我国电池发展史是如何的

2021-07-15      2224 次浏览

1983年,摩托罗拉的第一部大哥大投放市场,售价两三万元,重量超过1公斤,是名副其实的砖头。除了往桌子上一放的那一刻很有气势,这款产品在很多地方都很鸡肋,当然在打架和拍核桃上的表现还是相当出色。


大哥大体积这么大是受到了电池的拖累,电池仓里的六节镍镉电池就占了手机一半的空间和重量。镍镉电池面世早,毛病也很分明,体积大,容量密度小,充电还很慢。第一代大哥大的通话时长惟有20多分钟,而给这六节电池洋溢电要10个小时。


关键是镍镉电池有严重的记忆效应,倘若电量没用完就充电,会让电池容量下降,影响使用寿命。所以后来的锂离子电池即便没有了记忆效应,但被那个年代培育的用户都还牢记,把电量耗尽再充电是对一块电池最基本的尊重。


在最近二三十年,随着锂离子电池的出现,手机里使用的镍镉电池和后来的镍氢电池很快就被取代。一方面是因为锂离子电池轻薄小巧,另一方面是因为锂离子电池容量更大,能量密度更高,充电速度更快。自打采用了锂离子电池,手机的体积迅速小巧了起来,大哥大的砖头形象很快被留在了历史记忆中。再往后,女人已经可以把手机挂在胸前,男人则把手机放进了裤兜。


锂离子电池的祖师爷是一个叫古迪纳夫的美国人,英文名是Goodenough(足够好先生),而他的搭档叫怀斯曼,英文名是Wiseman(英明的男人)。不得不说,锂离子电池做得好不好,起个响亮的名字相当紧要。


但把锂离子电池发扬光大的却是日本人。1992年,索尼率先实现了锂离子电池商业化,两年后,同是日本傲慢的松下也跟了上来,奠定了日企在锂离子电池技术上的江湖地位。索粉们禁不住哼起了先有索尼后有天,大法在手虐神仙。


我国锂离子电池事业的起步并不比日韩晚太多。而且在庞大的消费电子需求推动下,我国的锂离子电池行业得以一边赚钱一边发展壮大。


在世纪之交,国内出现了第一批锂离子电池加工公司,深圳有比亚迪和比克,东莞有ATL,天津有力神,并称我国锂离子电池四巨头。


力神是国内第一家正规锂离子电池厂。1997年底,当时的电子部十八所副所长秦兴才受命筹备,天津市政府召集了六家国有投资机构,投资了2亿元。这是国家任务,有把电池技术产业化的批示。


跟南方那些小打小闹的手工作坊不同,力神这支国家队一不缺钱二不缺人,一出生就成了国内投资规模最大、自动化程度最高的锂离子电池加工公司。当年,加工大本营同在天津的摩托罗拉给力神颁发产品证书和供应商证书时,部长市长同时出席,甚至力神有机会向时任副总理汇报。


秦兴才自感使命重大,找来了在十八所任职的加拿大华人毛焕宇。毛曾在加拿大的锂离子电池公司任职,做到了技术负责人的位置。有留洋背景又有产业技术的人才受到了热情欢迎。毛焕宇也不负众望,在力神做总工程师,加工出了国内第一批18650电池。


除了力神,其他三家都是民企,而民企的发展势头毫不逊色于国企。令人心酸的芯片行业同样如此,做得最好的不是国家队无锡华润,而是民企华为。所以说,毫不动摇地支持和鼓励民营经济发展,从始至今都是正确选择。


在秦兴才筹备力神时,蒙古草原长大的其鲁从日本辞职回国。他是高考恢复后第一批大学生,当时的第一志愿是内蒙古大学地质学,第二是物理学,第三是医学,结果都没被录上,最后被化学系招收。算上读书工作,其鲁在日本待了13年,做到日本一家正极材料厂的技术负责人。


当时李嘉诚的和记黄埔动过心思挖他过去,李超人打算动用5亿美金来做锂离子电池项目。中信集团则希望他去北京发展锂电事业,虽然中信没有李超人那么豪爽,也拿出了8500万元。钱多钱少倒是其次,其鲁想着北京离草原近,回家方便,最终在中信集团支持下做锂离子电池的商业化,顺道也在北大教书当教授。在2001年左右,我国就实现了锂离子电池正极材料的国产化。


电池人都有浓厚的桑梓情结,其鲁把中信投资的新公司命名为盟固利,和他老家内蒙古谐音,所以每次听到席慕容写的《父亲的草原,母亲的河》,其鲁总是眼泛泪花。福建宁德人曾毓群更笔直,把新公司取名为宁德时代(CATL)。


互联网人都玩虚的,虽然美团和今日头条给福建龙岩带去了这么大的名气,但王兴也就给家乡父老养了几只鸡,张一鸣也只是在龙岩扶持了一下自媒体。还是制造业确实,除了公司名字,曾毓群还把公司总部放在宁德,成了当地的纳税大户。从家乡受益的角度来看,十个王兴也顶不上一个曾毓群。


1989年,上海交大船舶工程系卒业的曾毓群在老家国企干了3个月就跑到东莞的电子厂当工程师。放弃铁饭碗是那一代有胆识知识分子的共同命题。十年后,原本要去深圳当总经理的曾毓群,被自己的前公司领导陈棠华、梁少康拦了下来,一起在香港注册成立新能源科技公司(ATL),拿到了250万美元风险投资,在东莞建厂,加工锂离子电池。


曾博士年轻有为,很早就展现出在电池范畴的才华,31岁做到了电子厂最年轻的工程总监。包括后来创业,曾毓群去美国贝尔试验室买电池专利,但电池鼓包问题迟迟处理不了,还是他带队攻关,找到了新的电解液配方。这也让他拿下苹果iPod的电池订单,成功帮助ATL打入苹果手机供应链,后来ATL一直跟着iPhone喝酒吃肉,一路成长为我国最大的手机锂离子电池加工商。


倘若说ATL的幸运星是苹果,比亚迪的大腿妥妥的就是摩托罗拉、诺基亚以及后来的国产手机品牌。


与盟固利这些海归创业不同。1995年,不到30岁的王传福已经是正儿八经的处级干部。王传福出身安徽穷苦人家,父母在他未成年时就双双离世,他由哥嫂扶持成才。贫苦的出身练就了他坚韧的性格。


待在体制内有关他这样的家庭是最理想的选择,但王传福丢下铁饭碗,在深圳布吉的冶金大院租了3层厂房,成立比亚迪公司,将日本国内不愿加工的镍镉电池转移到劳动力廉价的我国。


当时一条镍镉电池的自动化加工线要上千万元,王传福口袋里惟有250万,还是表哥吕向阳借给他的创业资金。但人不会被尿憋死,王传福想了个土方法,用人工加自制设备替代自动化流水线,硬是拼出了一条电池加工线。当时,日本的一条自动化加工线不到20人,比亚迪的一条流水线坐着成百上千个工人,活生生把一门高科技生意做成了劳动密集型产业。


做电池跟北方人做花卷一个原理,要把黑色粉体涂在极片上卷起来。所以比亚迪的工人下班后都跟刚挖完煤相同,手和脸全是黑的。但比亚迪简单粗暴的做法在一开始就获得了奇效,日本三洋每块锂离子电池的加工成本要4.9美元,比亚迪只需1.3美元。


比亚迪对锂离子电池加工模式的创新适应了国情。2000年,比亚迪获得摩托罗拉手机锂离子电池订单,两年后又拿下诺基亚的手机电池订单。价格一直是比亚迪崛起的关键,用今朝雷军的话来说就是极致性价比。比亚迪卖的电池比别人便宜,后来代工手机比别人便宜,再后来卖的电动汽车也比别人便宜,所以比亚迪每进入一个新的市场,都闹得鸡飞狗跳。


但比亚迪的做法争议很大,包括后来造汽车也都是先模仿后复制。王传福说过一句很经典的话,一种新产品的开发,实际上60%来自公开文献、30%来自现成样品,另外5%来自原材料等因素,自身的研究实际上惟有5%左右。


被妈祖托梦的郭台铭和他的富士康就吃过亏上过当。比亚迪在一穷二白时,为了建立起手机电池加工线,跑到富士康高薪挖人,前后400名技术人员跳槽去了比亚迪,建了一个与富士康极为相近的手机加工系统,气得郭台铭直跺脚。


得益于消费电子在我国市场的勃兴,我国锂离子电池四巨头跟着崛起,锂离子电池的竞争格局也发生了改变。日本一直引领锂离子电池的发展,但我国和韩国这两位后进生今朝把日本这个老师傅打得晕头转向。我国人多,王传福买不起全套设备,就用人工替代机械手,价格便宜才是王道。韩国人少,没方法复制我国的套路,韩企干脆从日本买回来一套设备,研究明白了自己复制。


也是在20世纪最后几年,包括力神、比亚迪、中信国安,韩国的LG和三星,都跑日本挖人挖技术,这才有了后来日本锂离子电池产业向中韩转移。名声在外的三洋电机卖给了松下,索尼的锂离子电池业务卖给了村田制作所,尽管高端市场仍旧被日企把持,但仅就市场份额而言,消费类锂离子电池市场基本是韩国份额最大,中日齐平。


02


1994年,戴尔打出一则广告:戴尔笔记本电脑,让你在飞机上从纽约用到洛杉矶。从美国东海岸飞到西海岸不过6个小时,但在当时电池能撑6个小时是个了不起的成绩了。


2014年,OPPO给自家手机也打了一条广告,讲的是男主李易峰与女主杨幂在手机里互撩的故事,但人们什么也没有记住,就记住了一句广告语:充电五分钟,通话两小时。


20年过去了,人们还在为同一件事操心烦恼。


尽管电池容量已经有了大幅度的提升,但架不住手机App和屏幕的耗电量直线上升,人们的科技欲望越来越难以被满足。没电和没网并列成为21世纪年轻人的最大鬼故事。只不过随着运营商提速降费和Wi-Fi普及,网络的需求得到了极大满足,但没电的恐惧仍旧笼罩在年轻人心头。


老一辈人为电池的事做了很多努力。


2003年,深圳海陆通的老板朱治民发明了一个充电装置,用一个夹子固定电池,两根金属片调节正负极的位置,这个叫万能充的东西一不小心火遍了大江南北,加上价格不贵,成了街头小卖部的标配。


当然,偶然的好运并不能让海陆通摆脱廉价电子代厂的命运。到了iPhone引领的智能时代,电池不让拆了,连手机后盖都不让动了,一部手机除了开关机、音量和home键就没有了其他按钮,这是乔布斯带给人类的财富。万能充也一刹那失去了用武之地,淘汰出局。


商业竞争常常如此,打倒你的不一定是对手,很有可能是这个不断演进的时代。


苹果的老冤家三星倔强了好些年,但最终还是放下面子,把手机后盖锁死了。安卓厂商这么做不只是一昧模仿苹果,紧要是为了手机防水和电池容量。今朝的手机后盖与机身都有胶水,拆开后盖容易对防水性能出现影响。而可拆换的电池使用的是坚固的铝制或钢制外壳电池,不容易摔坏,却很占用空间。所以今朝大部分手机都使用的是软包电池,这种电池的外部只包裹了一层很薄的铝塑膜,随意拆卸很容易破坏电池结构。


如今,为了在有限的空间内塞入尽可能多的电池,手机厂商可谓是费尽心思。除了不让拆,iPhoneX甚至把电池做成了L形,既照顾了内部元器件的排列,又让电池得到最大化的布局。倘若你有兴致拆开Macbook,会发现里面的电池是阶梯状的,紧要是为了方便在纤薄的机身里填满每一寸空间。


但对电池能量密度的追求,也让锂离子电池的安全问题凸显。


今朝的手机电池都会用到钴酸锂,钴酸锂虽然在一定程度上能抑制毛刺生长,戒备有毛刺刺破隔膜,引起正负极短路,但仍旧有很多局限,对使用环境要求比较高。比如容易发烫,这一点相信米粉们深有体会,为发烧而生的小米不了解在多少个寒冷夜晚温暖了年轻人的手;比如低温条件下电量消失得很快,这一点果粉们应当体会更深,iPhone像是拥有电量消失术相同会熄灭在寒冷的户外。


1995年,刚投产没几年的索尼锂离子电池厂发生火灾,超过100万块电池被烧毁。电池没了还能再加工,钱损失了还能再挣,关键是这件事情对消费者的信心打击很大,锂离子电池当时还是清新事物,经不起太多风吹草动。


起火原由一直没有搞清楚,当时的结论是工人没有采用阻燃性的托盘材料,意外出现的小火苗瞬间蔓延开来。但索尼跑去和官方交涉,总算戒备了把锂离子电池定性为危险品的局面,这得以让锂离子电池在之后在越来越多的电子消费品上使用,取代了之前的镍镉电池和镍氢电池。


2006年,一台戴尔笔记本电脑在一个会议上猛然起火,其装配的电池正是由索尼加工的大容量锂离子电池。着火的画面被媒体一顿猛拍,戴尔不得不召回了可能出现故障的电脑,索尼则召回了1000万块电池,付出了4.44亿美元的惨重代价,时任索尼CEO当众鞠躬致歉。


在目前锂离子电池统治的年代里,锂离子电池的气体膨胀、毛刺等安全性问题一直根深蒂固,难以根治。


三星也受过苦,被Note7炸得遍体鳞伤。2016年八月,三星的大屏机皇、双曲面玻璃Note7在纽约、伦敦和里约热内卢全宇宙三地同步发售,号称全身都是黑科技。不愧是国际大厂,三星将创意发挥到极致,舞台被设计成了一块L形的巨型投影屏幕。原本这是一个大喜的日子,却无意中成了三星手机在我国沮丧的开端。


三星为它在电池技术上的激进付出了代价。从后来第三方的调查报告来看,三星Note7很有可能是电池仓的空间预留不足,导致电池正负受挤压引发短路造成起火。


而三星Note7的电池供应商有两家,我国销售的手机电池由ATL加工,国外销售的由三星SDI加工。SDI好歹也是三星的亲儿子,打掉牙往肚子里咽,而ATL这个外人在Note7爆炸后与三星的关系就变得很微妙,尤其是在未使用电池的解决和相关赔偿问题上,造成了双方合作破碎,十年蜜月期说分手就分手。


自从Note7燃爆之后,三星对电池安全性变得小心翼翼。三星在后面的几代产品都是保守策略,虽然屏幕加大了,但电池容量却没有提升,充电速度也一直是最为保守的15W。


虽然锂离子电池的性能提升慢于半导体行业,半导体行业一直遵循着著名的摩尔定律,每18个月性能提升1倍,芯片的制程一代比一代先进,但化学不吃这一套。三星作为业界的优秀代表,均匀每年也只能提高锂离子电池6.5%的能量密度。


毕竟不是所有人都能在化学材料上寻得替代办法,光制备出石墨烯就能获得诺贝尔奖,化学材料上的冲破难度可想而知。


当一帮研究人员在寻找新材料和新工艺时,也有公司另辟蹊径,在寻找让步和替代办法。


苹果做过一款很蠢的设计,把充电宝嵌入到手机壳里,让原本就不算轻薄的iPhone变得更加臃肿,而且光这样一个手机壳足以买一部红米。


飞利浦2008年出过一款手机,除了正常的锂离子电池外,专门预留了一个7号电池的安装位置。当你手机没电时,可以迅速到便利店买几根南孚聚能环。如此骨骼轻奇的设计,独此一款。毫无意外,以上都没能成为主流。


但手机厂商又换了思路。当电池容量迟迟没有大的冲破时,改进充电的效率不失为一种方法,于是,手机厂商开始了快充的比拼。苹果18W快充,小米就20W;华为44W,OPPO就50W,没有最快,惟有更快。当一部手机用35分钟就能洋溢店时,电池不耐用的缺点就被弥补了过来。


所以说,人类能站在食物链顶端是有原由的。


03


2009年,新能源迎来了政策的春天,小日子过得比苏大强还舒坦。这一年的元旦,四部委启动了十城千辆工程,密集的政府补贴给了国内新能源车企大展身手的机会。


电动汽车的造价比燃油车贵很多,还毛病一堆,但为了可继续发展,国家给电动汽车高额补贴,给予上牌的便利,电动汽车成了全民利好。一夜之间,几乎所有的消费类锂离子电池公司开始加工动力锂离子电池。


锂离子电池战场也随之转移。一部手机惟有一两块锂离子电池,但特斯拉的一辆电动汽车里约莫要9000块锂离子电池,重达1吨。很多人对这个重量单位没有概念。倘若一位女生的体重是100斤,一吨就是20位女生的重量总和。也就是说,这些电动汽车每天一起床,就得驼着20位姑娘的体重满世界跑。


比亚迪和宁德时代都是在补贴政策的大背景下迅速成长起来的,从之前加工消费电子类锂离子电池,转而把重心放在了动力锂离子电池,同样的路径几乎存在于国内所有锂离子电池公司。也是在这一年,王传福的财富暴涨,成了我国首富。此前一年,他的胡润排名还在百名开外。


ATL也在此背景下成立动力锂离子电池项目部。但因为所有股份都在日本公司TDK手里,所以ATL的身份有些尴尬:由几个我国人创办和主导,背后却是日资控股。造成这种局面的紧要原由是当年过度引入风险投资,创始团队持股比例非常有限,几轮倒手都到了ATL手里。南孚电池也有过类似的遭遇,同样是福建的电池公司,南孚在2003年被加工剃须刀的美国吉列收购,不过在10年后,鼎晖又从吉列的母公司宝洁手中买回了南孚。


不过TDK还算本分,买了ATL的股份后,做起了甩手掌柜,把苹果这样的大客户解析过来,也没有插手详尽事务,还是曾毓群这些我国团队在控制和操盘。


但一份补贴白名单就把外资公司挡在了国门之外,ATL的外资身份变得不合时宜。曾毓群一开始想的是把动力锂离子电池业务独立出来,让我国资本参与,把TDK的股份稀释掉。但TDK没同意。2011年,曾毓群干脆单独做了宁德时代(CATL),给TDK留了15%的股份(后已出售给中方资本),今朝的宁德时代已经是纯中资公司。


这也造就了宁德时代在7年时间,狂飙突进,成为动力锂离子电池行业最大的黑马。宁德时代不仅打破了富士康创下的IPO过会速度,也已经成为了全球装机量最大的电池厂商。虽然2018年,美国销量前4的电动汽车电池都由松下供货,但宁德时代的王牌是背靠我国这个大市场,其中北汽新能源EC已在2018年位列全球第二,仅次于特斯拉的Model3,而宁德时代装机量最大的客户还不在乘用车,而是河南的宇通客车。客车一直都是政府补贴的集中地。


并不是所有厂商都有宁德时代的好运。动力锂离子电池一直有技术路线的分歧。日本和韩国追求能量密度更高的三元锂离子电池,这种电池能量密度更高,续航能力更强,但潜在安全风险稍高,包括特斯拉、宝马这些整车厂用的都是三元锂离子电池。我国和美国则一度倾向于磷酸铁锂离子电池(简称铁电池),在相对安全的基础上想方设法把能量密度提上去。结果日韩逐渐把安全问题处理了,但中美的能量密度却迟迟提不上来。


比亚迪选的是铁电池,宁德时代倾向于三元锂。这也跟比亚迪的商业模式相关,三元锂的成本比铁电池贵很多。王传福崇尚的是一根甘蔗吃到底,一部汽车除了玻璃和轮胎不自己加工,其他部件都自产自销,而且都能够以价格优点对外竞争。


实际却是,搞铁电池的公司日子都不好过,比亚迪已经在动力锂离子电池上落后于宁德时代,而美国的A123干脆选择破产。锂离子电池圈有一句箴言:得三元者得天下。


用曾毓群的话来说,铁电池就像是烧煤球,三元电池就像是烧汽油。汽油的稳定性显然不如煤球,但煤球没烧好,同样容易一氧化碳中毒。在安全性问题上,一直是锂离子电池绕不过去的痛。芯片做不好顶多手机用不了,但电池出问题就笔直威胁到用户的人身安全。在电动汽车频繁自燃的2016年,主管部门曾专门把搭载三元锂的车型拒之门外,引起了各利益方的强烈反对,无奈第二年又重新放开了。


一向特立独行、自给自足的比亚迪也扛不住了,开始两条腿走路,想着把动力锂离子电池独立分拆上市,开始把电池卖给其他车企。但比亚迪的优点也是短板所在,既做电池,又卖车,其他汽车厂商有着天然的不信任,很多人更愿意把单给曾毓群,而不是王传福。


而相比于对手,更大的麻烦来自于新旧事物交替时的反复和阵痛。


丰田在1997年推出第一款混合动力汽车普锐斯,到今朝不过20年时间,而燃油车已经在这个蓝色星球存在了一百多年。2018年,王传福和曾毓群呼吁政府明确燃油车禁售时间表。话音刚落,上海车库里的一辆特斯拉和西安维修店里的一辆蔚来汽车就相约自燃,虽然人没事,但车烧得只剩下骨架,尤其是那辆特斯拉,连带把左右两侧的奥迪和雷克萨斯都烧成了渣。更加有专家出来提示,汽车电池燃烧释放的烟类似神经毒气,两三秒就能让人昏迷。


往日电动汽车起火燃烧的事故大多发生在车祸现场,车头的电池组发生碰撞后,引起电池内部短路,瞬间着火燃烧。今朝是放在车库里,锅从天上来。甚至已经有停车场挂出了电动汽车禁止入内的指示牌。往日是远离大货车,今朝是远离电动汽车。


钢铁侠很恼火,他并不认为特斯拉起火值得这么大的关注。每年有超过100万辆内燃机汽车起火,并造成数千人死亡。但惟有一辆特斯拉起火,无人受伤,却成了最大的头条新闻。


2015年还有个阴谋论,标题很惊悚一个人民还蒙在鼓里的锂离子电池阴谋,核心的观点是,咱们很蠢,把别人弃用的东西当宝贝,人卖了还帮着人数钱。这种不专业的论调引起了行业内的反感。


后来的事实证明,锂离子电池不仅不是阴谋,还是一个国家战略的阳谋。


回顾改革开放四十年,高新技术产业基本都是我国在追赶西方,但锂离子电池是少数几个赶上了发达国家的范畴。究其原由,一是起步并不晚,二是国家重视和战略保护,三是国内市场足够庞大,四是有一批有抱负的技术专家和有干劲的公司家合力突围,五是电池技术没有一个芯片行业的摩尔定律,先发公司并不会因为时间长度新增而拉开差距。后者也是造成锂离子电池全面开花和芯片业芯酸往事不同结局的紧要原由之一。


如今,除了锂离子电池隔膜还有一定短板外,无论是正负极材料,还是电解质的研究,我国都没有落后于发达国家。往日,大家拿着钱去索尼提货,人家还不乐意卖,今朝的车企都跑宁德排队去了。


然而,2020年之后,电动汽车的补贴将完全取消,届时锂离子电池市场将放开。电动汽车的补贴力度已经开始全面滑坡,同一款电动汽车在2016年能获得46万元补贴,到2018年降到了13万元。国轩高科的前总裁方建华说,到2020年,9成以上的动力锂离子电池公司将被淘汰。


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