中國電動車發展即將邁入第十個年頭. 作為電動車心臟的動力電池, 其產業格局出現了冰火兩重天.
2017年全球動力電池銷量第五, 中國動力電池銷量第三的深圳市沃特瑪電池有限公司其母公司堅瑞沃能(300116.SZ)在4月初自爆20億元債務違約, 整體債務高達221.38億元. 除此之外, 眾多中小動力電池企業在成本壓力下紛紛倒閉. 另一邊, 2017年全球動力電池銷量第一的寧德時代新能源科技有限公司(下稱CATL)在4月初成功過會, 估值高達1300多億元.
除了內部洗牌局面外, 在全球市場日韓企業群強環伺的競爭格局裡, 中國新能源車的競爭力如何?是否有機會實現彎道超車?近日, 中國科學院院士, 中國電動汽車百人會執行副理事長歐陽明高接受《財經》記者專訪, 表示中國電動車技術底線已經構成. 退可有磷酸鐵鋰電池保底, 進亦有新一代鋰離子動力電池.
中國動力電池的攻與守
《財經》: 動力電池在中國發展路線是怎樣的?
歐陽明高: 十一五重點發展了磷酸鐵鋰鋰正極離子電池, 十二五重點發展了三元正極鋰離子電池, 十三五正在重點研發高鎳三元正極+矽碳負極鋰離子電池.
《財經》: 國內磷酸鐵鋰電池的研究是否成熟?三元鋰電池與磷酸鐵鋰相比, 優劣勢有哪些?
歐陽明高: 磷酸鐵鋰電池是電動汽車革命的技術底線. 雖然比容量低於三元鋰電池, 但磷酸鐵鋰電池技術成熟, 材料豐富, 成本可控, 安全性高. 目前先進的磷酸鐵鋰電池, 已在騰勢電動轎車上實現500公裡續駛裡程, 兼顧安全性和經濟性.
磷酸鐵鋰和三元是鋰電池不同的正極材料. 三元鋰電池實現了更高比能量, 但仍存在安全性, 原材料成本, 使用壽命等問題. 技術門檻的提高是為了鼓勵技術的進步, 對鋰離子電池的安全性要求也更高.
《財經》: 三元鋰電池現在被認為是一條主流的動力電池路線, 許多企業轉向能量密度更高, 技術更為複雜的三元動力電池生產, 中國三元鋰電池的技術現狀如何?難點在哪裡?
歐陽明高: 目前研發中電池樣品比能量可以達到300瓦時/公斤的是三元NCM811+矽碳負極鋰離子電池, 但安全性尤其是過充安全性挑戰大. 在2020年, 811正極, 矽碳負極, 液態電解質的組合可能會成為主流產品(也有些日韓電池專家認為從性能綜合平衡的角度看622正極或許會是更好的選擇).
產業化三元軟包電池在2020年達到300瓦時/公斤的目標並不是難題. 核心在於一旦產業化大規模生產落實, 原材料, 生產工藝等能否滿足需求. 811鋰離子電池產業化後, 受限於正極材料. 從產業化角度看, 比能量實現350瓦時/公斤將非常困難.
《財經》: 高鎳化是發展趨勢嗎?
歐陽明高: 高鎳化目前是一種趨勢, 主要是降低對鈷的依賴, 從而使成本可控. 對鈷的使用量下降是一種必然趨勢.
《財經》: 中國會跟隨日本松下的發展路線嗎?例如發展圓柱18650的811鋰電池.
歐陽明高: 松下的18650因為容量小, 更容易實現高比能量指標. 小電池可以避免體積放大後出現的材料不均勻, 極化等問題. 但因為電解液容易幹, 所以使用壽命相對較短. 但中國不會盲目跟從松下的研究路徑, 選擇材料也不一樣. 我國是鎳鈷錳, 松下是鎳鈷鋁. 鎳鈷鋁的安全性不好控制, 錳相對更穩定.
《財經》: 鋰離子電池是否會是中期的主流路線?
歐陽明高: 鋰離子電池一直會是中期主要產品, 不會輕易被顛覆. 但正, 負極和電解液都可能發生變化. 另外, 鋰空氣, 鋰硫等因為充滿不確定性, 在車用領域產業化前景還有待觀察.
中國鋰電技術的優劣勢
《財經》: 目前全球鋰電, 中日韓三國掌握話語權, 是如何形成這樣局面的?
歐陽明高: 主要是因為中日韓三國都有鋰電池的產業基礎, 日韓自不必說, 中國的產業基礎始自手機電池. 當鋰電池技術出現時, 全球大部分車企都在研究燃料電池, 並不看好動力電池的前景. 中國剛開始也在以研究燃料電池為主, 但因為沒有燃料電池相關的產業基礎, 基礎材料和膜電極與美國日本存在較大差距. 後來反覆比較國內產業優勢和交通體系特點, 提出以鋰電先行為特徵的 '純電驅動' 戰略, 才最終與日韓處於同一陣營, 並且在新能源電動汽車產業化方面走在世界前列.
歐美現在很難出現大型的鋰電企業, 主要就是因為起步晚, 產業基礎薄弱.
《財經》: 為什麼說中國的產業優勢和交通體系有利於鋰電發展?
歐陽明高: 日本豐田一直在燃油發動機的基礎上發展混合動力, 當時在制定我國的新能源汽車的前兩個五年計劃, 也跟蹤豐田將混合動力作為發展的重點, 國內骨幹車企投入大量力量進行混動的研發. 到2008年, 國產混動車, 尤其是混合動力轎車的示範運行效果不太理想.
與此同時, 鋰離子電池技術在2007年以後取得了突破性進展, 短時期內取代了鎳氫電池, 使發展純電動成為可能. 豐田從混動到燃料電池, 其實都是為了提升技術門檻, 確保競爭優勢.
中國的交通體系具有電動化基礎, 高鐵, 電動單車, 電動公共交通等已經使中國社會形成電動化出行的特色. 同時純電動車整合技術難度相對較小, 所以中國適合搞純電. 技術突破和應用場景貼合, 這是純電獲得快速發展的主要原因.
《財經》: 中國的鋰電人才儲備和研究在世界上是什麼水平?
歐陽明高: 我看過一個資料, 過去10年全球有關材料研究的國際論文約100萬篇, 中國大陸和中國台灣佔40%, 中國大陸比美國多一倍, 而材料研究中有相當一部分是與電池相關的. 在美國研究電池的大部分也是華人. 我國的鋰電後備人才和研究潛力巨大.
《財經》: 中國鋰電的高端產能是否不足?
歐陽明高: 高端產能是中國各行業都面臨的共性問題. 但中國電池行業的高端人才比例高, 技術創新活躍. 例如寧德時代的年產值200億, 有100多個博士. 而對比國內有的車企, 5000億的年產值只有50個. 如此高的人才結構和比例與其他行業是完全不一樣的.
《財經》: 目前國內鋰電行業一致性較低, 是否會出台行業標準?
歐陽明高: 中國的鋰電池標準制定了嚴格的安全標準, 有明確指標. 而日前通過的鋰電池國際標準就採用了中國標準. 鋰電池的安全性和比能量是一對矛盾. 隨著技術和工藝的發展, 鋰電池企業會通過提升比能量指標提高技術門檻. 比能量是一個調節產能結構變化的重要有效的指揮棒, 市場中低端產能肯定將被淘汰.
《財經》: 寧德時代獲得了大眾, 平治的全球性訂購大單. 這些國外車企為何願意以較高價格購買中國動力電池?
歐陽明高: 首先, 寧德時代的產品質量與LG相當, 甚至有時會優於LG;其次, 歐洲沒有大型的鋰電廠商;第三, 中國是這些車企的最大單一市場, 比如佔大眾全球銷量的40%;最後, 中國鋰電產業鏈的完整度比韓國完善, 產業規模和發展潛力也高於韓國.
下一代電池誰能破局
《財經》: 目前最熱門的三元正極材料是富鋰錳基, 為什麼它成為熱點, 存在哪些優缺點?
歐陽明高: 富鋰錳基做正極材料, 是當今全球的研究熱點. 富鋰正極材料理論放電比容量高, 可以達到400mAh/g以上, 電池比能量可以達到400瓦時/公斤以上. 同時, 可以降低對鈷和鎳的依賴, 降低成本, 尤其是鈷. 近期, 北大的夏定國教授在實驗室中合成了400mAh/g的正極, 但是富鋰錳基電池壽命比較短.
現在, 國內外都已經做出300瓦時/公斤的富鋰錳基鋰電池, 但壽命幾百次, 還不能滿足車用要求, 需要繼續努力. 富鋰錳基自身電壓衰減較快, 在材料上需要尋求改進. 其次, 需要為富鋰錳基匹配電壓範圍更寬的電解質, 比如固態.
《財經》: 富鋰錳基產業化是否有時間表?
歐陽明高: 在國家專項中, 到2020年要實現811三元鋰電池的產業化. 同時間段, 富鋰錳基繼續深入基礎研究, 因為相關項目還未結題, 目前無法得出實現產業化的準確時間點, 爭取2025年左右.
屆時被寄予厚望的富鋰材料鋰電池中綜合對比應與811相當, 甚至更優, 比能量應該高於811, 耐久性是對比的關鍵因素. 如果能夠成功提升耐久性, 富鋰材料將會成為鋰電池新型可產業化的正極材料.
《財經》: 大車企將固態和全固態電池列為下一步研發重點, 研發難點在哪裡?
歐陽明高: 雖然固態電解質的研究已經是熱點, 但要實現全固態電池, 核心是解決固體與固體的界面問題, 目前仍需要添加液態電解質. 未來5到10年, 液體電解質比重將逐步減少, 呈現由部分固態到半固態並向全固態發展的趨勢. 屆時即使無法實現全固態, 但也會接近全固態.
一旦全固態研製成功, 不僅有較高的安全性, 還將徹底改變電池的做法. 因為固態解決了液態電池短路問題, 從而可將電池進行內部串聯以提升比能量. 目前應該在保證耐久性的前提下, 儘可能提升比能量, 且固態電池還具有快充的潛力. 我國不少相關研究機構和企業正在研究固態鋰電池技術.
《財經》: 日本在固態電池等領域的研究現狀和規劃如何?
歐陽明高: 日本豐田對外展示過固態鋰離子電池, 他們宣稱在2022或2023年實現產業化. 但比能量還沒提升, 所以產業化後比能量也不會太高.
燃料電池能替代鋰電池嗎
《財經》: 從純電再回到燃料電池, 目前這種電池發展的主要問題是什麼?
歐陽明高: 我國的燃料電池研究取得很大進步, 燃料電池汽車在局部市場已經開始產業化. 燃料電池系統性能優化, 大概在2025年技術將能夠相對成熟, 如果實現大規模生產, 成本也將下降.
當前, 更應當重視的問題是氫能技術, 即前端的氫燃料, 比如製取, 運輸, 儲存, 壓縮等環節. 目前大家都只關注到燃料電池系統本身. 但與氫相關的技術和基礎設施並不理想. 比如, 車載儲氫技術存在以下問題: 碳纖維成本高, 儲氫重量比較低, 能量損失比較大. 所以, 關鍵是要加深對氫能相關的基礎研究和技術開發, 以及相關基礎設施的建設.
《財經》: 燃料電池補貼沒有減少, 是否決策者認為燃料電池發展更具有現實性?
歐陽明高: 從國家整個能源系統來看(不能僅從車用角度), 氫能燃料電池技術確實需要加快發展, 這符合我國能源革命的需要. 如果對能量要求達到一定程度, 鋰電池就無法滿足.
但我也不同意氫是 '終極能源' 和氫能燃料電池車是 '終極環保車' 的說法. 氫和電都是能源載體, 並無 '終極' 之說. 小型轎車對能量要求較低, 鋰電池可能發揮更大作用. 所以, 就新能源汽車而言, 燃電與純電將來會是共生共存.
《財經》: 對於乘用車而言, 未來燃料電池和純電動的成本平衡點在哪裡?
歐陽明高: 有研究認為到2025年, 對於中級以上轎車而言350公裡裡程可能會成為選擇燃料電池車和電池電動車的平衡點. 裡程超過350公裡, 燃料電池成本更好;350公裡以內, 鋰電池優勢更強.
現在我國發達的高鐵網路完全可以滿足民眾長途出行, 所以對超長續航裡程電動車的續期並不多. 未來氫能源發展到一定程度, 可以將燃料電池作為鋰離子電池的增程器, 通過電電混合來增加裡程, 並減少電池用量.
