讓比亞迪懷疑人生的電池技術，
仍然是電動汽車最大的痛點
作者：曹聖明
就歷史淵源而言， 電動汽車風靡在前， 燃油汽車搶跑在後。
電動汽車的第一個黃金時代出現在19世紀末期。 那時候， 電動汽車、蒸汽汽車和燃油汽車三雄並存， 電動汽車一家獨大， 從拉人到拉貨都是首選。 跟後二者相比， 電力的普及、電池和電機技術的發展給電動汽車帶來的比較優勢更加明顯：操作更加便捷，
進入20世紀以後， 由於電動汽車技術進步緩慢而燃油汽車技術卻突飛猛進， 尤其是電動打火器的發明， 使得燃油汽車不僅可以一擰就著， 續航里程也大大超過了電動汽車， 購置成本和使用成本還遠遠低於電動汽車；再加上加速、變速等指標的持續改善， 以及石油業、公路業迅速發展等關聯要素的疊加， 燃油汽車逐漸佔據主流並持續風光了100多年，
時至今日， 燃油汽車的技術、性能以及節能減排能力， 都非昔日所能仰望項背。 然而， 隨著能源的一步步告急， 污染的一天天升級， 燃油汽車的弊端也愈發凸顯。 決策者們日益傾向對其忍痛割愛。 尤其是2017年， 為了降低有害二氧化氮等的排放量， 世界各國政府紛紛表態將全面禁售燃油汽車， 有的還為此制定了時間表：荷蘭、挪威定在了2025年， 印度、德國定在了2030年， 英國、法國定在了2040年；中國等國家也走在了制定的路上。
中國也從1991年就開始了對電動汽車的研究與開發。 2007年以來， 國家陸續出臺了發展新能源汽車的各項法律法規， 以及提供財政補貼基礎上的發展規劃，
然而， 在世界各國滿滿的“父愛”之下， 電動汽車產業再次騰飛的羽翼， 都準備好了嗎？《全球電動汽車產業2018趨勢報告》考察的第一個維度， 是電動汽車技術。
比較而言， 電動汽車的零部件只有燃油汽車的三分之一左右， 整體構造簡單得多。 電動汽車的三大核心要件中， 電機、電控等部件都已經具備了比較良好的解決方案。 其中， 電動汽車電機的複雜程度遠遠低於內燃機。 除了軸承， 電動汽車的電機只需要幾個活動件， 業界普遍使用的無刷電機還不需要維護；但是內燃機的電機活動件卻需要數十個乃至上百個， 火花塞、機油之類還需要定期保養或更換。 電動汽車的變速箱可以非常簡單， 基本上整個壽命週期都不用保養或更換；但是內燃機卻需要複雜的變速箱和離合器（或變矩器）， 而且極其易損。
長期阻礙電動汽車大展拳腳的，是居於三大核心要件之首的電池技術。換言之，電池技術是決定電動汽車續航、價格、駕乘品質的最為關鍵的要素；電池技術的成熟度，直接決定著電動汽車產業的發展速度。那麼，重點來了，今天的電池技術，發展到什麼地步了呢？
首先來看續航里程和充電時間。2017年11月，中國萬向集團麾下的菲斯科（Fisker）開始申請一款計畫2023年之前實現批量生產的固態電池專利，可使電動汽車的續航里程提高到500英里（約805公里），充電時間縮短至1分鐘。這無疑是極度振奮人心的消息。但也是令人難以置信的消息。因為綜合業界資訊，電動汽車宣佈的續航里程，多在二三百公里；充電時間大多需要8小時左右，快充模式也得30分鐘以上。
提高能量密度，是增加續航里程的主要方向。儘管經過長年累月的努力，能量密度在一步步地提高。但是就現實的應用需求而言，離理想狀態還存在不小的距離。業界同時採用的一個變通的手法，是提高電池容量。但是電池體積增大將帶動電池重量增加和造價增高，進而造成車身重量增加、車輛成本趨高等弊端又伴隨而生——電池成本的增加將極大地影響電動汽車的競爭力，因為電池在整車成本中占比高達四成左右，占比最高；車身重量增加又必然影響續航里程。恰到好處地把握其間的平衡點，目前而言並不容易。
值得一提的是，2017年9月的法蘭克福車展上，三星旗下的電池企業三星 SDI宣稱，將其自主研發的2170電池單元組裝在新的模組中後，電池組的能量密度能大幅提高。同時，用戶還可以按照自己的意願改變電池模組的數量，從而改變電池組的容量。比如，一輛汽車如果安裝了10-12個電池模組，續航里程最多只有300公里；電池模組增加到20個，續航里程就可以隨之增加到600至700公里。此外，一家德國公司還針對電動汽車開發出了一種移動充電寶，不過其自身重量也不小，目前還是一次性的，充電時間也不短。但是這不能不說也是一種增加續航里程的有效手段。
影響續航里程的，還有使用環境的氣溫變化。氣溫過高，電池放電會引起電池劣化，進而導致電池壽命縮短；氣溫過低，會引起充電功率和電池容量的下降，進而導致充電時間成倍增加、電池性能下降直至拒絕工作，這是所有電動汽車目前所面臨的通病。特斯拉也沒能例外。尤其是每到冬季，就會迎來相關投訴的高潮。其緣由，在於蓄電池的工作原理是把充電電能轉化為化學能。隨著氣溫的變化，電池內部的化學反應也跟著變化，表現出來就是電池性能狀態的波動。
業界目前普遍使用的鋰離子電池和鎳氫電池，其正常工作要求的環境溫度範圍理論上為0-45℃，實際使用中最佳狀態的溫度在15-30℃之間。目前應付氣溫過低的辦法，主要是加大電極板的表面積以增大電池的容量。也有企業通過加裝溫控配件或者說專門的電池熱管理系統來保證電池工作在正常的溫度區間。業界一直棘手的電池工作時的自身散熱問題，也可以通過溫控系統予以解決。由此帶來的一個弊端是到了冬季續航里程也會明顯下降，因為車輛儲存的電能很大一部分都用在了電池保溫上。根據一些車主的使用體驗，特斯拉車在北京冬季的實際續航里程會從平常季節的400公里左右下降到240公里左右，百公里耗電從20度上升到30度，在室外每次啟動都要消耗20-30公里里程對應的電量。有車主發佈的公開信息顯示，特斯拉非冬季續航里程為標稱的80%，冬季為標稱的48%。
據外媒報導，特斯拉對此的解決方案之一，是正致力於一項一邊充電一邊預熱電池的新功能，即在車輛充電時，利用手機應用預熱駕駛艙，從而提升車輛適應冬季的能力。而寶馬汽車旗下的i系車型、雪佛蘭Volt及部分其他電動車型已經有了類似功能；日產LEAF的座艙及電池受熱後，可提升輔助動力載荷，增幅為0-3千瓦。
對於充電時間，除了相關技術不斷取得突破外——比如特斯拉宣稱將為充電樁安裝更輕薄更低溫的電纜以加快充電速度——目前最有效的解決方式是更換電池。有海外廠商宣稱已經掌握15分鐘內更換電池的技術。一家中國汽車公司也宣稱自己將採用換電模式，只要3分鐘就能將電池從車輛底盤拖出後更換。但是就目前的電動汽車製造技術而言，能否做到對電池進行反復拆卸並安裝而不影響其功能，還有待進一步觀察。同時，電動汽車最值錢的部分主要集中在電池這個部件上，這種模式對廠商的資金實力和運營能力也存在著極大的考驗。
電池安全性的問題也不容忽視。業界目前普遍採用的鋰電池，存在著在高溫、過充、擠壓和碰撞等狀況下可能起火燃燒甚至引起爆炸等缺陷。已經發生多起的特斯拉Model S 自燃的新聞背後，是其採用的鈷酸鋰電池雖然具備功率高、能量密度大、一致性較高等優點，卻也有熱穩定性差等隱患。解決這個隱患的方式之一，是改進電池管理系統，使其不僅能對電池溫度、工作狀態進行常態監管，還能在溫度迅速改變或發生極端碰撞事件時立刻切斷高壓線路。但是目前而言，這個方案還沒有顯現出最佳成效。
比亞迪此前一直固守的磷酸鐵鋰電池，雖然具備可充電次數多、使用壽命可以長達 5 年以上、安全性相對較高等優點，卻也存在著能量密度低、相對不穩定、掉電快、使用過程中也並非絕對安全等短板。因為在製備的燒結過程中，氧化鐵在高溫環境下存在被還原成單質鐵的可能性，單質鐵會引起電池的微短路。
2017年12月5日，比亞迪宣佈除公共交通等領域還會繼續使用磷酸鐵鋰電池外，從2018年開始所有乘用車都將使用三元鋰電池，並且將在青海擴建一個擁有 10 GWh 三元鋰電池產能的電池工廠。三元鋰電池採用鎳鈷錳或鎳鈷鋁三種元素作為正極材料，雖然具備較高的能量密度、迴圈壽命和抗低溫衰減能力，但是電池穩定性和安全性卻相對較低。有電池大王之稱的比亞迪是否已經掌握了其間的平衡點，尚有待觀察。
前文菲斯科公司提到的固態電池，有“下一代鋰電池技術”之稱。業界對其的關注始於蘋果 2015 年底獲得的一項與全固態電池充電技術相關的專利。有別於人們熟悉的電解液多為液體的液體電池，固態電池使用固體電極和固體電解液，其電解質為固態，具有的密度以及結構能讓更多帶電離子聚集在一端，傳導更大的電流，進而提升電池容量。因此，同樣的電量，固態電池體積將變得更小。不僅如此，固態電池中由於沒有電解液，不存在液體外漏的問題，封存將會變得更加容易，在汽車等大型設備上使用時，也不需要再額外增加冷卻管、電子控制項等，不僅節約了成本，還能有效減輕重量。菲斯科的說法是，他們的固態電池採用了三維電極，能量密度是普通鋰離子電池的2.5倍。有專家總結認為，固態電池具備不易燃燒、安全性高、體積能量密度高、迴圈壽命長、充放電速度快等諸多優點，能解決長期困擾電池行業的諸多痛點。
儘管要在應用層面達到這種理想狀態，前面還橫亙著許多難以攻克的技術難題，但這並不影響業界上下的趨之若鶩。2010年，有汽車公司曾推出續航里程可超1000公里的固態電池。目前，一部分固態電池技術已經接近了工業化條件，豐田汽車宣佈的量產時間為2022年，大眾汽車為2025年，寶馬汽車為2026年。
除此之外，燃料電池、超級電容器、鋁空氣電池和鎂電池等革新性產品形態也得到了業界上下的諸多關注。
正經社首席研究員曹聖明認為，目前而言，電池以及充電技術離理想狀態的終端都存在不小的距離：續航里程、充電時間、安全性以及生產和使用成本等關鍵指標的緊密關聯中的按下葫蘆浮起瓢的被動狀態還沒有得到有效突破。不過，反觀汽車電池走過的道路，參照手機電池及其充電寶的發展歷程，我們有理由相信，電動汽車面對的這些問題，最終都將不是問題。更寬泛的視角而言，不用說一切皆有可能，只需要再聯想一下，在人們只有馬匹可騎的年代，你向他描述汽車、飛機乃至太空船時代的到來，你說他是信還是不信？
至於業界和消費端一直苦苦糾結的續航里程問題，一些業內人士和專家也有頗為務實的看法：除了計程車，除了自駕遊和跑業務，多數私家車每天的行駛里程也就幾十公里，很少會有人一天行駛300km以上的路程。正經社首席研究員曹聖明認為，跟iPhone面世後、人們對手機的待機時間可以容忍到一天需要充幾次電類似，當電動汽車的綜合性能遠遠超過傳統汽車並高度智慧化後，它的續航里程在消費者使用體驗中的重要性也會相應下降。當然，這並不是說，廠商可以以此為由把續航里程問題棄之不顧。
而且極其易損。長期阻礙電動汽車大展拳腳的，是居於三大核心要件之首的電池技術。換言之，電池技術是決定電動汽車續航、價格、駕乘品質的最為關鍵的要素；電池技術的成熟度，直接決定著電動汽車產業的發展速度。那麼，重點來了，今天的電池技術，發展到什麼地步了呢？
首先來看續航里程和充電時間。2017年11月，中國萬向集團麾下的菲斯科（Fisker）開始申請一款計畫2023年之前實現批量生產的固態電池專利，可使電動汽車的續航里程提高到500英里（約805公里），充電時間縮短至1分鐘。這無疑是極度振奮人心的消息。但也是令人難以置信的消息。因為綜合業界資訊，電動汽車宣佈的續航里程，多在二三百公里；充電時間大多需要8小時左右，快充模式也得30分鐘以上。
提高能量密度，是增加續航里程的主要方向。儘管經過長年累月的努力，能量密度在一步步地提高。但是就現實的應用需求而言，離理想狀態還存在不小的距離。業界同時採用的一個變通的手法，是提高電池容量。但是電池體積增大將帶動電池重量增加和造價增高，進而造成車身重量增加、車輛成本趨高等弊端又伴隨而生——電池成本的增加將極大地影響電動汽車的競爭力，因為電池在整車成本中占比高達四成左右，占比最高；車身重量增加又必然影響續航里程。恰到好處地把握其間的平衡點，目前而言並不容易。
值得一提的是，2017年9月的法蘭克福車展上，三星旗下的電池企業三星 SDI宣稱，將其自主研發的2170電池單元組裝在新的模組中後，電池組的能量密度能大幅提高。同時，用戶還可以按照自己的意願改變電池模組的數量，從而改變電池組的容量。比如，一輛汽車如果安裝了10-12個電池模組，續航里程最多只有300公里；電池模組增加到20個，續航里程就可以隨之增加到600至700公里。此外，一家德國公司還針對電動汽車開發出了一種移動充電寶，不過其自身重量也不小，目前還是一次性的，充電時間也不短。但是這不能不說也是一種增加續航里程的有效手段。
影響續航里程的，還有使用環境的氣溫變化。氣溫過高，電池放電會引起電池劣化，進而導致電池壽命縮短；氣溫過低，會引起充電功率和電池容量的下降，進而導致充電時間成倍增加、電池性能下降直至拒絕工作，這是所有電動汽車目前所面臨的通病。特斯拉也沒能例外。尤其是每到冬季，就會迎來相關投訴的高潮。其緣由，在於蓄電池的工作原理是把充電電能轉化為化學能。隨著氣溫的變化，電池內部的化學反應也跟著變化，表現出來就是電池性能狀態的波動。
業界目前普遍使用的鋰離子電池和鎳氫電池，其正常工作要求的環境溫度範圍理論上為0-45℃，實際使用中最佳狀態的溫度在15-30℃之間。目前應付氣溫過低的辦法，主要是加大電極板的表面積以增大電池的容量。也有企業通過加裝溫控配件或者說專門的電池熱管理系統來保證電池工作在正常的溫度區間。業界一直棘手的電池工作時的自身散熱問題，也可以通過溫控系統予以解決。由此帶來的一個弊端是到了冬季續航里程也會明顯下降，因為車輛儲存的電能很大一部分都用在了電池保溫上。根據一些車主的使用體驗，特斯拉車在北京冬季的實際續航里程會從平常季節的400公里左右下降到240公里左右，百公里耗電從20度上升到30度，在室外每次啟動都要消耗20-30公里里程對應的電量。有車主發佈的公開信息顯示，特斯拉非冬季續航里程為標稱的80%，冬季為標稱的48%。
據外媒報導，特斯拉對此的解決方案之一，是正致力於一項一邊充電一邊預熱電池的新功能，即在車輛充電時，利用手機應用預熱駕駛艙，從而提升車輛適應冬季的能力。而寶馬汽車旗下的i系車型、雪佛蘭Volt及部分其他電動車型已經有了類似功能；日產LEAF的座艙及電池受熱後，可提升輔助動力載荷，增幅為0-3千瓦。
對於充電時間，除了相關技術不斷取得突破外——比如特斯拉宣稱將為充電樁安裝更輕薄更低溫的電纜以加快充電速度——目前最有效的解決方式是更換電池。有海外廠商宣稱已經掌握15分鐘內更換電池的技術。一家中國汽車公司也宣稱自己將採用換電模式，只要3分鐘就能將電池從車輛底盤拖出後更換。但是就目前的電動汽車製造技術而言，能否做到對電池進行反復拆卸並安裝而不影響其功能，還有待進一步觀察。同時，電動汽車最值錢的部分主要集中在電池這個部件上，這種模式對廠商的資金實力和運營能力也存在著極大的考驗。
電池安全性的問題也不容忽視。業界目前普遍採用的鋰電池，存在著在高溫、過充、擠壓和碰撞等狀況下可能起火燃燒甚至引起爆炸等缺陷。已經發生多起的特斯拉Model S 自燃的新聞背後，是其採用的鈷酸鋰電池雖然具備功率高、能量密度大、一致性較高等優點，卻也有熱穩定性差等隱患。解決這個隱患的方式之一，是改進電池管理系統，使其不僅能對電池溫度、工作狀態進行常態監管，還能在溫度迅速改變或發生極端碰撞事件時立刻切斷高壓線路。但是目前而言，這個方案還沒有顯現出最佳成效。
比亞迪此前一直固守的磷酸鐵鋰電池，雖然具備可充電次數多、使用壽命可以長達 5 年以上、安全性相對較高等優點，卻也存在著能量密度低、相對不穩定、掉電快、使用過程中也並非絕對安全等短板。因為在製備的燒結過程中，氧化鐵在高溫環境下存在被還原成單質鐵的可能性，單質鐵會引起電池的微短路。
2017年12月5日，比亞迪宣佈除公共交通等領域還會繼續使用磷酸鐵鋰電池外，從2018年開始所有乘用車都將使用三元鋰電池，並且將在青海擴建一個擁有 10 GWh 三元鋰電池產能的電池工廠。三元鋰電池採用鎳鈷錳或鎳鈷鋁三種元素作為正極材料，雖然具備較高的能量密度、迴圈壽命和抗低溫衰減能力，但是電池穩定性和安全性卻相對較低。有電池大王之稱的比亞迪是否已經掌握了其間的平衡點，尚有待觀察。
前文菲斯科公司提到的固態電池，有“下一代鋰電池技術”之稱。業界對其的關注始於蘋果 2015 年底獲得的一項與全固態電池充電技術相關的專利。有別於人們熟悉的電解液多為液體的液體電池，固態電池使用固體電極和固體電解液，其電解質為固態，具有的密度以及結構能讓更多帶電離子聚集在一端，傳導更大的電流，進而提升電池容量。因此，同樣的電量，固態電池體積將變得更小。不僅如此，固態電池中由於沒有電解液，不存在液體外漏的問題，封存將會變得更加容易，在汽車等大型設備上使用時，也不需要再額外增加冷卻管、電子控制項等，不僅節約了成本，還能有效減輕重量。菲斯科的說法是，他們的固態電池採用了三維電極，能量密度是普通鋰離子電池的2.5倍。有專家總結認為，固態電池具備不易燃燒、安全性高、體積能量密度高、迴圈壽命長、充放電速度快等諸多優點，能解決長期困擾電池行業的諸多痛點。
儘管要在應用層面達到這種理想狀態，前面還橫亙著許多難以攻克的技術難題，但這並不影響業界上下的趨之若鶩。2010年，有汽車公司曾推出續航里程可超1000公里的固態電池。目前，一部分固態電池技術已經接近了工業化條件，豐田汽車宣佈的量產時間為2022年，大眾汽車為2025年，寶馬汽車為2026年。
除此之外，燃料電池、超級電容器、鋁空氣電池和鎂電池等革新性產品形態也得到了業界上下的諸多關注。
正經社首席研究員曹聖明認為，目前而言，電池以及充電技術離理想狀態的終端都存在不小的距離：續航里程、充電時間、安全性以及生產和使用成本等關鍵指標的緊密關聯中的按下葫蘆浮起瓢的被動狀態還沒有得到有效突破。不過，反觀汽車電池走過的道路，參照手機電池及其充電寶的發展歷程，我們有理由相信，電動汽車面對的這些問題，最終都將不是問題。更寬泛的視角而言，不用說一切皆有可能，只需要再聯想一下，在人們只有馬匹可騎的年代，你向他描述汽車、飛機乃至太空船時代的到來，你說他是信還是不信？
至於業界和消費端一直苦苦糾結的續航里程問題，一些業內人士和專家也有頗為務實的看法：除了計程車，除了自駕遊和跑業務，多數私家車每天的行駛里程也就幾十公里，很少會有人一天行駛300km以上的路程。正經社首席研究員曹聖明認為，跟iPhone面世後、人們對手機的待機時間可以容忍到一天需要充幾次電類似，當電動汽車的綜合性能遠遠超過傳統汽車並高度智慧化後，它的續航里程在消費者使用體驗中的重要性也會相應下降。當然，這並不是說，廠商可以以此為由把續航里程問題棄之不顧。