鉅大LARGE | 點擊量：312次 | 2023年10月24日
中科院院士歐陽明高：2025年會出現電池產量過剩
2022年三月25-二十七日，我國電動汽車百人會論壇（2022）正式召開。會議以"迎接新能源汽車市場化發展新階段"為主題，就新能源汽車產業發展、雙碳目標、氣候變化、供應鏈調整、信息技術和智能技術深度應用、人類出行方式變革、大國競爭和合作等諸多挑戰和機遇等話題展開深度研討。
在二十六日下午舉辦的以"提升創新能力抓住市場機遇"為主題的高層論壇中，我國電動汽車百人會副理事長、我國科學院院士歐陽明高圍繞主題發表了演講，重要觀點如下：
1.新能源汽車的普及實現"從燃料密集型消耗性能源系統向材料密集型循環性能源系統的轉變"；
2.全球鋰資源經濟可采儲量快速新增，隨著需求的逐步走高，新的勘探量和可采儲量還會持續遞增，資源是完全充足的；
3.要重視電池回收的節能減排，大力開展電池回收再生方面的科學技術研究；
4.2030年，預計國內全固態電池占比不會超過1%；
5.電動底盤技術競爭繼續升級，體現在電池系統和驅動系統集成化，底盤系統滑板化，成為電動乘用車新的競爭熱點；
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
6.最終顛覆性技術是輪轂電機。輪轂電機給整個底盤的制動、驅動、轉向帶來更加革命性的變化；
7.要完善有序充電相關標準、配套機制、運營模式，還有技術標準化的相關準備工作。
以下為演講實錄：
我國新能源汽車已經走過了從培育示范期到商業化成長期的過程，目前進入了規模產業化高速上升期；產業發展從政策補貼驅動到市場政策雙驅動，正在進入市場競爭驅動為主導的新階段；市場從需求不足到供不因求和供應鏈安全問題；市場化領域從乘用車電動化大規模推廣到商用車電動化起步；核心技術規模產業化從上個十年的電池到今后十年的燃料動力鋰電池；新能源汽車的量變促進了汽車產業的質變，汽車電動化引發了交通全面電動化的起步，新能源汽車發展帶動了新能源革命全面啟動，2021年被認為是電化學儲能市場元年和光伏制氫元年，新能源汽車的普及將和其形成強耦合的協同發展，實現"從燃料密集型消耗性能源系統向材料密集型循環性能源系統的轉變"。
新能源汽車市場快速發展的新階段,也會遇到一系列新的關鍵技術問題。在動力鋰電池方面會面對供應鏈安全、材料成本、回收利用等問題；在充電方面會面對基礎設施普及、充電負荷調控、快速補能、以及電力綠色化等問題；在氫燃料動力鋰電池和重型卡車電動化發展方面會面對產品定位、成本和壽命、車載儲氫、加氫站等問題；在電驅底盤平臺方面會迎來專用電動底盤、電池和底盤集成、電機-電控-傳動三合一驅動橋及分布式驅動、新型滑板底盤和非承載式車身等創新；在共性基礎器件方向包括芯片和材料（膜，碳纖維，催化劑等）等；在電動汽車售后服務體系方向會更深刻面對保險和二手車價值評估等問題。
今天我重點講三個內容。第一，基于新能源汽車發展的孕育、成長、上升三個階段，重點展望電動乘用車未來；第二，分析目前面對的三個挑戰，包括電池材料漲價、整車技術競爭加劇以及充電困難；第三，提出三條發展路徑，就是電池創新、底盤創新和充電創新。
1、電動乘用車的發展和展望
我早期對我國新能源汽車產業化歷程有一個預測，包括產業孕育期、導入期、成長初期、成長期，最后爆發上升期。從實際發展來看，我原先的估計偏保守，2021年已經實現了從成長期到爆發上升期的過渡，比以前的預測提前了五年。
簡要回顧一下發展過程，產業化孕育階段和導入期持續到2013年，當年產量不到2萬輛。這一階段開展了北京夏季奧運會的科技示范以及"十城千輛"示范，期間最關鍵的時間點是2012年，我國公布了《節能和新能源汽車產業發展規劃（2012-2020年）》，確立了純電驅動的新能源汽車產業化戰略，這是重要的產業化戰略起點。
2014年總書記指示"發展新能源汽車是我國從汽車大國邁向汽車強國的必由之路"，產業進入成長期。新能源汽車2014年銷量8萬，2018年銷量127萬。到2019年，受補貼退坡的影響，2019年和2018年比反而有點下降；到2020年峰回路轉，喜出望外；2021年銷量超過350萬輛，超出預期，但符合邏輯；2021年是一個新階段的標志。
總結電動汽車銷量和進入快速發展新階段的必然性，我覺得有三個因素：
1）市場因素
首先，電動汽車消費吸引力高。電動汽車的操控性能的優越，電動汽車經過多年推廣出現的品牌形象提升，新車型的大量引入和造型相比傳統車的新潮。其次，新能源汽車車型不斷豐富。細分市場和產品結構上出現了新的"兩頭擠"現象，微型車已經基本被電動汽車占領，豪華車也基本由電動汽車主導，中級主流轎車又出現了比亞迪超級混動這種純電里程超過100公里的插電式電動汽車。第三，全生命周期綜合成本降低，也是用戶購買新能源汽車的重要因素。
2）技術因素。
首先，電池的續航里程、安全、壽命問題基本得到解決。電池在本征安全、主動安全、被動安全等綜合安全體系取得了巨大的進步，和電池安全相關的關注焦點已經從電動汽車的轉移到儲能電池的安全和電動自行車的安全。其次，電驅動系統的技術進步、熱管理系統的技術進步，各種各樣車載和充電加熱技術出現，全氣候電動汽車慢慢成為現實。第三，駕駛操控系統逐步開始智能化，輔助駕駛的普及，電動化底盤、輕量化車身以及智能充換電和能源補給系統等各種各樣技術，使電動汽車在技術方面基本能夠滿足需求，至少是乘用車已經完全可以滿足需求，綜合性能可以超越燃油車。
3）政策因素
"雙碳"目標實現將會加快電動化轉型和新能源轉型。首先，電動汽車將保障汽車的碳達峰在2030年前實現。我們的測算表明，2021年電動汽車每公里的碳排放大約為70克，和燃油車每公里170克的碳排放相比，純電動汽車的排放基本上只是燃油車的40%。這個測算的數據是基于生態環境部《公司溫室氣體排放核算方法和報告指南發電設施-2022年修訂版》分布的全國電網的排放因子為每千瓦時581克，《我國汽車低碳行動計劃報告2021》分布的汽油生產碳排放因子和汽油燃燒轉換系數分別為487克/升和2370克/升，乘用車油耗和電耗參考《節能和新能源技術路線圖2.0》預測數據，分別為6.176升/100公里和12.2千瓦時/100公里。以此為依據并考慮車輛規模的發展趨勢，乘用車的碳排放總量預計會在2030年之前提前達峰，峰值低于6億噸。其次，2030-2035年后，電動汽車將開始成為負碳排放的單元。基于車網互動技術(V2G)，電動汽車作為一種儲能裝置實現對風力和光伏等零碳新能源波動電力的儲能，抑制火電廠的碳排放，帶來減排效應，這具有標志意義。也是我國向零中和轉型，新能源汽車的負碳效果會得到一系列的政策支持方面的利好。
因此，我們估計，2021-2030年我國新能源汽車市場進入快速上升的新階段。總體趨勢是快速上升，當然周期性波動還會有的。采用工信部、國家統計局的數據，我們團隊的預測結果表明，燃油車銷量的峰值會出現在2022-2023年，之后燃油車銷量會持續下降，而新能源車在2030年左右銷量和燃油車基本持平，占汽車總銷量的一半，和我國節能和新能源汽車技術路線圖的目標大體相當。
2、電池材料漲價和電池技術創新
隨著全球電動汽車進入高速發展階段，電池行業也迎來了飛速發展。產量急速膨脹，基于產業投資信息預測，我國電池產量在2023年可能達到15億千瓦時(1500GWh)，2025年可能達到30億千瓦時，電池出貨量2025年預計會達到1200GWh，其中百分之七八十會用于國內市場，還會有百分之二三十出口海外市場。我們預估2025年會出現電池產量過剩。
由于新能源汽車的爆發式上升，電池價格會有上漲，再往材料領域傳遞，就有更大的放大效應。今年材料漲價的一個原因就是整車需求的上升，電池預期走高，公司擴大產量、新增儲備。另外的影響原因是供給延遲，因為典型的礦石生產的碳酸鋰，產量釋放周期是3-5年，鹵水提鋰周期更長；另外疫情沖擊影響鋰資源生產，交通運力影響供應。本輪價格上漲和2016-2018年鋰資源上漲的原因基本相同。當時，我國新能源汽車從孕育期到成長期也導致了鋰價格上漲過程，現在從成長期到快速上升期又是這么一個過程，這兩個過程很像，就是需求和預期的上升，只是這次比上一次更加強勁，加上疫情的影響，所以幅度更大。
從供需面看，恐慌性庫存儲備帶來的需求放大是暫時的，隨著碳酸鋰供應能力的提升，將逐步回歸基本需求面。預計兩三年后有可能恢復完全的供需平衡，考慮到貿易環境的惡化，以及俄烏戰爭帶來的鎳價炒作，為了供應安全，要采取有利措施打擊囤積居奇，抑制鎳價格短時間大幅波動，以免今年的新能源汽車銷量受到影響。
首先從供應側來看，全球鋰資源經濟可采儲量快速新增，2005-2010年提升400%，現在全球經濟可采儲量2200萬噸，以NCM811電池為例可以生產227TWh動力鋰電池,每輛車100千瓦時算電池，可裝超過22.7億輛。隨著需求的新增，新的勘探量和可采儲量還會繼續新增，資源是完全充足的。
預計2030年之后電池材料回收將形成規模；2050年前后，原始礦產資源和回收資源的供給量將達到相當水平；更長期來看，回收資源將逐步完全替代原始資源需求。由于材料價值的上升，回收產業迎來機遇。我們估計2025年將有125個GWh，也就是1.25億千瓦時的回收量。電池材料生產和回收能耗排放較大，要重視電池回收的節能減排，大力開展電池回收再生方面的科學技術研究。
目前重要有三種電池回收方法。首先是物理回收，通過回收可以降低整個電池生產鏈的碳排放；其次是火法回收，但該回收方式減碳量少，且能耗比較大；最后是濕法回收，濕法的能耗會降低一些，但是有液體溶劑污染物排放等問題。現在最推崇的是物理回收，既可以降低碳排放，也可以降低其他污染物，這也是目前回收技術創新的最大領域，超聲波回收、等離子回收都是近期報道的新技術。
使用綠電是電池生產和回收碳排放可以進一步大幅度下降的根本途徑。所以電池產業應該往綠電區域集聚，比如西部。四川就是一個集聚地，目前已經有五百個GWh的產量，宜賓一個地區就有200GWh，是全球單一最大的電池生產基地，也是電池材料的集聚區、新能源的集聚區，是非常好的未來電池生產基地。
另外一個方面，要開發新材料體系。按時間軸來看，未來電池材料體系的發展趨勢重要如下：2025年產業化目標，批量生產的電池應該普遍到達350瓦時/公斤，現在平均不到300瓦時/公斤。這個體系我們叫液態體系，重要包括常規鋰電池材料、固液混合材料、還有鈉離子、未來的鉀離子等液態電池材料體系。
2030年的目標是達到400瓦時/公斤，全方位實現產業化，該階段稱之為液態到固態的過渡，包括液態高電壓、厚電極、少電解液；正極高鎳如Ni95，負極硅碳；以及準固態電池體系。2030年應該是轉向全固態電池發展的一個關鍵節點。在2030年，我們估計國內全固態電池占比不會超過1%。
2035年的目標是達到500瓦時/公斤，實現產業化。包括全固態電池，鋰硫電池以及高容量富鋰錳基材料，而且電壓窗口會提高到5伏。現在說的500瓦時還不是產業化的，不是實車正常使用的，而是實驗室階段的或者特殊用途的。
再來看兩個電池坐標，一個是比能量，一個是壽命。基于大規模儲能功能的考慮，電池壽命的要求也會越來越長，目標是一萬次，比能量目標是600wh/kg，當然還要考慮成本。負極材料壽命從長到短以此是石墨、硅碳、硅、到鋰金屬，鋰是高比能量的，但是壽命會相應降低。正極材料鐵鋰比能量低、三元較高，最高的是富鋰錳基。
假如轉換坐標，把比能量和壽命作為兩根軸，我們可以看清楚未來的多元技術路線。第一條是高比能量和低成本液態液態技術路線，正極高鎳三元到富鋰錳基，負極從高比例硅碳到鋰金屬，比能量目標為500wh/kg，但壽命偏低；第二條技術路線是液態折中路線，兼顧比能量、安全和成本和壽命，高鎳正極體系，壽命不降比能量新增50%，或者比能量不降壽命新增3倍以上逼近10000次循環；第三條就是基于鐵鋰的高安全液態路線，成本最低、長壽命可到10000次循環以上。近年來的研究表面，液態路線可以走到500瓦時/公斤，液態三元也可以做到一萬次循環，不是僅磷酸鐵鋰可以做到一萬次循環。第四條是固態技術路線，就是高比能量、高安全，從現有的液態到固液混合到全固態。第五條路線是從鈉離子出來的，將來有鉀離子等。
在單體電池結構方面也在不斷創新，重要是減少附件重量。圓柱電池，以TSLA為代表，從18650到21700再到4680，以提升單體容量和提高比能量。再比如從軟包、方形硬殼到刀片電池，以及短刀和One-stop，均屬于國內創新。
在電池系統方面，結構創新的最大的趨勢是由傳統電池包的電芯、模組到電池包的組成方式逐步向去掉模組，再去掉整包的方向進行發展，從而構成CTC（單體和底盤深度集成）、CTV（單體和車輛深度集成）。這是電池系統創新的路徑，逐步減少附屬的重量和體積，使電池系統比能量不斷提升，同時也帶來底盤結構的變化和底盤技術創新。
3、產品競爭加劇和底盤技術創新
新能源汽車的興起引發了汽車產業的一場技術革命，自主品牌八仙過海彰顯實力，新造車勢力來勢兇猛充滿活力，合資公司蓄勢待發即將發力。今后五年是重要窗口期，市場高速上升、競爭不斷加劇。我認為，整車公司在競爭中保持優勢的關鍵之一是應對新一輪電動化底盤平臺技術帶來的整車設計制造技術變革、價值鏈重構和產業生態演化。
從燃油汽車到電動汽車到智能汽車，底盤會相應發生變化。傳統底盤、電動底盤、智能底盤，其制動、轉向、懸架也會發生相應的變化。現在的懸架已經是主動懸架，比如今年參加百人會展覽的車很多都是空氣懸架。也就是說，現在車身設計、智能座艙、輔助駕駛技術基本成熟了。電動底盤技術競爭還會繼續升級，體現在電池系統和驅動系統集成化，底盤系統滑板化，這些技術將成為電動乘用車新的競爭熱點。
電動汽車的底盤平臺在快速迭代，剛開始的改裝車完全是燃油車底盤，到進一步優化到電動汽車專用底盤，然后到CTV，TSLA是比較典型的代表。
現在最具突破性的底盤技術是滑板底盤。底盤有兩條技術路線。一條是傳統車廠為代表，更多的采用改進型技術路線，繼續用承載式車身。另一邊，新造車勢力更多采用變革性技術路線，就是滑板底盤，用非承載式車身，美國已經出現了幾家代表性公司，其中Rivian市值已經到一千億美元。滑板底盤一般采用非承載式車身，電池包和底盤一體化集成式驅動系統，包含五大核心技術，我只講其中的電芯底盤一體化（CTC）和新型電驅系統。
CTC有兩種方法，一種是電池包整體吊裝進入底盤。另外一種直接在底盤上集成，沒有上面的承載式框架。國內已經有一些開發，比如CATL2025年要推出CTC。
新型驅動系統要高度集成化、輕量化、小型化，就是集中驅動采用電機-開展-減速三合一。驅動系統還有一種分布式驅動形式，滑板底盤大都采用了分布式驅動，比方雙電機驅動、三電機驅動。現在三電機形式又出現了集中電機和輪邊電機結合，還有全部用輪邊電機的。
我們認為，最終顛覆性技術是輪轂電機。輪轂電機給整個底盤的制動、驅動、轉向帶來更加革命性的變化。國外開發的所謂的e-corner，驅動、制動、轉向、懸掛于車輪集成為獨立單元。一輛四個輪子四個獨立單元，這是顛覆性的，國外已經有很多廠商在研發這種技術。
清華大學我的團隊也在做輪轂電機，輪轂電機在出口的大功率摩托車和商用車上都開始使用。大功率摩托車使用了一個100kW的輪轂電機，假如輪轂電機來做滑板底盤有很多好處。第一，空間和容量新增；第二，驅動、制動都靠輪轂電機；第三，傳動效率提高；第四，靈活，可以原地打轉；第五，更好支持全自動駕駛。這是和全自動駕駛非常貼切的一種電動化底盤。
4、充電難題和能源技術創新
電動汽車充電方面的問題是慢充普及率跟不上市場的上升速度；長途出行的臨時補電速度太慢，排隊時間長，所以用戶抱怨電動汽車變成了"電動爹"；大量電動汽車無序充電帶來城市供電的負荷問題，比如北京、上海、深圳等城市必須進行有序充電；電動汽車現有充電標準不大適應新的需求，比方說在高速公路長途旅行應急補電，訴求是充電5分鐘滿足200公里行駛里程要，這要350千瓦大功率快充；還要滿足國際貿易的統一要求，車輛出口要和國際標準統一。
首先，充電創新標準先行。Chaoji是我國首創并主導的一套具有自主知識產權的直流充電解決技術方法，它兼顧過去(可直接匹配現有GB系統)、面向未來（350千瓦大功率快速充電，小功率充電直流化和車網互動V2G）、引領世界（和IEC國際標準同步，推動我國公司走出去，推動國際接口標準統一）。第一階段Chaoji示范項目已完成：2019年先后在北京等8個城市建成投運大功率充電示范工程。第二階段Chaoji示范項目今年投運：正在京滬高速建設ChaoJi充電站，預計2022年2季度建成投運。立項國家標準GB/T20234.4（連接組件），GB/T27930（通信協議），GB/T18487.1（充電系統）；GB/T18487.1和27930已兩輪征求意見，GB/T20234.4已征求一輪意見，預計今年三季度形成報批。這一充電標準升級將給超級快充和充換互補和有序慢充和車網互動的發展帶來巨大機遇。
有關有序慢充和車網互動技術。它包括單向有序充電V1G、車網能量雙向流動V2G，車聯萬物V2X。V1G，就是單向有序充電，如充電放到后半夜用電谷底；V2G，就是車輛可以反向供電，可充可放，給局域網供電和大電網供電；V2X，是Vehicletoeverything,包括車給車供電、給樓宇供電、緊急供電、家庭備用電源等。應當注意的是實現V2G的前提是電動汽車在停止運行時要通過雙向充電樁和電網聯接，假如用換電模式，車載電池的儲能功能難以發揮。同時車網互動要用戶、公司、地方政府共同參和構建能源互聯網平臺，三方都有收益，還具有推動新能源發展的綠色效益。
車網互動有多大潛力呢？按照我國節能新能源汽車路線圖，2040年有3億輛新能源車保有量，以每輛車平均65千瓦時電池容量，車載電池的儲能容量有200億千瓦時，其規模和2020年我國每天消費的總電量相當。若進一步考慮出行需求，乘用車每日可靈活參和電網調度的平均電量為100億千瓦時。更為有意義的是車輛的功率調節潛力，因為負載是通過功率體現的，功率多少取決于雙向充電樁的功率大小。假如按照15千瓦算，根據日出行概率分布，3億輛新能源汽車對電網功率支撐的能力達到30億千瓦左右，現在全國的裝機容量才23.8億千瓦。
僅僅有序充電就可以把新能源汽車用電從無序到有序，大幅下降電網負荷。當前，面向新能源為主體的新型電力系統建設，電化學儲能電站擴產上升非常快，用的和電動汽車類似的鋰電池。隨著電動汽車保有量的快速新增，2030年將達到8000萬至1億輛。我們預計，到2030年之后，隨著V2G普及發展，其容量將超過電網的電化學電池儲能容量，在未來的電力系統中電動汽車將和儲能電站共同擔負穩定電網的重要責任，并有望成為分布式儲能的主體。關鍵問題是如何把億萬輛車的電池聚合起來，這是典型的市場問題，簡單說來就是要像股票市場和期貨市場相同，構建一個廣大車主參和的"炒電"市場，電動汽車主利用峰谷電價差，低價給車充電，高價給電網放電，賺取價差。
車網互動還有很多技術問題要研究，從空間尺度看，在底層是和車相關、和充電相關，是屬于硬件層面；中間層的是聚合，這是聚合商的業務，其實是能源互聯網平臺、信息平臺；上層是發電側、電網側的調度。從時間尺度看，包括高頻、中頻和低頻的動力學和協調控制和優化管理問題。和車網互動相關的利益主體多，協調難度大，政策和法規層面的事情比技術更難。因此，有序充電和車網互動不是一天能建成的，將經歷從無序充電到有序充電、到車家互動、到車輛和微網互動、最后到大電網互動的過程。今后五年是孕育突破期，關鍵是要完善有序充電相關標準、配套機制、運營模式，還有技術標準化的相關準備工作，在電動汽車占比高的重點區域實現V2G商業試點。現在深圳準備進行試點，其優勢是電動汽車占有率比較高，城市管理水平比較高，已經開始準備對V2G進行補貼。希望在其他地方比方北京、上海都可以做這件事情。
理想的充電服務體系除了隨時隨地可以慢充進行車網互動，還要在交通干線進行快充快換，這里的快充是。首先，換電模式目前的主體是重卡，49噸的重卡只能換電。工信部已經開始重卡換電示范，有13個試點城市。業內估計今年換電重卡銷量會達到2-3萬輛。當前換電的重要問題就是要解決互換互聯問題，我們成立了"電動重卡換電聯盟"來促進這件事。目前重要針對接口和電壓制式進行行業標準規范的制定。在接口方面，無論是吊裝式還是側推式，均要實現接口統一，達到既可以吊裝也可以側裝。還有是電氣接口，1500伏800安，今年有望進行標準修訂。
在此基礎上，可以進一步實現快充和快換的耦合互補。建設電動汽車時代的"加油站"。具體而言，就是把現有的加油站改造成"光-儲-充-換一體化互補型智慧能源系統"，這里面重要的是卡車快換，快換的備用電池給轎車超級快充。因為卡車快換備用電池很多，光伏給它充電。轎車350千瓦大功率充電直接從電網取電，電網會超載。北京的電網的平均負荷是兩千多萬千瓦，有七萬輛車同時大功率快充電網就會崩潰。所以必須要通過儲能電池放電。儲能有兩種方式，一種是專用儲能電池，另外一種是用換電重卡的備用電池給轎車充電。按照這個思路，我們和殼牌合作已經建設了全球第一個綜合示范站。已經在張家口冬奧會成功示范。下一步將會在全國推廣。
以上就是我的報告，謝謝各位!
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