专栏名称: 高工锂电
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【宁德时代•聚焦】JFD: 经济全球化背景下国际锂电技术创新与发展(中)

高工锂电  · 公众号  ·  · 2017-06-02 09:49

正文



摘要

随着数码类电子产品和动力储能类产品的得到广泛应用与普及,过去数十年里全球锂离子电池市场快速发展壮大。近几年,受新能源汽车市场持续高速扩张的推动,中国锂离子动力电池需求猛涨市场规模继续保持高速增长,动力电池逐步成为锂离子电池产业扩张的主要增长引擎。


当前,中国锂离子电池产业正迎来巨大的市场机遇,但是同时也面临诸多严峻挑战。在经济全球化背景下,中国锂电池产业如何实现可持续发展,如何进一步推进产业链更加深入地协同整合和技术创新,则是广大锂电界同仁需要认真思考的问题。


在这个系列文章里,笔者将与广大读者探讨锂电产业发展的技术推动因素、经济全球化背景下国际锂电产业发展动态和趋势,以及中国锂电产业未来发展模式与展望,希望能够在中国锂电产业可持续发展的问题上给广大读者提供一些不同的视野和角度。


戳此查看:经济全球化背景下国际锂电技术创新与发展(上)


 1.3理性看待当前锂电研究“热潮”


当然有读者会说,你这是在传播“负能量”,比如我们不是经常看到新闻报道说某大学开发出一种革命性的“新材料”可以使电池容量提高多少倍;或者是某公司研制出一种新型电池技术充一次电可以让电动汽车跑XXX公里吗?最近数年,类似的新闻几乎每个月都能看到。笔者个人认为,我们要理性地看待当前的锂电研究“热潮”。


自从日本SONY公司在1991年首次将锂离子电池成功地商业化之后,锂离子电池的性能获得了较大的提升得以迅速占领手机电池市场而飞速发展起来,上世纪末在全球范围内掀起了第一波锂电产业化浪潮,与此对应的是从1996年到2002年国际上第一轮锂电基础研究热潮。


第一轮锂电研究热潮的成果极其丰硕,大多数目前商业化应用的电极材料比如三元材料,磷酸铁锂,硬碳,钛酸锂都是这个时期被发现并报道的,就连现在很热门的富锂锰基层状固溶体正极和硅碳复合负极材料,也都是这个时期最先报道的。


美国克林顿政府在1996年拉开了氢经济(氢能和燃料电池)的基础研究和产业化的序幕,欧盟紧跟其后。在小布什总统当政的8年时间里,“氢经济”的研究在西方发达国家尤其是美国达到了巅峰状态,而与此对应的正是锂离子电池的基础研究从2002年开始到2007年的这6年里陷入了低谷,当然锂电的产业化还是在快速发展的。


第二轮燃料电池研究/产业化浪潮在2007年以后逐渐降温,自从2008年奥巴马当选美国总统以后,美国政府在电动汽车的战略方向就从氢能和燃料电池转向了锂离子电池,也就是当前国际上的第二轮锂电研究和产业化热潮。


很多从事锂电基础研究或者产业技术研发的朋友早已注意到,自从2008以后国际上与锂电相关的SCI论文成几何数量级暴增。根据WebofScience检索结果,2016年一年就发表了近一万多篇与锂电池相关的SCI论文,比2006年之前十年累积所发表的SCI论文数量都还多!


如果仅仅从SCI论文数量判断,最近数年“锂电研究”异常活跃,似乎预示着下一个黑科技突破近在咫尺,但是问题并非想象的那么简单。如果我们仔细研读DOE近几年在锂电方面的年度报告(BATT和ABR项目)、欧盟ALISTORE项目以及日本NEDO这几个全球最具重量级的国际锂电政府研究项目这几年的年度报告就可以看到,与上世纪末成果丰硕的第一轮锂电研究热潮相比,这一轮的锂电基础研究基本上没有取得任何突破性进展,反倒是具有明显的学术“泡沫化”特征,具体表现在“纳米锂电”和磷酸铁锂两大方面。


这两个领域的SCI论文占了70%以上的论文数量,也就是大家通常所说的SCI论文“灌水”。对于这些锂电学术界的不正之风,J.B.Goodenough、J.R.Dahn和M.Armand这几位锂电科研大佬在诸多国际学术会议场合屡次提出尖锐批评。


事实上,笔者一直认为产业界而非学术界才是第二轮国际锂电研究热潮的主体,因为锂电是个典型的应用性学科并且锂电产业化已经超过25年。那么,锂电领域每年发表的专利主题和数量上的变化基本上就可以反映出国际锂电产业界的技术创新热度和发展趋势。


锂电材料方面的国际专利检索和分析是笔者多年的工作领域之一,笔者的统计数据表明国际锂电相关专利的数量在2015年达到峰值,之后2016年和2017年每年新增专利数量都是持续下降的。一般专利的申请到公开发表有大约2年左右的滞后期,也就是说国际锂电产业界在技术研发方面其实在2013年就发生了逆转,时间点正好对应着美国A123的破产。这个节点难道仅仅只是巧合吗?笔者在后面章节还会详细分析。


既然这一轮的锂电基础研究热潮到目前为止并没有取得任何突破性进展,DOE下一阶段在高能电化学电源领域改变资助方向将是迟早的事情。美国特朗普总统上台之后,随即大幅度削减锂电方面的研究预算,ARPA-E项目整个砍掉DOE经费大幅削减,在笔者开来这实际上是对第二轮锂电研究热潮泡沫化的矫枉过正。而欧盟(EU)已经在2016年下半年悄然将研究重点重新调整回氢能和燃料电池领域。


事实上,美国DOE的技术路线和发展目标一直是我国科技部和工信部制订新能源汽车方面科研和产业化政策的基本参考依据。那么,DOE下一轮关于新型高能化学电源的研究和产业化重点会转移到什么领域?让我们拭目以待。


 1.4全球化学电源技术发展放缓的深层次原因


那么一个很现实的问题,为什么在过去的二十多年里高能化学电源技术方面的突破性创新相比上世纪七八十年代明显放缓甚至出现了停滞呢?在笔者个人看来,主要的原因可能在于以下两个方面:


 科学技术的重大进步总是有个量变与质变过程,重大技术革命性突破所产生的质变极大地推动社会前进后,会消耗尽前期积累的大量的小量变,所以便会在一段相当长的时间内缓步前进,这是一个浅显但很深刻的道理。当然,并不是说技术马上就会停止进步,技术目前仍然在增长,但增长的步伐会慢下来。


也就是说,目前全球科学技术很可能正在进入一个“增长的停滞”时期,至于时间的跨度,则很有可能将是一段非常长的时期。美国乔治梅森大学经济系教授泰勒•考恩写了一本书,叫做《大停滞》,书中对全球科学与技术进步放缓对美国经济和社会的影响有深刻的论述。


普通民众之所以感觉到科技发展越来越快,一方面是由于“滞后”效应,另一方面是由于IT、通讯与网络技术在上个世纪八九十年后的异军突起掩盖了其它领域在技术进步上的停滞不前。很多现代高科技产品如手机,其原型在半个世纪前就存在了,但一直是一种奢侈品,只有在其它部门的配套科技水平(微电子)跟上来之后,再加上商业化组织和营销方面的创新,手机才大规模推广开来。


但对于使用智能手机的普通民众而言,感觉高科技却是离自己如此之近!但是对于大多数实体制造业领域包括化学电源产业,在过去一二十年里几乎都出现了“技术革命停滞”的现象。


 目前技术发展相对停滞,笔者个人认为很大程度上是由于冷战结束苏联解体造成的。二十世纪有两次科技大发展的黄金时期,一个时期是在二战之前和二战中的三四十年代,另外一个时期就是冷战正酣的七八十年代。


尤其是后者,更是人类高科技的“井喷”时期。具体到高能化学电源的发展,六七十年代由于美苏宇航争霸而推动了燃料电池(AFC)和高压镍氢气电池的实用化。各种导弹武器和电子设备对高能化学电源的需求这推动了钠硫电池、常压镍氢电池和一次/二次锂电池的产业化。


笔者并非鼓吹战争,但是实事求是而言,国防和航宇需求对高科技的推动远非民用所能比拟。科技发展很多时候真的是摸着石头过河,很多重大基础学科的发现需要天文数字般的人力物力和财力的投入,而这种投入只有国家机器才能完成。


民用领域则是将利润和经济效益按在第一位的,从过去的经验来看,纯粹民用对高科技的创新性突破的作用其实是很有限的。化学电源领域有一个很好的例子就是质子交换膜燃料电池(PEMFC),PEMFC最初的快速发展是跟加拿大国防部在上世纪八九十年代对Ballard公司持续巨额的研发经费支持分不开的。


在过去一二十年里,国际上已经有数十国海军列装以PEMFC为动力的AIP潜艇,这足以说明PEMFC本身在技术上的高度成熟与可靠。但是燃料电池电动汽车的商业化进展在过去数十年里却并不顺利,现在业内人士普遍认为燃料电池电动汽车的商业化就是临门一脚的事情,而且日本Toyota、Honda和美国GM已经开始小批量商业化生产燃料电池电动汽车。


但是笔者个人认为,在未来数十年之内,燃料电池电动汽车的大规模商业化仍然是不现实的。这其中的原因固然是多方面的(具体内容参看《高工锂电》相关文章“纯电动汽车动力源探讨:锂离子电池VS燃料电池”),既有技术瓶颈的制约但更多的则是经济效益上考量,而当前欧美缺乏国家意志上的强力推动则是最重要原因之一。


如果我们能够将这两方面结合起来思考的话,就会明白为什么在过去了二十多年的时间里锂离子电池产业并未产生革命性的突破,全世界没有全新的高能化学电源体系被商业化的内在原因了。锂电产业是一个资本加技术密集型的高科技行业,属于典型的实体经济范畴,所以锂电领域内具有产业意义上的技术进步仍然是很缓慢的,需要解决科学和工程方面的一系列难题,取得革命性突破非常困难。


了解到这个现象对我们理解锂电的发展趋势有关系吗?有,并且关系实在是太大了。因为后面笔者对国际锂电产业发展趋势与格局的研判,都是建立在全球技术发展放缓甚至相对停滞这一客观规律的基础之上。



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