離子電池汽車正式登上舞臺(tái)。
或許是看到了動(dòng)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(dòng)力電池。2009年，LG化學(xué)也開始與現(xiàn)代起亞研發(fā)動(dòng)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(dòng)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(yàn)。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(dòng)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(xiàng)研發(fā)雙模電動(dòng)汽車，并在2008年推出了F3DM雙模電動(dòng)汽車。雙模電動(dòng)汽車是燃油和電驅(qū)并行的兩套系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)，還不是純電動(dòng)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(dòng)汽車上，進(jìn)行商業(yè)化。第一個(gè)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(dòng)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(gè)跑車愛好車，同時(shí)對(duì)于美國石油對(duì)中東的進(jìn)口依賴以及對(duì)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(duì)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(jìn)入商用純電動(dòng)汽車。
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(jì)的。為此，特斯拉運(yùn)用了號(hào)稱世界上最頂級(jí)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(gè)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(jì)劃在美國密歇根州東南部建電池廠，并稱這將是“第一個(gè)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(dòng)工具用電池。剛創(chuàng)立時(shí)，只有美國能源部的科技專案經(jīng)費(fèi)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(dòng)力電池市場，車用動(dòng)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(shí)，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(dòng)車和混合動(dòng)力車，當(dāng)時(shí)的目的也是取代鎳氫電池在電動(dòng)汽車中的應(yīng)用。2010年底，日產(chǎn)第一款純電動(dòng)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(shí)現(xiàn)了電動(dòng)汽車量產(chǎn)銷售。
A123和AESC應(yīng)該是最早為電動(dòng)汽車專門研發(fā)電池的企業(yè)。
A123的獨(dú)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(jí)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(dú)到的技術(shù)迅速發(fā)展壯大，還獲得美國能源部高達(dá)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(dòng)車上的動(dòng)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(duì)電池進(jìn)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(jì)虧損約7億美元的背景下申請(qǐng)破產(chǎn)，最后被萬向集團(tuán)收購。
另一邊，AESC發(fā)展要順利得多。AESC生產(chǎn)的鋰離子動(dòng)力電池主要搭載在日產(chǎn)聆風(fēng)以及部分混動(dòng)車型上。2014年全球動(dòng)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(dòng)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(duì)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(yuǎn)景集團(tuán)收購，但AESC還在向日產(chǎn)供貨，也嘗試抓住中國市場的機(jī)會(huì)。
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(cuò)，但在生產(chǎn)使用環(huán)節(jié)，一個(gè)敗于安全，一個(gè)勝于安全。
AESC裝載的聆風(fēng)電動(dòng)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(gè)量級(jí)。AESC的產(chǎn)品，在安全性上，無疑已經(jīng)接近汽車級(jí)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(dòng)汽車和電池行業(yè)，吹響了車用動(dòng)力電池研發(fā)生產(chǎn)的號(hào)角。因?yàn)?，全球電?dòng)化形勢(shì)，已經(jīng)大為不同。
特斯拉在Roadster之后，渡過美國金融危機(jī)，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(dòng)汽車標(biāo)桿之位。電動(dòng)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(jī)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(dòng)汽車上投入重注，氣勢(shì)洶洶，令傳統(tǒng)汽車大國心驚……
諸多因素疊加，電動(dòng)汽車潮流席卷全球，而電動(dòng)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(dòng)力電池，希望抓住電動(dòng)汽車的牛鼻子。
5、向“車規(guī)級(jí)”動(dòng)力電池進(jìn)發(fā)
新一輪動(dòng)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(dòng)力電池，要求電池企業(yè)配合實(shí)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(dòng)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(dú)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(jí)零部件的要求，做車規(guī)級(jí)動(dòng)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(dòng)力電池企業(yè)也較早實(shí)現(xiàn)裝車并商用化，也開始了車規(guī)級(jí)動(dòng)力電池的探索。
其中代表的企業(yè)是比亞迪和寧德時(shí)代。比亞迪在F3DM之后，也在2011年開始推出純電動(dòng)車型，并且從電動(dòng)大巴、電動(dòng)出租車切入，逐漸擴(kuò)展到私人電動(dòng)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(dòng)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(dòng)力電池上，也一直按照汽車需求在改進(jìn)提升。
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(qiáng)，都表示要和比亞迪合作，采用比亞迪的動(dòng)力電池。這表明，比亞迪的動(dòng)力電池，已經(jīng)接近汽車世界級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。
另一家企業(yè)，寧德時(shí)代成立于2011年，其前身是消費(fèi)電池巨頭ATL。寧德時(shí)代第一個(gè)動(dòng)力電池業(yè)務(wù)就是與華晨寶馬合作。寶馬集團(tuán)曾向?qū)幍聲r(shí)代提供了800多頁紙的動(dòng)力電池生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)。為幫助寧德時(shí)代生產(chǎn)出符合華晨寶馬要求的動(dòng)力電池，寶馬集團(tuán)高級(jí)工程師在寧德一待就是兩年多。最終，寧德時(shí)代的動(dòng)力電池裝載到了寶馬多款電動(dòng)、插電式混動(dòng)上，目前已經(jīng)是寶馬第一大動(dòng)力電池供應(yīng)商。
由于寶馬的“認(rèn)證”效應(yīng)，其他車企認(rèn)為，寧德時(shí)代的產(chǎn)品應(yīng)當(dāng)是符合車用動(dòng)力電池標(biāo)準(zhǔn)的，因此紛紛采購。2018年，寧德時(shí)代成為全球第一大動(dòng)力電池供應(yīng)商。
到2018年，中國動(dòng)力電池累計(jì)產(chǎn)量70.6GWh，占全球一半左右。我們推算，全球累計(jì)裝載到汽車上的動(dòng)力電池，已經(jīng)近400GWh。
但是，對(duì)于汽車用動(dòng)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(jǐn)慎地說，并不是。
比如安全性隱憂。特斯拉電動(dòng)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(gè)有力的質(zhì)疑是，燃油車的起火，往往源于車主濫用。而電動(dòng)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(dòng)力電池可用區(qū)間，顯示其對(duì)動(dòng)力電池的耐久性并無信心。
比如能量密度和成本還有待進(jìn)步。雖然現(xiàn)在一輛主流電動(dòng)汽車?yán)m(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?yàn)殡姵刭F，一輛電動(dòng)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(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程大打折扣，但燃油車并無此問題……
問題涉及各個(gè)方面，總而言之，是動(dòng)力電池，能否達(dá)到像其他車用核心零部件一樣的標(biāo)準(zhǔn)？也就是說，動(dòng)力電池是不是達(dá)到了“車規(guī)級(jí)”？
（1）“車規(guī)級(jí)”概念引入動(dòng)力電池
車企、動(dòng)力電池都在潛心研發(fā)車規(guī)級(jí)動(dòng)力電池。不過，一個(gè)新玩家，把“車規(guī)級(jí)”概念，推動(dòng)成為全行業(yè)和媒體熱議的話題。
2019年11月27日，蜂巢能源常州動(dòng)力電池工廠投產(chǎn)。他們提出了“車規(guī)級(jí)”電池廠概念。
蜂巢能源脫胎于2012年成立的長城汽車動(dòng)力電池項(xiàng)目組。它天生帶著汽車廠的視角，去尋求合格的動(dòng)力電池。
2016年，該項(xiàng)目組升級(jí)為動(dòng)力事業(yè)部；2018年2月，又成為蜂巢能源公司，從長城汽車獨(dú)立，走向研發(fā)生產(chǎn)動(dòng)力電池之路。其初心，就是要提供符合汽車要求的動(dòng)力電池，也就是車規(guī)級(jí)動(dòng)力電池。
（2）車規(guī)級(jí)動(dòng)力電池生產(chǎn)要求初步探索
什么是車規(guī)級(jí)動(dòng)力電池？
雖然，現(xiàn)在有不少動(dòng)力電池檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室、商業(yè)認(rèn)證機(jī)構(gòu)，但是在電動(dòng)汽車應(yīng)用方興未艾之際，車規(guī)級(jí)動(dòng)力電池的要求和知識(shí)，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(duì)車規(guī)級(jí)動(dòng)力電池生產(chǎn)環(huán)節(jié)的思考。他們先從更嚴(yán)格的生產(chǎn)要求開始，提高產(chǎn)品質(zhì)量。
動(dòng)力電池要達(dá)到車規(guī)級(jí)生產(chǎn)，應(yīng)當(dāng)比照其他零部件的車規(guī)級(jí)生產(chǎn)要求?；蛟S一組數(shù)據(jù)，可以展現(xiàn)出車規(guī)級(jí)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(qiáng)生產(chǎn)出的產(chǎn)品質(zhì)量、可靠性越高。通常情況下，CPK達(dá)到1.33以上的產(chǎn)品才可以進(jìn)行量產(chǎn)，即良品率可達(dá)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(dá)99.99994％。業(yè)界較為認(rèn)可的動(dòng)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(dá)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(dá)到車規(guī)級(jí)動(dòng)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(duì)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(dá)到車規(guī)級(jí)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(jí)，比傳統(tǒng)電池廠房10萬級(jí)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?yàn)?，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(shì)必會(huì)打破反應(yīng)平衡，輕微點(diǎn)的會(huì)造成電池內(nèi)阻大，自放電高等問題；嚴(yán)重的會(huì)造成在雜質(zhì)表面積累晶體，最終刺穿電池隔膜造成正負(fù)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(huì)大，充電后水份會(huì)分解，電池內(nèi)壓就大。同時(shí)在注電解液的過程中，電解液中的LiPF6，遇到水分時(shí)會(huì)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(duì)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(duì)濕度的要求就要低很多。
可見，對(duì)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(dòng)化等多個(gè)維度標(biāo)準(zhǔn)的提升，達(dá)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(fèi)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(gè)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(jī)、料、法、環(huán)、測(cè)、時(shí)間等7維制程管控，實(shí)現(xiàn)過程超過2500個(gè)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(jìn)的電池自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備，自動(dòng)化率達(dá)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(jì)理念，自動(dòng)化率高達(dá)100%，可以滿足多種型號(hào)的電芯產(chǎn)品均衡化生產(chǎn)；化成車間整線自動(dòng)化率也高達(dá)99%，模組工廠自動(dòng)化率也達(dá)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(shí)現(xiàn)，第一階段為單機(jī)智能，以不良率檢測(cè)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(gè)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行串聯(lián)，做到系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)整和自動(dòng)決策；第三階段，將專家系統(tǒng)的判斷回饋到系統(tǒng)，然后對(duì)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(gè)模型，放到云端，對(duì)全廠進(jìn)行控制優(yōu)化控制。
機(jī)器視覺做產(chǎn)品檢測(cè)
車規(guī)級(jí)工廠出來的產(chǎn)品，良品率高、一致性強(qiáng)，在成組裝車之后，電芯差異不會(huì)太大，電池系統(tǒng)乃至電動(dòng)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(duì)全廠進(jìn)行智能化不僅可以降低產(chǎn)品的失效風(fēng)險(xiǎn)，還可以低成本復(fù)制工廠。“在沒有AI智能的時(shí)候，我們要到一個(gè)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(gè)新工廠?！?
此外，工廠良品率高了以后，無需或者很少需要對(duì)電池進(jìn)行分選再成組，極大提升效率，降低成本。而不是像很多動(dòng)力電池廠商，產(chǎn)品要分成A品B品，乃至更低級(jí)別的成品，只能分別作為動(dòng)力電池、儲(chǔ)能電池和消費(fèi)電池來銷售。
可以看到，蜂巢的動(dòng)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(jí)大為提升，更貼近車用動(dòng)力電池的需求。
（3）全面定義車規(guī)級(jí)還需行業(yè)努力
當(dāng)然，車規(guī)級(jí)動(dòng)力電池的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)該從需求端對(duì)照過來，而這一方面，行業(yè)還在共同探索。
目前，中國汽車動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟也在倡導(dǎo)車規(guī)級(jí)動(dòng)力電池的研究和推廣。該聯(lián)盟的王子冬，闡釋了車規(guī)級(jí)動(dòng)力電池要求的總體方向：
所謂車規(guī)級(jí)動(dòng)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(duì)安全性，可靠性，一致性等方面的要求設(shè)計(jì)制造的，并通過專項(xiàng)測(cè)試的，涵蓋但不限于滿足車規(guī)級(jí)原材料，車規(guī)級(jí)制造控制，車規(guī)級(jí)系統(tǒng)化設(shè)計(jì)，車規(guī)級(jí)測(cè)試規(guī)范等一些列標(biāo)準(zhǔn)的鋰離子動(dòng)力電池。
由此，除了蜂巢能源已經(jīng)倡導(dǎo)的車規(guī)級(jí)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(jì)、測(cè)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(chǔ)能工具，它如果能在汽車上證明可用、經(jīng)濟(jì)、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(jí)動(dòng)力電池關(guān)口在前，全行業(yè)需努力向前。（完）
