三、手機(jī)電池貌似提高很快，動力電池呢？
消費(fèi)級市場(筆記本、手機(jī)、MP3等)作為鋰離子電池(下稱鋰電池)最早的“東家”，為鋰電池的推廣做出了巨大的貢獻(xiàn)。今天，智能手機(jī)大行其道，電池再一次成為了制約智能手機(jī)發(fā)展的關(guān)鍵因素之一。這與如今的新能源汽車市場有幾分相似。
對于電池能量密度的描述，一般有質(zhì)量比能量和體積比能量兩種說法。所謂質(zhì)量比能量，就是每kg電池所攜帶的能量的多少，比如動力電池市場，多是以質(zhì)量比能量去描述的。所謂體積比能量，一般指電池單位體積下所承載的能量的數(shù)量。目前主流手機(jī)電池的容量在2000~3000mAH，這樣的容量的電池，其質(zhì)量往往只有幾十克，所以在移動消費(fèi)級市場中，更關(guān)心的是電池的比體積能量。
日前，金立發(fā)布了一款名為M5的新手機(jī)，該手機(jī)具有超長續(xù)航功能。金立認(rèn)為，手機(jī)續(xù)航，是國人使用智能手機(jī)的第一痛點(diǎn)，也是國民痛點(diǎn)。雖然在這個痛點(diǎn)上存在著一些爭議，但是我們還來看看這款手機(jī)的電池吧。電池容量高達(dá)6020mAH，電池由兩塊3010mAH的電芯并聯(lián)組成，能量密度達(dá)到650Wh/L左右。
從1991年，索尼發(fā)布了鋰離子電池之后，至今的20多年時間里，鋰離子的從本質(zhì)上并沒有什么變化。但盡管如此，也并非毫無創(chuàng)新，現(xiàn)在的鋰離子電池，無論是效率還是容量，相比之前都有很大的提高，這是如何實(shí)現(xiàn)的呢？
如果反觀近十年手機(jī)電池的發(fā)展，筆者覺得大概可以分為三個階段。
第一個階段，鋰離子聚合物電池的興起。
傳統(tǒng)的鋰離子電池使用的是普通液態(tài)鋰電解質(zhì)，但是在2005年以后，聚合物電解質(zhì)的鋰離子電池開始嶄露頭角。相對于之前的液態(tài)鋰離子電池來說，聚合物鋰離子電池除了在電化學(xué)特性上更有優(yōu)勢外，更重要的，是塑型更加靈活，能讓電池做的更薄，體積利用率更高。
第二個階段，手機(jī)電池的穩(wěn)定期。
2010年以前，尤其是2007年以前，鋰離子聚合物電池的興起讓手機(jī)電池容量有了長足的提高。但是隨著技術(shù)的成熟，電池比能量提高的速度開始減緩。更重要的是，隨著電池能量的加大，安全問題開始浮現(xiàn)在我們眼前。很多廠家開始著眼于提高電池的安全性指標(biāo)，在電池的外殼防護(hù)上下了一些功夫。雖然不能提升電池的能量密度，但是在長期發(fā)展來看，還是必要的。因為能量密度增加，出現(xiàn)問題的損失也會越大。曾有文章說1kg動力電池等同于103gTNT，不說TNT的心理暗示作用，僅從能量的角度去考慮安全性是不夠全面的，要從能量的大小和能量的密度兩方面去考量。
第三個階段，手機(jī)電池的第二次能量密度提升。
到2013年以后，手機(jī)電池開始有一次的提升了能量密度。這里面有材料的原因，電池廠家通過改善工藝，提高了材料的壓實(shí)密度，或通過其他的手段，讓電池的容量有了進(jìn)步。同時，即iPHONE之后，市場上越來越多的手機(jī)電池變得不可拆卸。通過電池和手機(jī)的“一體化”，省去了原來電池的硬殼保護(hù)，提升了電池的能量密度，或者根據(jù)電池結(jié)構(gòu)，開發(fā)異型電池等。除此以外，更直接的一種方法是提高電池的電壓。通過將電壓平臺提高0.1V左右，提高電池的能量。這與前一段比亞迪的磷酸鐵錳鋰電池有異曲同工之妙。目前，主流的手機(jī)電池能量密度保持在600Wh/L左右，有些廠家的產(chǎn)品會稍微高一些，比如小米手機(jī)，電池能量密度在620Wh/L以上，上述金立手機(jī)，能量密度達(dá)到650Wh/L。具體使用的哪種手段，還請對號入座。但曾有報道說，當(dāng)能量密度達(dá)到700Wh/L的時候，可能使電池的可充分循環(huán)壽命小于300次，爆炸的隱患大大增加。
既然提高電壓有如此多的害處，為什么大家還要這么去做呢？這讓筆者想起了一個故事。以前圓珠筆和鋼筆的筆芯粗細(xì)度是一樣的，但是有一個問題，就是圓珠筆書寫2萬字左右，就會出現(xiàn)漏油，主要原因就是筆珠的磨損壽命就在2萬字左右，當(dāng)所有人都在研究耐磨材料的時候，有個叫田騰山郎的日本人，開發(fā)了一款產(chǎn)品，就是讓筆芯的油墨在2萬字之前用完。這與現(xiàn)在的手機(jī)電池的研發(fā)思路有相似之處。智能手機(jī)，已不再是當(dāng)年“用到壞”傳統(tǒng)手機(jī)，而是像電腦一樣，用一段之后，就需要更新升級。因此可能還沒到電池出現(xiàn)問題的時候，手機(jī)已經(jīng)淘汰了。雖然筆者個人認(rèn)為，提高電池電壓平臺，實(shí)際上是一個比較冒險的方式，對電池的穩(wěn)定性和壽命，都有著潛在的影響。但是目前看，適當(dāng)?shù)奶岣咭稽c(diǎn)電池的工作電壓，起碼市場對這種做法還是接受的。
和動力電池市場一樣，我們也看到了許多新的技術(shù)，比如美國發(fā)布的一篇納米電池的報道，通過電極結(jié)構(gòu)的納米孔，可以在12分鐘之內(nèi)將電池全部充滿；還有號稱能實(shí)現(xiàn)更快速充電的“鋁電池”，可在一分鐘充滿電量；美國德雷賽爾大學(xué)的科學(xué)家，使用粘土，研制了一種高導(dǎo)電薄膜，這種稱之為“MXene粘土”的材料，可以用于制作新一代大容量電池和超級電容器。
新的電池技術(shù)雖然是鼓舞人心的，但是任何的新技術(shù)，新材料都需要經(jīng)過相當(dāng)長的一個轉(zhuǎn)化過程，才能成為商業(yè)的產(chǎn)品，比如鋰電池，最早的鋰電池的概念要追溯到上個世紀(jì)的六七十年代，之后液態(tài)鋰離子電池和聚合物鋰離子電池也是經(jīng)歷了十幾年發(fā)展，才有了今天的狀態(tài)。但是最近幾年智能手機(jī)硬件發(fā)生了突飛猛進(jìn)的進(jìn)步，手機(jī)性能，可以與一臺個人電腦相媲美，這樣電池技術(shù)有點(diǎn)吃不消。所以雖然手機(jī)續(xù)航不一定是國民痛點(diǎn)，但起碼也是短板之一。
很多人關(guān)心動力電池和消費(fèi)級電池的區(qū)別。筆者覺得，從電池的角度來說，是沒有本質(zhì)的區(qū)別的。但是由于產(chǎn)品應(yīng)用條件不同，所以設(shè)計的理念和思路也是不同的，從而導(dǎo)致我們所看到不同領(lǐng)域電池的產(chǎn)品屬性，有很大區(qū)別。在消費(fèi)級電池領(lǐng)域，沒有五花八門的正極材料；而在動力電池領(lǐng)域，也很少談到關(guān)于電解質(zhì)變化對性能的影響。在能量密度方面，比如我們都知道2015年2月16日，科技部發(fā)布了《國家重點(diǎn)研發(fā)計劃新能源汽車重點(diǎn)專項實(shí)施方案(征求意見稿)》，其中明確要求了2015年底轎車動力電池能量密度要達(dá)到200Wh/kg。作為消費(fèi)級電池來講，早在2013年，其能量密度就超過200Wh/kg的水平了，這不但與優(yōu)化材料和結(jié)構(gòu)有關(guān)，高電壓的做法更是功不可沒。由于消費(fèi)級電池一般不成組使用，即使成組，也是幾支電池之間的串并聯(lián)，與動力電池簡直是數(shù)量級的差別；“BMS”直接管理電芯；充放電電流較小；熱管理也相對容易；一般來說，消費(fèi)級電池質(zhì)保期也只有1年，所以這種做法是完全可以滿足消費(fèi)級電池市場的需求的。但是在動力電池市場，可能就行不通了。動力電池的要求，相對要高更加綜合，既有安全性的考慮，又有成本方面的評價，同時還有性能方面的要求。雖然在特斯拉身上，似乎完成了一次消費(fèi)級電池與新能源汽車的完美結(jié)合，但是車的定位和價格，和我們期望中家用級的新能源汽車還是有一定差距的。
磷酸鐵鋰、鈷酸鋰、三元材料、錳酸鋰……各種正極材料沖擊能量瓶頸的同時，筆者認(rèn)為是不是應(yīng)該停下來考慮一下安全和其它的問題。消費(fèi)市場，動力市場，儲能市場，鋰離子電池是不是能解決所有的問題。任何的電池可能都有其適用環(huán)境。比如燃料電池，無論是作為新能源汽車的動力單元，還是作為市政供電設(shè)備來說，其電池特性上都是非常合適的，但是與現(xiàn)有鋰離子電池體系相比，開發(fā)小型燃料電池便攜設(shè)備可能使比較困難的。在高喊技術(shù)突破的時候，更需冷靜的考慮一下鋰離子電池的局限性。因為只有意識到這些局限性，才有可能探索新的電池體系。當(dāng)然不得不承認(rèn)，隨著技術(shù)的推進(jìn)，將來發(fā)展具有更高能量密度，并且能滿足商業(yè)應(yīng)用需求的新的電池體系，而且要求新體系所使用的材料要求環(huán)境友好，成本低廉，材料易獲得，變得越來越困難了。因此，在發(fā)展鋰離子電池的同時，筆者也呼吁要對那些已經(jīng)發(fā)現(xiàn)但并未充分商業(yè)化的電池體系，投入更多的精力和資源。
四、電池成本降速比預(yù)期快3年內(nèi)將降到230美元/千瓦時
現(xiàn)在，電動汽車的價格比普通燃油車貴很多，很多人認(rèn)為電動汽車進(jìn)入大眾汽車消費(fèi)市場將永無出頭之日，雖然燃料和維保費(fèi)用能省不少，但是較高的初次購買價格仍然會嚇跑不少消費(fèi)者。地球人都知道，電動汽車就是貴在電池，但可喜可賀的是，國外一項最新研究稱，鋰離子電池的成本價格一路在下降，而且速度比以前的預(yù)估要快。
據(jù)TheCarbonBrief報道，早在2013年，國際能源屬(IEA)曾經(jīng)預(yù)測，到2020年，電動汽車電池成本將下降到300美元/千瓦時。然而，NatureClimateChange的研究人員認(rèn)為，電動汽車行業(yè)可能已經(jīng)提前達(dá)到了這一目標(biāo)，2007年至2014年之間，全行業(yè)平均成本從1000美元/千瓦時下降到410美元/千瓦時，平均每年下降14%。某些領(lǐng)先企業(yè)，例如日產(chǎn)和特斯拉已經(jīng)跨越了IEA預(yù)測的300美元/千瓦時屏障，去年起電池成本很可能已經(jīng)更便宜，價格可能比最近許多同行的評估低2至4倍，每年降幅為8%。
這項研究結(jié)果是基于同業(yè)評審學(xué)術(shù)刊物、機(jī)構(gòu)測算、咨詢和行業(yè)報告、媒體報道、電池廠商和汽車制造商等85個成本預(yù)測得出的。由于制造商不愿向公眾披露自己的真實(shí)成本，因此，前面所提到的數(shù)據(jù)不是完整的數(shù)據(jù)。
電池成本估算和預(yù)期
2014年，歐盟電動汽車市場年增率達(dá)到37%，但整體汽車市場份額不到1%，高價格、里程短和充電基礎(chǔ)設(shè)施的缺乏是電動汽車未能取得重大突破的原因。研究人員表示，隨著電動車型不斷增加，消費(fèi)者的喜好度逐漸加強(qiáng)，電池成本將有進(jìn)一步的下跌空間。
100美元/千瓦時經(jīng)常被看作是電動汽車能與普通燃油車進(jìn)行價格競爭的基準(zhǔn)。為了追求削減成本，導(dǎo)致替代鋰離子化學(xué)成分的各種研究大量投入，例如大眾汽車集團(tuán)正在醞釀投資電動汽車固態(tài)電池的研發(fā)。
研究人員預(yù)計，2017-2018年，電池成本將會降到230美元/千瓦時。以美國為例，目前油價很低，預(yù)計電池成本只有低于250美元/千瓦時，電動汽車的價格才能更有競爭力。如果電池成本再進(jìn)一步跌破150美元/千瓦時，那么電動汽車市場就會發(fā)生量變，車輛技術(shù)也將因此發(fā)生潛在轉(zhuǎn)變。
要想達(dá)到上述水平，即使是在當(dāng)前的勢頭下，即使電池單體化學(xué)技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了許多進(jìn)步，但電池成本價格的大幅下降也不可能在一夜之間發(fā)生。研究人員認(rèn)為，這些新的研究仍然很遙遠(yuǎn)，只有市場規(guī)模的擴(kuò)大更可能帶來成本的下降。
特斯拉汽車公司正在驗證研究人員的論斷，當(dāng)位于內(nèi)華達(dá)州的Gigafactory超級電池工廠在2017年啟動后，就會產(chǎn)生足夠大的市場規(guī)模，從而實(shí)現(xiàn)Model3電動轎車35000美元的平民低價，這意味著電池成本將降低30%。另一方面，雷諾-日產(chǎn)也計劃在2016年實(shí)現(xiàn)可供150萬輛電動汽車使用的電池產(chǎn)能。
研究人員稱，整體而言，在不久的將來，即使技術(shù)沒有出現(xiàn)大的突破，規(guī)模經(jīng)濟(jì)效應(yīng)也有可能推動電池成本下降到200美元/千瓦時。如果這項研究的預(yù)測是正確的，那么電動汽車市場的發(fā)展規(guī)模可能會超過預(yù)期，這是一件好事。
此外，根據(jù)《華盛頓郵報》刊登的不同電池成本估算，目前鋰離子電池的平均價格在496美元/千瓦時，這顯示自2010年以來成本降幅已達(dá)60%。按照這個速度，電池價格5年內(nèi)有望降到175美元/千瓦時。
從長遠(yuǎn)來看，汽車制造商必須在盈利的基礎(chǔ)上生產(chǎn)電動汽車，然后加大銷售力度，實(shí)現(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。日產(chǎn)汽車公司在第一代聆風(fēng)電動汽車上市后就設(shè)立了龐大的銷售目標(biāo)，如今確實(shí)說到做到，聆風(fēng)是全球迄今銷量最高的電動汽車，今年將突破20萬輛大關(guān)。下一代聆風(fēng)預(yù)計將提供120-150英里(193-240公里)，甚至更多的續(xù)航里程，顯然這會吸引更多的消費(fèi)者，日產(chǎn)作為車企也會越來越有利可圖。
