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2019年10月9日一則消息轟動科技圈，2019年諾貝爾化學獎得是鋰離子電池的研究者吉野彰，這則消息再次把日本電池送上了風口浪尖，曾經輝煌一時的日本電池，如今卻衰敗不堪。是什么阻礙了日本電池的發展？中國電池為何能擊敗日韓電池，成為新一代的巨頭？  鋰電池的興盛全球鋰離子電池市場規模已經達到450億美元，還以每年約9%左右的復合增長率增長，隨著各個國家布局新能源汽車，全球對于鋰電池的需求卻不斷增加。雖然鋰電池的問世并不久遠，但是如今已經和我們的生活息息相關。 上世紀60年代，眾多科技企業和巨頭對鋰電池產生了興趣。因為從19世紀開始，就有人發現了鋰元素具備密度低、容量大、電勢低的特點，這完美契合了電池負極材料的需求，但是因為鋰的化學特性過于活潑，所以鋰電池研發過程中事故頻發，不過因為鋰電池的特性，歐美國家對于鋰電池的研究工作一直都沒停下。  1913年，美國科學家劉易斯和凱斯，為美國軍方開始研究儲能裝置，并大量使用鋰元素做電池。電池的本質就是一種能夠將儲存的化學能轉化成電能的裝置，其原理是通過氧化還原反應，電解液和鋰發生化學反應，鋰變成離子態，帶負電的電子通過隔膜前往正極，形成電能?？上У氖且恢睕]有找到能讓鋰穩定反應的電解液。  直到1958年，美國加州大學伯克利分校的哈里斯，首次發現鋰金屬在有機酯溶液中會產生鈍化層，同時還出現了一定的離子傳輸現象，這對鋰電池的發展作出重要貢獻。同時該技術被NASA看上，NASA投資開始研究該項目，也為美國后續的太空計劃作出貢獻。在隨后的幾十年里，美日企業都在對鋰電池的正極和電解液下功夫，企圖制造出能量密度更高的電池。  1970 年，日本松下和美國軍方研究所，基本同時研制出鋰電池的新型正極材料—碳氟化物。氟化碳鋰電池的出現，對后續電池發展有著不小的推動作用。 1975年日本三洋公司在正極材料研究中取得突破，研制出可以商業化的二氧化錳電池。不過此時研發出的電池都是一次性電池，人們不滿足于現狀，充電的二次鋰電池研發工作也相繼開始。  上世紀60年代末，美國貝爾實驗室進行電化學實驗時發現:如果將碘或硫嵌入到二元硫化物中，電池在放電深度低的情況下，實驗則具有可逆性。斯坦福研究團隊在鋰電池方面也進行了類似研究，而美國?？松梨诠緞t在斯坦福研究團隊研究成果的基礎上，成功研發出世界上第一款能夠商業化應用的鋰鋁合金二次鋰電池。由于安全性方面仍存在較大問題，這代產品沒能推廣開來。  到了80年代，眾多企業在電極材料與非水電解質的研究中取得進展。隨著多種電解液和添加劑的出現，以及加工技術的成熟，有力地推動了二次鋰電池的發展。在1987年，加拿大的Moli Energy公司率先將二次鋰電池電池市場化，賺了不少?？上Ш镁安婚L，該款電池屢屢出現起火，甚至引發爆炸，造成了用戶的恐慌。兩年后，Moli Energy公司開始召回產品，該公司也被日本電氣股份有限公司（NEC）收購。此次事件，也導致整個電池市場對于鋰電池的安全性產生質疑。而更安全的二次鋰電池，成了各個公司的核心業務。此時的日本索尼公司也借此機會，將鋰離子電池推向了市場。  鋰離子電池的原理可以簡單理解為，在充電和放電過程，都是鋰離子在正極和負極之間移動，因為鋰離子電池的負極，采用的是碳極里鑲入鋰離子的方法，而正極采用鈷酸鋰，所以該電池也叫鈷酸鋰電池。 因為鋰離子電池在能量密度、循環壽命以及安全性等方面都得以大幅提升，所以鋰離子電池的商業化，就得到消費者的贊譽，奠定了日本電池在電池領域的地位。在2000年時，日本鋰離子電池占據全球電池市場93%。由三洋、松下、索尼三家企業拿下前三甲，其市場份額分別是24%、21%和 19%。  中日韓的電池發展史日本電池的霸主地位并沒有保持很久，上世紀末中韓也相繼加大了對鋰電池產業的研究與發展。起初，中國主攻磷酸鐵鋰電池，韓國也和日本一樣主攻鈷酸鋰電池。鈷酸鋰電池沒有磷酸鐵鋰穩定，存在一定的安全隱患，相比磷酸鐵鋰電池卻有著更高的能量密度。  在韓國政府的支持下，三星SDI、LG化學和SK三家巨頭公司，全面開始在電池領域發力。韓企先是從日企挖人，后是大量采購中國的原材料來降低制造成本。為了進一步降低成本，這些韓企直接在中國建廠，硬生生地從日本電池企業身上扯下一塊肉。大獲全勝的韓國企業在2010年時，市場份額達到39%，日本則降至43%，形成了雙雄爭霸的局面。  同時中國在電池領域也有所建樹。雖然開始時大部分是電池代工廠，但是通過低成本的勞動力和原材料，讓中國企業逐漸崛起并轉型。包括極為出名的比亞迪以及寧德曾經的母公司ATL。由于ATL引入了風投資金，造成債務風險，在2005年被日本TDK以1億美元收購。自此，ATL就成為了一家由中國人控制，日本人控股的公司。  不過，咱們國家有規定，外商無法在國內生產動力電池，這也導致ATL無法在國內建廠。于是ATL和國內企業合作，在國內建立東莞新能源、寧德新能源以及青海新能源三家子公司，并將電池研發中心搬至福建省寧德市，隨后將動力電池團隊獨立出來建立寧德時代。 2013年，我國開始了新能源補貼政策。隨后在2015年3月，工信部發布了動力電池“白名單”，目的是保護我國鋰離子電池企業的發展。所以ATL從2015 年全面退出動力電池相關業務，并將寧德時代股權轉讓。自此以后ATL和寧德時代，在公司層面再無瓜葛。 中國電池企業在國家財政的補貼下發展迅速。尤其是比亞迪和寧德時代等中國企業，已經成為世界動力電池領域的強者。寧德時代吸收了大量ATL的技術，集中力量在動力電池系統，和儲能系統的發力，其三元鋰電池的技術極為成熟，而比亞迪則繼續在磷酸鐵鋰電池上發力。 前面提到的三元鋰電池中的“三元”指的是包含鎳、鈷、錳或鋁的其中三種金屬元素的聚合物，在三元鋰離子電池中做正極。相比較使用磷酸鐵鋰的電池，三元鋰離子電池的優點是能量密度高、充放電效率高，但是其成本也高且不耐高溫。 由于國家補貼政策的調整，讓三元鋰電池成為新能源汽車動力電池的主流。寧德時代也因此超過比亞迪成為中國電池領域的“新一哥”，隨后寧德時代在2017年全球摘得的桂冠。 目前中國動力電池，三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池銷量分別達到46%和25%，而日韓的動力電池企業也基本退出我國市場。 隨著全球新能源汽車增長，動力鋰電池的出貨量也隨之保持著高速增長。2020年，全球動力電池裝機量為137億瓦時（GWh），同比增長17.5%。中國動力電池以市場占有率為45%位居全球第一。 2020年，英國研究機構Benchmark發布了一份報告稱，全球只有6家電池制造企業，達到動力電池一級制造商水準，分別有寧德時代、LG化學、三星SDI、遠景AESC和SKI、松下－特斯拉。中國有寧德時代和遠景AESC兩家，韓國三家，而日本聯合美國才有一家。 中韓電池企業已經將日本電池企業甩在身后。2016年日本索尼將電池業務出售，2018年日產汽車公司也將旗下電池公司AESC出售給中國遠景集團，成為遠景AESC。此時的日本并不甘心，意圖在新的技術上翻身，日本眾多企業開始全面轉向氫燃料電池。 氫燃料電池和一般的電池不同。一般電池只是個儲能系統，而氫燃料電池更像是一個發電廠。其原理將氫氣送到電池負極，催化出一個電子，氫氣變成氫離子后前往電池正極，并與氧原子重新結合為水，而氫氣分離出的電子則經外部電路通過并產生電流。只要氫氣和空氣給夠，并把產生的水帶走，氫燃料電池就可以一直產生電能。 雖然氫燃料電池前景不錯，很符合日本的國情。尤其是福島核電站出問題后，日本的核電設施陸續關停，電力緊張問題日益突出。日本轉而研發燃料電池似乎成了不錯的選擇。不過，氫燃料電池的產業化還處于研發階段。因為氫燃料電池技術復雜，所以成本十分高昂，而且氫燃料電池配套供應鏈成本，也是制約氫燃料電池發展的一個因素，日本想靠氫燃料電池翻身，目前看來困難重重。 不過日本電池的“失落”也給我們提了個醒，我們該如何保持動力電池領域的優勢？ 我們該如何保持在電池領域的優勢從2009年開始至今十二年間，國家每年通過數百億元的財政補貼，專項扶持國內新能源汽車產業。尤其是發布“動力電池白皮書”以后實現了“精準哺育”，有力地扶持了自主新能源汽車以及相關產業鏈的發展。不過依靠政策扶持，終究不是長久之計。 國家能提供的只有土壤，短期內能幫助企業度過成長期。但是新能源汽車補貼政策將到2022年底結束，這也意味著我國眾多新能源汽車及相關企業，只剩下一年半的時間發展。這些企業要想在接下來的全球市場競爭中取得勝利，就要在技術和產品質量中保持優勢，才能立于不敗之地。 目前我國的新型納米硅鋰電池已經問世，該電池的容量是一般鋰電池的5倍。這項技術的締造者，是已經到了耄耋之齡的中國工程院院士陳立泉，陳院士也是中國鋰電產業的奠基人。早在上世紀80年代，陳院士率團隊開展了固體電池和鋰電池的研究工作工作。在1996年研制出我國首款鋰離子電池，并完成了鋰離子電池的產業化的工作。 陳院士的徒弟——李泓教授得到陳院士的衣缽，在固態鋰電池繼續開展研究工作，目前已經完成了300（Wh/kg）固態動力電池系統的設計開發工作。在實驗時發現，車輛搭載該固態鋰電池后，續航里程翻了一番。 因為固態電池前景非常好，所以在全世界約有50多家企業和機構，從事固態鋰電池的研究工作，按照現在的技術發展推斷，預計到2025年全固態鋰電池極有可能實現產業化。這50家企業不少是中國企業，包括寧德時代、國軒高科、蜂巢動力等公司都在固態鋰電池的研究工作投入大量精力，所以在2025 年前后，我國部分新能源汽車有望搭載固態電池。 我國不止在高端電池發力，而且也在下潛電池市場努力發展。陳院士的另一個徒弟，中科院的研究員胡勇，從事鈉離子電池的研究工作，其研究成果也在全球也屬于領先地位。 鈉離子電池價格相比鋰離子電池便宜了數倍。其原因是鋰離子電池使用的碳成本達到幾萬塊一噸，而鈉離子電池使用的碳酸鈉只要幾百塊一噸。雖然鈉離子電池能量密度比不了鋰離子電池，但是用于能量密度要求不高的領域，例如電瓶車，是個不錯的選擇。 所以老子云：曲則全，枉則直，洼則盈，敝則新 。想要有所成就，并且考慮周全，照顧全面，發現短板就要集中力量發展。這也是我國電池技術能在短短數十年，就能追平西方的原因。 |
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