新能源汽車戰役打響，鋰電池核心技術，中國又出手了？_風聞

大家好，我是觀察者網《科工力量》欄目主播，冬曉。 2020年1月7日，馬斯克來上海，向中國車主交付第一批國產Model 3。開場第一句話就是：“感謝中國政府”。然而就在這一年，特斯拉在中國的品控卻各種翻車。電池自燃、發動機失控、天窗跑的比車還快，甚至還敢叫板國家電網。在這些問題中，特斯拉電池縮水問題極為普遍，車主在網上聲討的聲音也此起彼伏。眾所周知，國產Model3基本都採用國產磷酸鐵鋰電池。鋰電池到底有多重要？回顧產業發展的歷程，中國是否真正掌握了核心技術？又是如何獲得成功的呢？

我們先來回答第一個問題，鋰電池到底有多重要？作為應用最廣泛的能量載體，鋰電池每年已經被應用在數十億的手機、筆記本電腦等電子產品中，還有數百萬新能源汽車，乃至地球上所有需要充電的便攜設備上。僅鋰電電芯的年產值就達到了2000億元，未來破萬億指日可待。而鋰電池技術的發展，在上個世紀就有跡可循。七十年代初，為了應對石油危機，石油巨頭埃克森在美國新澤西州組建起一家研究實驗室，招攬了大批物理和化學界頂級人才，其中包括斯坦福大學博士後斯坦利·惠廷漢姆。其目標是提出全新的能源解決方案，即研發新一代二次充電電池。與此同時，貝爾實驗室也成立了一個由斯坦福大學化學家和物理學家組成的研究小組。雙方在下一代電池的研發上，展開了極為激烈的競爭，甚至只要是研究相關的，“錢都不是問題”。歷經近五年的保密研究之後，惠廷漢姆和他的團隊，首先研製成功出世界上第一塊可充電的鋰離子電池。

這款鋰電池創造性地採用硫化鈦作正極，金屬鋰作負極，擁有重量輕、容量大、無記憶效應等優點，同時摒棄以前電池的缺點，可以説是一次質的飛躍。1976年，埃克森申請了全球第一個鋰電池發明專利，卻沒有從實際產品中受益。不過，這並不影響惠廷漢姆“鋰電池之父”的江湖地位。雖然惠廷漢姆的發明讓業界振奮，但電池充電燃燒和內部粉碎又極大地困擾着團隊，其中便包括古迪納夫。因此，他和兩名博士後助手，系統性地圍繞元素週期表持續探索。1980年，他們最終確定最佳材料就是鈷。而可用於鋰離子電池正極的鈷酸鋰，性能遠遠優於當時的任何材料，迅速佔領了市場。

雖然鈷酸鋰電池有許多優勢，但是在大規模應用後，鈷酸鋰的缺點也開始暴露出來，包括成本過高、容易過充、循環性能差，廢棄之後的污染比較嚴重。於是，古迪納夫和他的學生邁克·薩克雷繼續尋找更好的材料。1982年，薩克雷發明了一種開創性的錳酸鋰電池。但很快，他跳到阿貢國家實驗室（ANL）任職，專職鋰電池研究。而古迪納夫和團隊繼續尋找可替代的材料，並通過再次系統地調換週期表的各種金屬元素，將名單縮小到鐵和磷的組合。

最終，鐵和磷沒有形成團隊想要的構型，但卻無心插柳地組成了新的正極材料磷酸鐵鋰。因此，三種最重要的鋰離子電池正極，全部誕生自古迪納夫實驗室。而這裏也成為世界鋰電池的搖籃，先後誕生了上述兩位諾貝爾獎化學家。1996年，德州大學代表古迪納夫的實驗室申請了專利。這是磷酸鐵鋰電池的第一個基礎專利。此後，法國鋰電池科學家米歇爾·阿爾芒也加入團隊，並與古迪納夫共同申請了磷酸鐵鋰包碳技術的專利，成為第二個磷酸鐵鋰基礎專利。而這兩項專利，是磷酸鐵鋰技術路線無論如何都無法繞行的核心專利。

正極解決完了，負極怎麼辦？這個時候，日本人登場了。1991年，索尼發佈了人類歷史上第一個商用鋰離子電池，並把幾節鈷酸鋰圓柱形電池裝進最新款的CCD-TR1攝像機裏。自此，世界消費類電子產品的面貌被改寫。吉野彰採用石墨代替金屬鋰作為鋰電池的負極，並結合鈷酸鋰正極。這從根本上改善了鋰電池容量、循環壽命，並降低了成本，為鋰電池的產業化助攻了最後一把力。此後，中國、韓國企業相繼湧入鋰電池產業浪潮，新能源科技（ATL）等就是在這時建立的。

而由於涉及技術被竊，由德州大學及部分企業發起的“維權聯盟”在全球範圍內四處揮劍，多個國家和公司的因為鋰電池開始專利混戰。而當人們仍認為磷酸鐵鋰是最合適的動力電池時，全新的正極材料體系已經悄然誕生。2001年4月，加拿大達爾豪斯大學物理學教授兼3M集團首席科學家傑夫·達恩，發明了成規模商業化的鎳鈷錳三元複合正極材料，促使鋰電池突破走向市場的最後一步。當年4月27日，3M向美國申請了該項專利，即三元材料的基礎核心專利。這意味着只要在三元體系下，誰都繞不過去。

幾乎在同一時期，阿貢國家實驗室（ANL）首次提出了富鋰的概念，並在此基礎上發明了層狀富鋰高錳三元材料，且在2004年成功申請專利。而這項專利的負責人，就是前面提到的薩克雷。時至2012年，特斯拉開始爆發逐漸崛起的勢頭，馬斯克開出數倍高薪從3M的鋰電研發部門挖人。3M順水推舟，人可以走，但是專利要留下。通過對外輸出專利和技術合作的方式賺取更高利潤，其中專利授權給了優美科、松下、日立、三星、LG、SK等多家日韓鋰電企業，以及中國的杉杉、湖南瑞翔和北大先行等正極材料企業，總數有十幾家之多。而阿貢的專利只授權給了三家：德國化工巨頭巴斯夫、日本户田工業以及韓國LG。後來，圍繞着三元材料的核心專利競爭，全球兩大頂級產學研聯盟各自形成。這無形中塑造成了西方及日韓鋰電池企業的兩極對抗，而中國所獲並不多。

既然中國沒有掌握最核心的技術，那又是如何破局的呢？中國鋰電池研究並不晚，幾乎和世界同步**。**七十年代末，在旅德的中國工程院院士陳立泉力薦下，中科院物理所建立了國內第一個固體離子學實驗室，並開啓了鋰離子導體和鋰電池等研究。1995年，中國第一塊鋰電池就在中科院物理所誕生。與此同時，得益於九十年代消費電子興起，中國鋰電池同步崛起，並湧現出“四巨頭”，即力神、比亞迪、比克和ATL。雖然日本引領了行業發展，但是，後來迫於生存窘境等，三洋電機業務賣給了松下，索尼的鋰電池業務賣給了村田製作所。而在市場激烈競爭中，國內的“四巨頭”僅有比亞迪和ATL脱穎而出。

2011年，中國政府的補貼“白名單”把外資企業擋在了門外。而被日資收購後，ATL的身份變得不合時宜。於是，ATL創始人曾毓羣計劃把動力電池業務獨立，讓中國資本參與進來把母公司TDK的股份稀釋掉，沒有獲得同意。於是曾毓羣創立寧德時代（CATL），在原有的技術積累上進而狂飆成為黑馬。在技術路徑上，寧德時代傾向能量密度高的三元鋰，比亞迪選擇安全性和性價比高的磷酸鐵鋰電池。這與比亞迪的商業模式相關。創始人王傳福崇尚“一根甘蔗吃到底”，一輛汽車除了玻璃和輪胎，其他部件幾乎全部自產自銷，然後以價格優勢對外競爭。基於此，比亞迪長期穩坐國內市場老二位置。

但是比亞迪的優勢也是短板所在：既做電池又賣車，使得其他汽車廠商有着天然不信任，更願意把訂單給對手而不是自己。比如特斯拉，即便比亞迪的磷酸鐵鋰電池技術積累更深，但它還是選擇寧德時代的同類技術。而為改變局面，比亞迪計劃將動力電池分拆上市，同時也升級推出了“刀片電池”。改革開放以來，鋰電池是少數幾個能趕上發達國家的領域。究其原因，一是國家重視和戰略保護，二是起步並不晚，三是國內市場足夠龐大，四是有一批有抱負的技術專家和有幹勁的企業家合力突圍。但如果大層面來看，正如寧德時代的名字，是中國的經濟成就及電動汽車塑造了寧德時代**。** 

當前，鋰電池經過前兩代的鈷酸鋰、磷酸鐵鋰和三元鋰迭代，正朝着第三代邁進。如今，中國在負極材料、電解質等研究上，都沒有落後於發達國家，但也仍有一些短板，比如鋰電池隔膜、能量密度等。顯然，西方及日韓的技術積累仍有一定優勢。比如雖然寧德時代持續數年位居全球電池市場第一，但國內外的產業研報仍將松下、LG列在第一檔，而寧德時代與比亞迪列在第二檔。雖然中國主導鋰電池市場，但無論是磷酸鐵鋰還是三元材料，最核心的技術以及專利都沒有在中國人手裏。若與日本相比，中國在鋰電池研發的人力和資金投入，都有較大差距。這凸顯基礎科學研究極為重要，同時要靠國家、科研機構和企業的長久堅持和投入。

曾毓羣曾經披露與特斯拉結盟的內幕：馬斯克整天都在談論成本問題。言下之意就是特斯拉在極力壓低電池成本。但要注意的是，特斯拉和寧德時代在中國市場雙雙狂奔的過程中，無論是整車還是電池，都不可因為成本而忽略質量問題。而一旦如此，當初國內系列良苦用心的政策，在意義上將大打折扣。

應當看到，中國鋰電池的發展和應用還面臨着不小挑戰。比如鋰電池新能源車在實際使用過程中，仍然存在能量密度低、低温性能差、充電時間長、使用壽命短等問題。由於前兩代核心技術和專利已被外國公司瓜分完畢，中國沒有足夠的核心優勢，但或可以通過提前佈局在下一代扭轉局面。而鑑於電池材料有基礎研發、應用研究、產品開發的產業發展路徑，所以要做好打持久戰的準備。自2019年起，中國就取消了電池“白名單”，LG和松下等外企重回中國市場，佈局攻勢異常迅猛。同時，隨着鋰電池成本壓力加大，國內市場的競爭正變得更加激烈。這將倒逼相關企業，以更高的產品性價比、更快的市場反應能力，在充分競爭中贏得優勢，從而推動中國鋰電池產業的技術升級。

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