Mo-Hua Yang：電動(dòng)自行車用鋰離子電池及標(biāo)準(zhǔn)18650/21700圓柱形鋰離子電池進(jìn)展
5月22日，CIBF2018 第十三屆中國國際電池技術(shù)交流會(huì)展覽會(huì)在深圳會(huì)展中心開幕。臺灣TD HiTech Energy公司Mo-Hua Yang教授在技術(shù)交流會(huì)上發(fā)表主題演講。以下是演講正文：
謝謝王博士的介紹。今天這部分是講自行車，為什么講不同的？因?yàn)榇蠹叶贾v交通工具，我也很高興回到這里。今天想和大家分享現(xiàn)在的電池長什么樣，我今天的報(bào)告都是講現(xiàn)在買得到的電池，跟還要開發(fā)看不到的電池不一樣。
現(xiàn)在看到的電池，幾個(gè)大的電池公司發(fā)展什么樣？
做電動(dòng)自行車沒有辦法制定規(guī)格，但是有一個(gè)好處，基本上這幾年的電池都在原來世界的前三個(gè)比較大的電池廠往哪個(gè)方向移動(dòng)，我們大概在這上面學(xué)到很多，也跟隨這樣的腳步，用到比較好的電池。
讓他們在電池的使用上，針對電動(dòng)自行車的需求做稍微局部的改善，在成本上取得比較大的優(yōu)勢。
今天大概和大家講市場，一是市場。二是講電池的發(fā)展。三是新的電池為什么引進(jìn)來。
謝謝王博士的介紹。今天這部分是講自行車，為什么講不同的？大家都講交通工具，我也很高興回到這里。我從鋰電的研究到產(chǎn)業(yè)化，我主要研究個(gè)人交通載距，我認(rèn)為個(gè)人的交通載距比較容易發(fā)生。今天想和大家分享只有一個(gè)，現(xiàn)在的電池長什么樣，我今天的報(bào)告都是講現(xiàn)在買得到的電池，跟還要開發(fā)看不到的電池不一樣。
現(xiàn)在看到的電池，幾個(gè)大的電池公司發(fā)展什么樣？我常常想做電動(dòng)自行車沒有辦法制定規(guī)格，但是有一個(gè)好處，基本上這幾年的規(guī)格都跟隨這幾年特斯拉做的原來世界前三個(gè)比較大的電池廠往哪個(gè)方向移動(dòng)，我們大概在這上面學(xué)到很多，也跟隨這樣的腳步，用到比較好的電池。讓他們在電池的使用上，針對電動(dòng)自行車的需求做稍微局部的改善，在成本上取得比較大的優(yōu)勢。
今天和大家講市場，大家不是那么熟悉。二是講電池的發(fā)展。三是新的電池為什么引進(jìn)來。
我們通常講電動(dòng)自行車或者電動(dòng)摩托車這樣的事，而是講個(gè)人的移動(dòng)載距，個(gè)人移動(dòng)載距，我們講比較多去的大眾藝術(shù)系統(tǒng)，比較好的時(shí)候，其實(shí)有第一個(gè)里程和最后一個(gè)里程，這在做得很好的時(shí)候，其實(shí)汽車應(yīng)該不要繼續(xù)存在。這些事情在歐洲比較常發(fā)生，在都市區(qū)的汽車不成長，要讓它使用的環(huán)境更友善，連接有它的必要性。這兩三年看到一個(gè)共享經(jīng)濟(jì)，共享經(jīng)濟(jì)在中國發(fā)生，這是對交通運(yùn)輸很大革命性的思維。
兩個(gè)不同的設(shè)計(jì)，傳統(tǒng)的想法是把自行車或者摩托車變成電動(dòng)車。如果是車廠的思維，2004年東京車展看到的。我們講個(gè)人交通工具，第一個(gè)要素是怎么去延伸人的行駛距離，人走路的距離如果能延伸，很多交通工具可以用得到。這好像是日本穿和服的女士，這樣的車子可以適合她行駛。第一個(gè)是怎么延伸人的行駛距離。第二個(gè)是人和機(jī)器，人和載距之間的關(guān)系。我們講自行車和汽車不一樣，自行車或者機(jī)車比較保有個(gè)人的特色。我們每個(gè)人的能力不一樣，怎么和個(gè)人的特征結(jié)合也是一個(gè)重點(diǎn)。最后是一個(gè)聯(lián)系，到移動(dòng)載距之后，不能和世界失去聯(lián)系，做連接也是今天很重要的。
市場上看到的車子，以區(qū)塊來看，比較個(gè)人的載距，三個(gè)區(qū)塊：一是歐洲，歐洲是Pedelec等，是一個(gè)助力車，助力車的開發(fā)是比較困難的。它要有一個(gè)系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)可以偵測速度或者踩騎的情況。歐洲人從出生就是騎腳踏車，如果只是有電的車他們稱之為殘障車，這個(gè)市場是不接受。所以這種車在歐洲發(fā)展非常快。去年大概突破到200萬輛，在自行車的取代上很大。第二個(gè)是E-bike，雖然有踏板，但還是可以用加電的把手讓車子獨(dú)立行使。第三種是國內(nèi)用的電動(dòng)摩托車。
這只是讓大家知道市場的成長。你可以看到每年的成長，全球的成長大概有13%，我們可以看到幾個(gè)產(chǎn)品，電動(dòng)自行車的產(chǎn)品是少數(shù)發(fā)生在成長中。我特別提一下，像這樣的產(chǎn)品是屬于自由產(chǎn)品的機(jī)制，它和補(bǔ)助沒有特別大的相關(guān)，它是持續(xù)發(fā)生的。歐洲市場，突破到200萬輛，在中國大陸有3000萬輛的擁有量，大概從這兩三年里面的成長趨緩，跟共享單車有很大的關(guān)系。另外一個(gè)層面是在中國的市場里，絕大部分還是鉛酸電池。這幾年年有比較大的取代，去年接近10%-15%，2020年可以達(dá)到20%，以3000萬輛來看絕對值的話，其實(shí)20%也到600萬輛，這個(gè)市場的規(guī)模慢慢在形成中。像日本和美國的市場相對比較小一點(diǎn)。
這是幾個(gè)電池廠看的市場。右下角1860的電池，比較標(biāo)準(zhǔn)的電池，過去我們認(rèn)為1860有一陣好像快要被淘汰，但是特斯拉使用1860以后，這個(gè)電池又持續(xù)往別的應(yīng)用走。現(xiàn)在三大應(yīng)用可以看到，比較有成長的市場：EV成長很大，圓柱形的電池。第二個(gè)是Power tool。第三個(gè)是E-bike的市場也是成長。如果用圓柱形市場看它的整個(gè)市場的成長，這三大區(qū)塊的成長比較明顯。
技術(shù)上可以看到，就算是這么小的載距還是有兩個(gè)系統(tǒng)，一個(gè)是傳動(dòng)的系統(tǒng)，另外一個(gè)是儲能系統(tǒng)，這兩個(gè)系統(tǒng)除了連接以外，最重要的是它的效率和可靠度，所以整臺車來看也是一個(gè)汽車的縮小版，只是復(fù)雜度沒有那么高。
汽車廠在這幾年，尤其歐洲，大家覺得這個(gè)市場很不明顯。但是我可以和大家分享，歐洲整個(gè)汽車供應(yīng)鏈都進(jìn)到這樣的領(lǐng)域，為什么進(jìn)入這個(gè)領(lǐng)域？因?yàn)榭梢钥吹轿磥淼内厔堇锩妫械慕煌üぞ唠妱?dòng)化，只有這塊是未來會(huì)成長的，在汽車發(fā)展中，如果不踏進(jìn)去，可能它的終究會(huì)萎縮。這個(gè)供應(yīng)鏈包含電機(jī)、電機(jī)的控制器還有電池和充電器等。
電池的設(shè)計(jì)，早期因?yàn)殡姵氐哪芰棵芏群凸β拭芏鹊年P(guān)系，都是外掛式的，可以放在車管下面，或者后衣架或者下管的里面。現(xiàn)在的趨勢是把電池設(shè)計(jì)到車子里面，我會(huì)和大家分享幾個(gè)設(shè)計(jì)的方向。
電機(jī)也是一樣，電極有前驅(qū)、中置、后驅(qū)，現(xiàn)在主流產(chǎn)品是往中置走，它可以結(jié)合在驅(qū)動(dòng)的踏板的位置，高度整合性加上系統(tǒng)，它是比較高度的整合。在歐洲的市場可以看到汽車供應(yīng)鏈，主要的汽車供應(yīng)鏈都進(jìn)入這個(gè)領(lǐng)域，像馬牌、Bosch等。過去或者現(xiàn)在在主要的汽車廠推出來的電動(dòng)自行車，他們在這樣的布局，在所有的運(yùn)輸工具的布局里面，電動(dòng)汽車在過去做一批，到現(xiàn)在有一個(gè)部門專門做，事實(shí)上想把這樣的供應(yīng)和產(chǎn)品給制造出來。
以這個(gè)為例，這是寶馬去年推出的Hybrid，你要有一個(gè)感測器，當(dāng)你在騎行的過程中，它會(huì)對你的肌肉力量做一個(gè)電力的補(bǔ)助。這是10串四并的電池，用18650。如果下一代用21700 5AH，這樣的車子可以做到700WH，續(xù)航力到100-150公里左右。這輛車子的單價(jià)歐洲也是不便宜。
這輛車在瑞士設(shè)計(jì)，這樣的輕型車的技術(shù)趨勢，大概有四樣，有更多的設(shè)計(jì)元素，可以看到它把關(guān)鍵的零件，電機(jī)和電池都是和車子做整體設(shè)計(jì)，more power，從過去城市用的車做到登山車。還有更長的續(xù)航力和更多的連接性，這樣的車可以和所有的GPS等，做社群的使用和連接。甚至車如果在周末的時(shí)候騎出去，做很多活動(dòng)的時(shí)候，事實(shí)上所有運(yùn)動(dòng)的行為都可以做連接上傳。所有的不同的車子，不同的自行車事實(shí)上都有電動(dòng)化，整個(gè)電動(dòng)車、自行車的產(chǎn)業(yè)變成把自行車給電動(dòng)化。這樣的市場和過去只做電動(dòng)自行車市場的成長有比較大幅度的演變。
下面是對電池和馬達(dá)的功率的需求和電池的容量的需求，一般來說，這樣的助力式的車，續(xù)航力到80-150公里。
目前使用中的電池有哪些？過去我們從2.2AH的電池在用，后來特斯拉在用18650，容量非常巨大，你可以看到2011年一直到2015年，這4年時(shí)間，容量的提升相對于過去在IT產(chǎn)業(yè)里面筆記本電腦的提升，4年的提升可能是過去筆記本電腦20年提升的量。這樣的容量提升在這幾年是非常巨大的。比較主要的三家供應(yīng)商在這上面做的電池的規(guī)格可以看到。
我們也知道2014年、2015年，特斯拉有一個(gè)目標(biāo)是做到很便宜，那時(shí)候給所有的電池廠一個(gè)題目，18650電池最重要的一點(diǎn)是高度自動(dòng)化，自動(dòng)化的程度必須保持住，這樣的范圍里面到底直徑和高度可以增加多少？那個(gè)時(shí)間點(diǎn)，你會(huì)發(fā)現(xiàn)每家電子廠給不同的建議。所以21700、20650、20700，目前大家很清楚，下一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是21700，應(yīng)用端還是特斯拉先使用。我們可以看到，現(xiàn)在電池廠優(yōu)先在這邊供應(yīng)。
從3.5AH遇到材料的瓶頸往上提升，目前的做法往哪個(gè)方向走？目前以我們電動(dòng)自行車的應(yīng)用，從第一代到第三代整個(gè)能量的提升，到現(xiàn)在過渡到21700，事實(shí)上我們的目標(biāo)希望這樣的電池能5-5.5AH，能量密度大概是260WH/KG。目前材料系統(tǒng)可以商品化的方向是一致的，怎么樣提升正極的含量，它里面加的催化劑，影響產(chǎn)品的壽命。3C產(chǎn)品300個(gè)循環(huán)加5%-8%，目前我們用的加進(jìn)去的材料大概小于2%，甚至最多到3%。這邊在自行車大概是2-3年的壽命，但是對電動(dòng)車來講是更大的挑戰(zhàn)，因?yàn)橛?0年的壽命，這邊部分有導(dǎo)入做使用，因?yàn)槟芰棵芏鹊奶嵘Ｃ總€(gè)應(yīng)用不一樣。
這里面除了21700，它怎么做容量的提升？除了power，這是大家都知道的尺寸差異。這個(gè)做了很大改變，過去18650，因?yàn)閴勖P(guān)系做了很多東西，現(xiàn)在慢慢往高容量走，壽命更長，其實(shí)已經(jīng)開始有很多的設(shè)計(jì)，會(huì)從雷射焊接的角度看所有的產(chǎn)品原件，因?yàn)閴勖年P(guān)系，因?yàn)槲覀冏龅倪@種所謂的密閉性和雷射焊接的密閉性差異很大。還有把安全裝置和和所有使用空間越變越小，越變越小是可以把活性物質(zhì)變得更多，這是新的設(shè)計(jì)里面可以看到。
這三家廠商在目前材料上的進(jìn)展。這三家廠商有有些方面很大的進(jìn)展，有兩家廠商做NCA Bace。這對綠色部分有很大的提升。紅色的部分是會(huì)影響到的，在有些方面必須做調(diào)整，這是正極材料目前在使用中的電池的狀況。
大家一直看鈷的問題，過去幾年間鈷的使用量一直增加，大概增加了9%。但是鎳的幅度很大，鎳在過去5年里增加的50%，驗(yàn)證到為什么現(xiàn)在能量密度一直往上提升，鎳的含量增加的幅度是非常大的。
負(fù)極材料，有一家公司進(jìn)來，每家都有不同的方式。對于快速充電和快速放電，我們都知道這個(gè)材料在負(fù)極，對充電有很好的注意。唯一比較有影響的是Cycle Life。因?yàn)槟芰棵芏鹊奶嵘琒eparator上面有比較大的進(jìn)展，怎么把它做得更薄，怎么把它和聚合物質(zhì)做到更薄，這是非活性物質(zhì)，能維持它安全的特性。這是一個(gè)方向。
我們用所謂的電容自行車看，目前用的電池大概是300WH，一般在市區(qū)行駛，在400、500WH，登山車是比較需要大功率的到700WH以上。當(dāng)我們導(dǎo)入新的電池進(jìn)來的時(shí)候，大家有兩個(gè)訴求，一是把能量做大，二是把電池做得更小，更看不到。所以兩個(gè)方向里面會(huì)讓21700的電池進(jìn)來以后對產(chǎn)品產(chǎn)生比較大的作用，一個(gè)是volume、weight，大概有30%-40%，如果體積和容量固定，容量提升20%。當(dāng)你在設(shè)計(jì)一個(gè)新電池，你定一個(gè)規(guī)格目標(biāo)，怎么在市場里面起到作用，讓人家愿意用，當(dāng)改善值小于10%、20%，這樣讓終端去改變規(guī)格是很難的。至少要20%的優(yōu)勢，才會(huì)改變一個(gè)尺寸的規(guī)格。
電動(dòng)自行車（小型車）的發(fā)展，從2017年開始，21700、18650兩個(gè)電池3.5AH，到今年導(dǎo)入21700 5AH，它在往上提升，到2020年到5.5AH，這是接近大家追求的目標(biāo)，300WH/KW。在我們做的部分是250WH/KG，這是目前市場上正在發(fā)生的狀況。
最后想跟大家講，大家都知道2015年在中國大陸最熱門的話題是共享單車，這個(gè)單車推出來的時(shí)候和電動(dòng)沒有關(guān)系，就是自行車，這是很大的破壞性的創(chuàng)新。這樣的百花齊放的結(jié)果大家也看到后遺癥，最近慢慢整合，整合的結(jié)果是后面的后臺，現(xiàn)在有兩個(gè)應(yīng)用最重要，一個(gè)是運(yùn)輸，做市區(qū)里面運(yùn)送食物的美團(tuán)，第二個(gè)是打車的滴滴，這樣子的整合，有兩家會(huì)活下來，也很大，一個(gè)是OFO，一個(gè)是摩拜。下一個(gè)發(fā)展方向，上禮拜我到上海自行車展，看到整個(gè)趨勢是往E-bike走，這個(gè)量就很驚人，事實(shí)上正在發(fā)生。因?yàn)榧恿诉@些GPS，可以看到有很大的問題在于電池，因?yàn)楝F(xiàn)在是傳統(tǒng)的腳踏車，很多的電池鎖要么加太陽能板，要么里面放電池，過段時(shí)間要充電。當(dāng)這臺車子機(jī)械結(jié)構(gòu)，沒有任何電池的來源，有很多問題。當(dāng)它變成電動(dòng)自行車很多問題可以解決，這是下一階段大家準(zhǔn)備好，從共享單車變成共享電單車，這個(gè)市場的巨大變化，電池市場也會(huì)有另外的作用。
以上是我的報(bào)告。謝謝！
（根據(jù)速記整理，未經(jīng)嘉賓審閱）
相關(guān)閱讀：
驗(yàn)證碼：
