问鼎今年诺贝尔的技术将如何“定义”未来汽车

2019年度诺贝尔化学奖得主是美国得州大学奥斯汀分校John B Goodenough教授、纽约州立大学宾汉姆顿分校M.stanley Whittlingham教授和日本化学家Akira Yoshino，以表彰他们在锂离子电池的发展方面作出的贡献。

他们创造了一个可再充电的世界。

使用这种材料的电池重量轻、可再充电且功能强大，如今被用于从手机到笔记本电脑和电动汽车的各个领域。它还可以储存大量来自太阳能和风能的能源，使一个无化石燃料的社会成为可能。

这其中，电动汽车的大量应用是具有极为重大意义的。

自从电池用于驱动汽车以来，电动汽车成为新能源的标杆而发展迅速，而动力电池的发展更是突飞猛进，高潮一浪压过一浪。

电池与车辆的互增值

与传统的消费电子产品电池不同，电动汽车的电池是具有储能性质的，而这些电动汽车在停放时将变成一台潜在的储能设备，将对新能源的发展和电网产生重要影响，这些电动汽车，也许就是消纳大量可再生能源的关键所在。

这就是电池产量井喷的原因——新能源汽车的超量需求。

新能源汽车对电池的需求与传统的电子设备远不在一个量级上，一台Model S就有超过7000多节松下18650电池，一台笔记本电脑才8节左右。

从2013年起步、2014年趋势凸显，到2015年新能源汽车的突然爆发式增长，导致动力电池供不应求，在2015年下半年出现了大量整车厂排队购买电池的情况。而供不应求吸引了大量动力电池企业进行投资，按照一年的投资建设周期，投资的新增产能在2016年下半年逐步释放。但大部分产能投产的高峰期在7-8月，全年新增有效产能在10 GWh左右，因此合计来看，2016年有效产能达到40GWh左右。

40GWh的电池电量相当于上海市这样的特大城市三个多月所有耗电量加总，而这仅仅只是众多电池中，锂电池中的动力电池部分的产能数据。

此外，电池还促进了电动汽车的价值提升。

电动汽车在科技领域具有重要价值正是因为它是下一代其他技术的绝佳实验平台，如自动驾驶、车联网，这些又构成了下一代智慧城市的基石。

自动驾驶技术的意义也在于进一步增加电动汽车的价值——意味着你在不需要使用的你汽车时，你也可以让他出去来为别人服务帮你赚钱，而在你需要时又在指定时间指定地点回到你的身边。这无疑又进一步提高了电动汽车的价值和吸引力。

所以说未来使用权比拥有权更加重要是一个大趋势。

而车里的电池一直赋予车辆一个恒定的功能，就是储能。

储能也赋予车辆更多的应用场景：

生活能源、替代发电、野外能源供给；

利用V2G和V2B技术，参与电网调峰调频，售电盈利；

电池寿命长于整车寿命，电池可以梯次利用；

促成廉价微电网系统的诞生，促成能源互联网廉价终端的出现。

产业形成阶段的乱象

电动汽车拉动了电池产量的井喷，甚至让电池出现了结构性产能过剩——电池可以以其他附加值更高的形式(电动汽车)引发大量需求，进入市场。

作为电动汽车的动力来源，电池性能的好坏不但关系到整车续驶里程的长短，而且关系到产品的安全性和可靠性。可以说，动力电池的发展决定着纯电动汽车的未来。

纯电动汽车的里程指标正在追赶传统燃油车，除了使用高比能电池外，还导致过度多装电池。这两个因素叠加，使电动汽车的安全性更受威胁，事故频发。工信部曾一度放话，要求暂停使用三元锂离子电池，但在强大的三元“队伍”的强烈呼吁下最终不得不作出妥协，同意乘员少的乘用车可用三元锂离子电池，三元锂电池客车在通过热失控试验和热失控扩展试验测试的前提下，也可申请推荐目录。

2016年12月19日，国务院印发的《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》中，有关新能源汽车的第五条：“推动新能源汽车、新能源和节能环保产业快速壮大，构建可持续发展新模式”中的第二点：“全面提升电动汽车整车品质与性能”中，也明确提到了电动汽车和电力系统在储能上的配合实现促进新能源的发展。

这推动了接下来几年的动力电池发展。

行业新变化，聚焦生命周期后半段

今年以来，行业的聚集度已经转向回收与处理。

随着越来越多的电动汽车投入市场，废旧电池的处理成为难题，快速发展的新能源行业也迎来电池的报废潮。

政策面上， 2019年11月28日，工业和信息化部组织有关《2021年-2035年新能源汽车发展规划》的讨论，召开了节能与新能源汽车产业发展部际联席会议联络员会议。

工业和信息化部辛国斌副部长指出，当前我国新能源汽车产业发展面临新形势、新情况，为抢抓机遇、应对挑战，亟需加快制定《规划》，坚持不懈推动产业发展。在汽车产业链新阶段，《2021年-2035年新能源汽车发展规划》的即将出台，引起了新能源汽车产业链企业的高度关注。

此外，值得注意的是，《汽车动力蓄电池行业规范条件》即将退出历史舞台，“白名单”制度的消失，这意味着国外动力电池生产企业进入中国不再有任何门槛。

在12月6日工信部发布的第11批新能源车推广目录中，北京奔驰PHEV搭载SKI电池，国产的Model3搭载松下、LG电池，广汽丰田纯电CH-R配套松下电池……补贴目录也已对外资电池企业放开。

和新能源汽车产业链进入新阶段发生巨变一样，政策也迎来了重大变化。

最近两三年动力电池技术得到快速发展，电池能量密度更高的三元锂电池逐渐代替磷酸铁锂电池成为市场宠儿，而目前报废的电池，大多是磷酸铁锂电池，三元锂电池要到2023年才开始成为再生利用的主要对象。

对于报废电池，处理方式通常有两种：梯次利用和资源再生利用。梯次利用，是将退役的电池经过检测、维护、重组，在其他领域进行再次利用。资源再生利用，则是分解提取电池中的贵重金属在原材料市场出售。

而被淘汰下来的废旧磷酸铁锂电池，因为电池能量密度低，梯次利用价值低；提取金属进行资源回收利用，又因为金属含量少，回收效益低，卖不起价格。

另一方面，早期的新能源汽车产品质量参差不齐，在动力电池残值评估体系并不完善的情况下，对二手电池的检测鉴定缺乏标准，即使想交易也无规可依，这也掣肘了二手新能源车的交易。

正因如此，第一批新能源汽车的电池陆续进入退役期，这些车主却陷入两难抉择。

电池回收行业的怪异现状

然而，随着我国新能源汽车保有量近几年的快速增长，动力电池回收产业也在快速膨胀。二手新能源车的流通，是时候规范了。

数据显示，截至2018年年底，全国新能源汽车保有量达261万辆，占汽车总量的1.09%。其中，纯电动汽车保有量211万辆，占比超过80%。

首批新能源汽车动力蓄电池报废高峰即将来临，根据新能源汽车国家大数据联盟的数据，预计到2020年，我国退役电池累计25GWh，约为20万吨。

中国动力电池报废回收量（千吨）

如此庞大的市场规模，让动力电池回收行业被视为新蓝海。

中国人很聪明，从来不缺有前瞻目光的生意人。早在2016年，也就是中国新能源汽车市场首次称霸全球的第二年，就有不少电池企业、原材料企业和汽车回收企业涌入这片未来的蓝海。

但几年下来，这些抱着远大抱负想把企业做大做强的商人，却发现这个新兴行业光怪陆离，运营难度远超预期。

拥有动力电池梯次利用、再生利用技术和先进设备的大企业支撑不下去，没有技术和设备的小商贩小作坊反而混得如鱼得水。也就是说，规范大厂斗不过小商贩。

为什么会有这种奇特的现象？

因为小商贩小作坊处理废旧电池的方式很简单粗暴，那就是徒手拆解电池，再将回收的金属贩卖给原材料市场，这导致他们的运营成本非常低，正规的大厂根本无法与之竞争。每年都有不少正规工厂因渠道拿货没有优势，无法维持正常运作而倒闭。

这种奇特的现象，不仅导致梯次利用市场空间没打开，对行业发展极其不利，另一方面，徒手拆解电池存在爆炸的风险，金属处理操作不规范也可能对土壤造成污染。

归根到底，还是因为没有建立健康有序的二手新能源车流通生态。

夹缝中求生，行业亟待规范

电池回收行业要如何从散乱无序状态走向规范有序？从过去数年的发展成果来看，只靠市场调节无济于事，行政干预还需加强。

目前，就算电池回收体系相对比较成熟的发达国家，也大多采用市场调节为主、政府约束为辅的方式，比如德国法律规定电池生产者需要承担主要责任，并且设立相关基金来完善回收体系建设。

我国目前也在努力，设法通过行政的力量来加快完善落实动力电池的回收体系。

2016年，在众多企业嗅到了动力电池回收的商机时，工信部就发布了针对电池回收的规范条件，为这个产业制定了游戏规则。2018年，工信部又发布了首批电池回收白名单，共有5家企业入列。

截至目前，北京、天津、湖南、浙江、广东、安徽、四川、海南等地均已出台蓄电池回收利用试点方案，有些还成立产业联盟，加快建立区域回收利用体系。

真正落实还靠企业。根据《生产者责任延伸制度推行方案》，废旧动力电池回收的责任主体是动力电池厂商及整车厂商，这些企业进展怎么样？

贵为动力电池“独角兽”的宁德时代，出货量最大，回收姿态也最积极。2013年，成立刚满两年的宁德时代就通过收购邦普进入回收市场，目前锂电池回收已经成为其三大核心业务之一。

整车厂商也在行动，采取的措施主要是提高电池质保年限、推出二手新能源车回购政策。

尤其是回购政策，2014 年启辰晨风上市时，就提出了“5年回购计划”，后来被越来越多新能源车企所采用。相比之下，造车新势力尤其青睐“回购”，包括小鹏、威马、零跑、云度、新特以及特斯拉都推出了“保值置换”服务。

不过，车企的这些回购政策，更多是出于营销需要，里面不仅对里程、时间等设置了许多限制条件，而且必须换购同品牌车型。大部分主流车企的电池回收业务仍处于探索阶段，并未大规模铺开。事实上，车企也缺乏回收技术能力，首批5家电池回收白名单没有一家车企。

随着废旧电池首轮报废潮的来临，二手新能源车流通产业生态亟待成形。

完善的评估体系，完备的回收网络，成熟的交易平台，合理的奖惩机制，要建立完善的二手新能源车流通生态，这些要素缺一不可，而这都需要政府行政力量干预，进而引导行业规范发展。

短期承压，长期向上趋势不变

经济面上，动力电池市场受新能源汽车销量影响较大。因此，在整体汽车销量不及预期的情况下，有机构预测，今年全年的产量很可能将首次出现近五年（或近十年）来的首次负增长。

据动力电池应用分会研究部统计数据显示，2019年。1-11月累计产量102.19万辆，同比增长2.97%。尽管汽车销量不及预期，动力电池的表现却还差强人意。2019年1-11月，我国动力电池累计装机量为52.47GWh，同比增长20.51%。11月我国动力电池装机量为6.29GWh，同比下降29.49%，环比增长54.29%。

从经济面来看，虽然短期内新能源汽车市场承压，但中长期国际车企正在加速推进新能源汽车战略，全球新能源汽车市场将加速发展。根据R&M报告显示，预计在2019－2025年的预测期内，全球电动汽车电池市场的复合年增长率将超过19％。亚太地区（尤其是中日韩）CAGR的复合年增长率将超过19％。

当前我国动力电池产业链已经比较成熟健全，锂电池原材料、上游正极、负极、电解液、隔膜、锂电装备等环节涌现出了不少国际一流企业。反观欧洲地区，动力电池产业链却相对较为薄弱，这也给中国企业走出去创造了机会。

大众汽车为保证其电动汽车动力电池原材料稳定供应，今年4月与国内的赣锋锂业签署了长达十年的合作协议。根据协议，赣锋锂业未来十年将向大众汽车及其供应商供应锂化工产品，以此来满足大众汽车在电动车锂电池供应方面的要求。

因此总体来看，作为国家战略性新兴产业之一，在国内政策引导以及全球加速电动化经济趋势的合力下，新能源汽车和动力电池发展的中长期成长确定性向上趋势不变。

未来电池变革新趋势着力管控，控制风险

我国的新能源汽车市场保有量和增量已居世界第一。工业和信息化部日前就《新能源汽车产业发展规划（2021—2035年）》公开征求意见，新能源市场又将迎来新的15年发展机遇期。

该规划提出，力争经过持续努力，我国新能源汽车核心技术达到国际领先水平，纯电动汽车成为主流，燃料电池汽车实现商业化应用，公共领域用车全面电动化，到2025年新能源汽车新车销量占比达到25%左右。

但是，多年来动力电池着火事故频发、续航虚高等问题，严重影响着消费者对新能源汽车市场的信心。

虽然电动汽车暴露出一些安全隐患，但可以从安全的动力电池材料体系及其安全管理方面解决。目前业内正从动力电池安全风险在线评估、异常性能单体预警管控以及整车的安全防护系统设计等多方面构建安全保障体系，完善电动汽车的安全性能。

锂离子电池易燃主要和电解液有关。现在电池的制造工艺、生产过程的安全管理等已有了很大提升，但依然使用液态电解质，未来可以通过研发固态的电解质体系提升电池的安全性。

改进电池的安全性可以从两方面入手，一是优化和改良电池材料，二是对电池的结构和制备工艺进行改进。

大数据、云管控、智能化为完善动力电池的安全管理提供了新抓手。通过安全的电池材料体系升级，再辅以智能化的动力电池管理，可以进一步完善动力电池系统的安全性能。

解决“出不了远门”

“出不了远门”，一直是新能源汽车用户心中的“痛”。为解决“里程焦虑”问题以及满足补贴政策要求，当前已有诸多高能量密度的动力电池涌现。

研究人员一直在致力于提升电池“电力”，开发具有更高能量密度的电池体系。电池材料不断变化，电池的能量密度也不断提高。

和现有的锂离子电池相比，锂硫电池的能量密度可以做得更高。目前就有研究团队正在开发高性能电池体系，利用新材料提升电池的能量密度、循环性能、功率特性和安全性等。

除了利用新材料，还可以通过电池的充放电管理让电池更持久。何洪文表示，动力电池系统的性能不仅仅取决于单个电池的性能，鉴于动力电池组具有的“木桶效应”和充放电末期具有的“扫帚效应”，加强对动力电池组的能量、安全、耐久性管理也很重要。

通过建立电池的高精度模型，采用先进的估计算法并引入状态反馈修正，可以有效保证电池状态量的估计精度。

应对电池“报废潮”

2018年我国报废电池达6000吨左右，3年后的数据将达到20万~30万吨，因此迫切需要工业解决方案。报废电池留在城市中会有污染和安全风险，必须将报废电池资源回收，消除风险。

过去十年电池的价格已经降至原来的1/10，这意味着电池材料中的金属价格接近电池成本价格。通过电池回收，回收企业可以基本实现盈利，但还需要探索更加成熟的工业解决方案。锂离子电池的回收技术，在常规的消费领域已经存在，但动力类电池的材料和系统不一样，需要进一步研发来解决问题。

废旧电池的处理不应再走先污染后治理的老路。电池在设计制造的源头上，要选择一些对环境友好的绿色电池材料，同时要兼顾电化学性能，构筑绿色电池体系，通过再设计、再利用、再回收，真正达到电池的绿色指标。

结语

车辆电动化是国际公认的发展趋势，电池的技术革命一直在路上。随着汽车性能提升，对新型电池的需求也在不断提高，将推动电池技术及其系统集成、管理控制发生新的变化。

如上所述，新一代电池革命正方兴未艾、如火如荼，对汽车领域发展的影响逐渐推动产业更新和进步、开放与融合。

参考资料来源及致谢

中国科协

中国科学报中国汽车流通协会

电池联盟

OFweek

北京理工大学材料学院教授 陈人杰

北京理工大学机械与车辆学院教授 何洪文

全国废弃化学品处置标准委员会委员 林晓

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