電動(dòng)汽車技術(shù)研發(fā) 日本走得快就能笑到最后？

筆者參加了2月上旬在美國(guó)亞特蘭大召開(kāi)的國(guó)際會(huì)議“AABC(Advanced Automotive Battery Conference)”。AABC是車載二次電池領(lǐng)域比較專業(yè)的國(guó)際會(huì)議，2014年約有500人參加。另外，第5屆日本國(guó)際二次電池展也于2月底在東京有明國(guó)際會(huì)展中心舉辦，加上并設(shè)的展會(huì)共有6.7萬(wàn)多人到場(chǎng)。

由此可以看出車載二次電池相關(guān)技術(shù)已成為熱門。其背景是，世界各國(guó)紛紛都在強(qiáng)化二氧化碳排放規(guī)定。例如，美國(guó)加利福尼亞州的ZEV(零排放車輛)法案、歐洲的二氧化碳法案、中國(guó)的環(huán)境法規(guī)今后都將更為嚴(yán)格。

作為應(yīng)對(duì)排放規(guī)定的有效措施，大型汽車廠商對(duì)混合動(dòng)力車(HEV)和純電動(dòng)汽車(EV)等電動(dòng)車輛寄予厚望，各公司都在拼命推進(jìn)開(kāi)發(fā)。以前表現(xiàn)不積極的大型汽車廠商今后也無(wú)法回避這個(gè)問(wèn)題。不僅如此，如果不及時(shí)應(yīng)對(duì)這一系列的環(huán)境法案，甚至可能會(huì)關(guān)系到企業(yè)的存亡。

例如，美國(guó)ZEV法案此前的對(duì)象汽車廠商為美國(guó)的通用汽車(GM)、福特汽車、克萊斯勒(現(xiàn)為菲亞特克萊斯勒汽車公司)，以及日本的豐田、本田、日產(chǎn)汽車6家公司。但從2018年開(kāi)始，大眾、寶馬、戴姆勒、馬自達(dá)、現(xiàn)代集團(tuán)也將成為適用對(duì)象。這些后來(lái)追加的對(duì)象企業(yè)今后自然也會(huì)加快電動(dòng)車輛的開(kāi)發(fā)。

多種多樣的電動(dòng)車輛

電動(dòng)車輛可以根據(jù)采用的技術(shù)分成幾類。大家比較熟悉的應(yīng)該是HEV(插電式混合動(dòng)力車)和EV(純電動(dòng)汽車)。HEV自豐田1997年推出“普銳斯”以來(lái)已經(jīng)過(guò)去了15年多，現(xiàn)在進(jìn)入了普及期。豐田絕對(duì)是該領(lǐng)域的龍頭老大，而本田也頗具競(jìng)爭(zhēng)力。美國(guó)廠商中，福特在大力推進(jìn)HEV的開(kāi)發(fā)，但與日本廠商還相距甚遠(yuǎn)。HEV的市場(chǎng)滲透率在電動(dòng)車輛中也非常高，今后歐洲廠商也將積極開(kāi)發(fā)HEV。

再來(lái)回顧一下EV的市場(chǎng)動(dòng)向，EV在2012年以前市場(chǎng)評(píng)價(jià)較低，日產(chǎn)的“LEAF”(聆風(fēng))和三菱的“i-MiEV”一直在苦苦支撐。原因是無(wú)法解決續(xù)航距離短、充電時(shí)間長(zhǎng)、價(jià)格又過(guò)高的課題。

到2013年以后，這種情況逐漸發(fā)生了變化。尤其是在美國(guó)，日產(chǎn)LEAF的經(jīng)濟(jì)效益受到好評(píng)，市場(chǎng)認(rèn)知度逐漸提高。從2013年年底開(kāi)始，LEAF在美國(guó)一直以每月1000輛的速度銷售?？偛课挥诿绹?guó)亞特蘭大的喬治亞電力等電力公司以完善充電基礎(chǔ)設(shè)施為主提供的支持好像發(fā)揮了作用。

業(yè)績(jī)更為出色的，是美國(guó)硅谷的風(fēng)險(xiǎn)企業(yè)特斯拉汽車。該公司的EV“Model S”官方公開(kāi)的續(xù)航距離是日本廠商的2倍以上—483km。該車采用跑車的車身設(shè)計(jì)，能提供讓消費(fèi)者“坐一次還想再坐”的價(jià)值。該車實(shí)現(xiàn)了高速增長(zhǎng)，目前的銷量為每周200輛，銷售額大約1.2億元。

讀者可能還不太熟悉，在美國(guó)，推動(dòng)可在家中充電的插電式混合動(dòng)力車(PHEV)普及的，是通用的“Volt”。Volt的累計(jì)銷量已達(dá)到6.6萬(wàn)輛，所有車主的總行駛距離突破了6億英里(約9.6億公里)。該車僅2013年就售出約2.3萬(wàn)輛，預(yù)計(jì)2014年將進(jìn)一步增長(zhǎng)。

此外，燃料電池車(FCV)方面，日本廠商計(jì)劃在2015年投放市場(chǎng)。本田從1986年開(kāi)始就在研究作為該技術(shù)核心的燃料電池，歷經(jīng)29載終于看到了量產(chǎn)的希望。

EV普及條件不在于基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)

電動(dòng)汽車技術(shù)有利也有弊。電動(dòng)汽車的出現(xiàn)對(duì)相關(guān)行業(yè)來(lái)說(shuō)既是機(jī)會(huì)，同時(shí)也可能是風(fēng)險(xiǎn)。推行相關(guān)法規(guī)的各國(guó)的意圖以及企業(yè)的戰(zhàn)略將受到關(guān)注。下面就來(lái)分析一下無(wú)需汽油等化石燃料的“零排放”汽車EV和FCV。

EV是終極環(huán)保車的候補(bǔ)之一，不過(guò)其地位并不穩(wěn)固。這是因?yàn)?，與汽油車相比，EV的性能(行駛距離和充電時(shí)間)價(jià)格比非常低。

解決一系列課題、使EV全面普及的條件是實(shí)現(xiàn)超越現(xiàn)有鋰離子電池的高性能電池。目前各國(guó)、研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)都在推進(jìn)相關(guān)研發(fā)，實(shí)用化備受期待。

其中，有一種被稱為后鋰離子電池的新型電池“鋰空氣電池”。鋰空氣電池利用的是金屬鋰與空氣中的氧氣發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，所獲能量的理論值超過(guò)了目前的鋰離子電池。

不過(guò)，鋰空氣電池的目標(biāo)是在2030年實(shí)現(xiàn)實(shí)用化，還很遙遠(yuǎn)。好像也有相關(guān)人士表示“2020年之前能實(shí)用化”，但對(duì)于還處在基礎(chǔ)研究階段的課題來(lái)說(shuō)，現(xiàn)在就談實(shí)用化時(shí)間似乎沒(méi)有實(shí)際意義。

我們經(jīng)常會(huì)看到僅憑大學(xué)和材料廠商開(kāi)發(fā)的正極和負(fù)極材料的數(shù)據(jù)，就說(shuō)“發(fā)現(xiàn)了能將EV續(xù)航距離擴(kuò)大到500km的技術(shù)”這種報(bào)道，這只能說(shuō)是故弄玄虛。因?yàn)閮H憑電極根本不能決定續(xù)航距離，只有制造成能安裝在EV上使用的電池系統(tǒng)才具備討論價(jià)值。但另一方面，報(bào)道時(shí)應(yīng)該慎用夸大其詞的表述。

日本的大學(xué)和企業(yè)也經(jīng)常發(fā)布這種消息。每次遇到這類消息時(shí)，投資公司和調(diào)查機(jī)構(gòu)都會(huì)向筆者尋求意見(jiàn)。筆者的回答一般都是“冷靜客觀地觀察一下吧，沒(méi)有原理和邏輯支持”、“信息太少，無(wú)法做出結(jié)論”。

當(dāng)然，在材料領(lǐng)域的尖端研究和技術(shù)開(kāi)發(fā)方面，日本擁有壓倒性的強(qiáng)大競(jìng)爭(zhēng)力，因此，新的突破確實(shí)極有可能會(huì)在日本出現(xiàn)。

實(shí)際上，在二次電池的尖端研究方面，其他國(guó)家廠商的影響力并不高。例如，由三星SDI擔(dān)任主管企業(yè)的韓國(guó)國(guó)家項(xiàng)目“WPM(World Premium Materials)”從2008年就開(kāi)始以國(guó)家的名義推進(jìn)以強(qiáng)化相關(guān)材料為目標(biāo)的開(kāi)發(fā)。但在材料領(lǐng)域，只有踏踏實(shí)實(shí)立足于基礎(chǔ)研究才能取得成果，基礎(chǔ)研究實(shí)力比日本薄弱的韓國(guó)開(kāi)發(fā)出令人震驚的新材料的可能性似乎比較低。

如上所述，EV普及的關(guān)鍵在于能否實(shí)現(xiàn)具有革新性的電池。在新原理和新材料這兩方面取得了大量知識(shí)產(chǎn)權(quán)的研究機(jī)構(gòu)、企業(yè)和國(guó)家將獲得巨大的利益。

反過(guò)來(lái)說(shuō)，如果不能在電池上取得突破，EV就無(wú)法實(shí)現(xiàn)飛躍發(fā)展。有觀點(diǎn)認(rèn)為，“EV沒(méi)有普及是因?yàn)槌潆娀A(chǔ)設(shè)施不完善”，這種說(shuō)法屬于詭辯。筆者認(rèn)為應(yīng)該這樣理解：如果EV真有足夠的魅力，充電基礎(chǔ)設(shè)施日后必定會(huì)完善起來(lái)。

小型鋰電池是目前的主角？

備受矚目的特斯拉也有了新動(dòng)向。2月26日的《日本經(jīng)濟(jì)新聞》在頭版頭條報(bào)道稱，松下將與特斯拉共同在美國(guó)建設(shè)小型鋰離子電池新工廠，預(yù)定2017年投入使用，總投資額超過(guò)1000億日元。生產(chǎn)目標(biāo)是每年生產(chǎn)可供50萬(wàn)輛汽車使用的電池。

筆者預(yù)測(cè)，2020年全球的電動(dòng)汽車約為600萬(wàn)輛，其中EV的比例約為10%(60萬(wàn)輛)。不過(guò)，從事EV用鋰離子電池業(yè)務(wù)的電池廠商除松下外還有很多。日產(chǎn)與NEC的合資公司Automotive Energy Supply Corporation(AESC)、杰士湯淺與三菱商事和三菱汽車的合資公司Lithium Energy Japan(LEJ)，還有東芝、三星SDI和LG化學(xué)等，圍繞EV用鋰離子電池的競(jìng)爭(zhēng)已經(jīng)達(dá)到白熱化狀態(tài)。

再來(lái)看一下已經(jīng)進(jìn)入普及期的HEV用鋰離子電池，日本電池廠商方面，松下、松下與豐田的合資公司Primearth EV Energy(PEVE)、杰士湯淺與本田的合資公司Blue Energy、AESC以及日立車輛能源都構(gòu)筑了穩(wěn)固的地位。而韓國(guó)廠商在該領(lǐng)域陷入苦戰(zhàn)，這種格局是輕易無(wú)法推翻的?？梢哉f(shuō)，韓國(guó)廠商相應(yīng)地把重心放在了EV和PHEV上。

三星SDI還決定在西安建設(shè)車載鋰離子電池工廠。到2020年，EV用鋰離子電池存在供過(guò)于求的風(fēng)險(xiǎn)，各電池廠商可能會(huì)像個(gè)人電腦等使用的小型鋰離子電池那樣陷入價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)。

另外，還有必要討論一下EV用鋰離子電池采用的技術(shù)。用于個(gè)人電腦等的小型鋰離子電池與面向EV開(kāi)發(fā)的大型鋰離子電池之間存在競(jìng)爭(zhēng)。主力汽車廠商的量產(chǎn)EV都采用專用的大型鋰離子電池，但拉動(dòng)EV市場(chǎng)增長(zhǎng)的特斯拉公司的獨(dú)特之處在于采用小型鋰離子電池。沿用消費(fèi)類電池在成本方面占優(yōu)勢(shì)，這種方式是可以理解的，但反過(guò)來(lái)看，小型鋰離子電池降低成本的余地比較小。

由于鋰離子電池對(duì)安全方面的要求非常嚴(yán)格，所以每個(gè)電池的控制系統(tǒng)極其重要，需要以個(gè)數(shù)而非電池尺寸為單位進(jìn)行控制。對(duì)于特斯拉的Model S那樣配備7000多個(gè)小型鋰離子電池的系統(tǒng)，控制起來(lái)要比配備不到100個(gè)大型產(chǎn)品的系統(tǒng)更加復(fù)雜。2013年10月以后接連發(fā)生的Model S起火事故至今未能查明原因。

即使先不考慮特斯拉的EV能多大程度在市場(chǎng)上普及，松下的決定也一樣既是機(jī)會(huì)又是風(fēng)險(xiǎn)。筆者以前研發(fā)鋰離子電池時(shí)曾調(diào)查了車載鋰離子電池的應(yīng)有形態(tài)。

之后，筆者在客觀的立場(chǎng)上經(jīng)常能看到原松下陣營(yíng)與原三洋陣營(yíng)的觀點(diǎn)基本不一致的情況，二者合并成同一家公司后，在電池戰(zhàn)略方面也經(jīng)常聽(tīng)到意見(jiàn)不統(tǒng)一的聲音。目前在技術(shù)開(kāi)發(fā)和戰(zhàn)略方面好像是原松下一方掌握主導(dǎo)權(quán)，因此導(dǎo)致原三洋相關(guān)業(yè)務(wù)的主要負(fù)責(zé)人紛紛離職。

FCV是終極環(huán)保車嗎？

FCV同樣是可能性與疑問(wèn)并存。燃料電池車看上去確實(shí)可以說(shuō)是零排放汽車，但從其整個(gè)生命周期來(lái)看，配備的氫燃料大部分是通過(guò)天然氣改質(zhì)生產(chǎn)的，生產(chǎn)時(shí)會(huì)排放二氧化碳。同樣，為EV供應(yīng)的電力在通過(guò)化石燃料發(fā)電過(guò)程中也排放二氧化碳。

將來(lái)需要構(gòu)筑以零二氧化碳生成氫的工藝，并降低氫燃料的價(jià)格。當(dāng)然，車身價(jià)格是個(gè)重要因素。在筆者離開(kāi)本田的2004年，每輛FCV的價(jià)格高達(dá)1億多日元。10年后，大型汽車廠商計(jì)劃2015年投放市場(chǎng)的FCV雖然沒(méi)有公布具體售價(jià)，但估計(jì)可能在500萬(wàn)～1000萬(wàn)日元(約30萬(wàn)～60萬(wàn)元人民幣)的范圍內(nèi)。

日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省在2000年前后曾積極推進(jìn)FCV并為開(kāi)發(fā)提供支援。之后，因時(shí)機(jī)還不夠成熟，F(xiàn)CV開(kāi)發(fā)熱潮一度中斷。

有觀點(diǎn)認(rèn)為，建立量產(chǎn)體制可大幅降低成本，但也未必一定如此。促進(jìn)氧與氫的反應(yīng)的鉑催化劑就是個(gè)例子。以前，配備100kW燃料電池的汽車，每輛需要100g的鉑。之后各公司紛紛宣布通過(guò)研究開(kāi)發(fā)大幅減少了鉑的用量，但并未公布具體數(shù)值。

假設(shè)用量削減了50%，變?yōu)?0g，從鉑的實(shí)際價(jià)格來(lái)看，每輛車也需要20萬(wàn)日元。如果FCV的量產(chǎn)擴(kuò)大，鉑的價(jià)格可能不降反漲。這樣就只能寄希望于不依賴鉑的新型催化劑，不過(guò)，雖然進(jìn)行了大量研究，目前這方面還沒(méi)有取得成果。

汽油車的尾氣排放控制催化劑的情況與此相同。筆者1978年剛進(jìn)本田時(shí)才開(kāi)始開(kāi)發(fā)鉑-銠-鈀三元系催化劑。雖然可以應(yīng)對(duì)尾氣排放規(guī)定，但由于催化劑必須一直使用這些元素，導(dǎo)致銠的價(jià)格暴漲，曾一度引起很大的騷動(dòng)。燃料電池中的鉑催化劑性能較高，實(shí)現(xiàn)代替催化劑的困難非常大。

在燃料電池中，采用“固體高分子”的電解質(zhì)膜是必不可少的部件，不過(guò)化學(xué)廠商已經(jīng)開(kāi)始量產(chǎn)，因此無(wú)望再通過(guò)FCV的量產(chǎn)效應(yīng)降低其成本。所以，需要在考慮這些因素的基礎(chǔ)上，定量分析通過(guò)量產(chǎn)效應(yīng)能將FCV的成本降到什么程度。

跟EV一樣，日本在FCV領(lǐng)域的開(kāi)發(fā)實(shí)力同樣在全世界遙遙領(lǐng)先。這是因?yàn)槿毡敬笮推噺S商以零部件企業(yè)的技術(shù)實(shí)力為基礎(chǔ)實(shí)施了開(kāi)發(fā)投資，而且通過(guò)EV和HEV的開(kāi)發(fā)成績(jī)確立了電動(dòng)化技術(shù)。從FCV方面的專利來(lái)看，日本的實(shí)力也很強(qiáng)。

現(xiàn)代汽車也在開(kāi)發(fā)FCV，不過(guò)與日本廠商相比，其影響力較低。因?yàn)楝F(xiàn)代汽車的開(kāi)發(fā)起步較晚，而且韓國(guó)的零部件廠商的實(shí)力較弱。

日本能否笑到最后？

雖說(shuō)如此，但2025年的ZEV規(guī)定要求大型汽車廠商將PHEV、EV和FCV三種汽車的銷售比例提高到15.4%。日本某大型汽車廠商的高管表示，“由于無(wú)法確定終極的環(huán)保車，因此需要全方位開(kāi)發(fā)”，這是非常穩(wěn)妥的戰(zhàn)略。

但從資源開(kāi)發(fā)看，大型汽車廠商這樣做沒(méi)有問(wèn)題，而中等規(guī)模的汽車廠商無(wú)法開(kāi)發(fā)所有的技術(shù)。如果車輛電動(dòng)化能取得進(jìn)展，汽車行業(yè)的技術(shù)合作和授權(quán)提供等商業(yè)模式就會(huì)大幅增加。

除了日韓歐美市場(chǎng)外，今后中國(guó)市場(chǎng)也不容忽視。大眾和通用在中國(guó)汽車市場(chǎng)上如魚(yú)得水，日本廠商中，雖然日產(chǎn)一直在奮戰(zhàn)，但差距依然很大。通用及時(shí)設(shè)立尖端技術(shù)研究所，擴(kuò)充了功能。

豐田和本田此前在中國(guó)市場(chǎng)上的影響力都不高。但今后兩公司均計(jì)劃在中國(guó)展開(kāi)電動(dòng)汽車的技術(shù)開(kāi)發(fā)，并在當(dāng)?shù)厣a(chǎn)車輛。為此正在擴(kuò)大研究開(kāi)發(fā)功能。如果考慮到電動(dòng)化市場(chǎng)的擴(kuò)大，今后日本廠商也有可能東山再起。

屆時(shí)存在的課題是各行業(yè)的協(xié)作方式。在中國(guó)開(kāi)展業(yè)務(wù)的前提是與當(dāng)?shù)仄髽I(yè)設(shè)立合資公司，資本比例方面也存在外國(guó)企業(yè)不得超過(guò)49%的限制。此外還存在其他方面的諸多制約，比如在中國(guó)市場(chǎng)的營(yíng)銷、與政府機(jī)構(gòu)建立關(guān)系、構(gòu)建人脈網(wǎng)、構(gòu)筑零部件的供應(yīng)鏈、中國(guó)自己的鋰離子電池相關(guān)安全性評(píng)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的制定等，在這些限制下，考慮什么樣的商務(wù)模式和業(yè)務(wù)戰(zhàn)略最合適至關(guān)重要。

電動(dòng)汽車普及的關(guān)鍵在于電池。放眼世界，能真正推進(jìn)車載電池業(yè)務(wù)的只有日本和韓國(guó)。目前，日韓之間還存在技術(shù)差距，而且中美歐電池廠商的實(shí)力較弱。不過(guò)，在電池安全性相關(guān)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)等方面，德國(guó)和法國(guó)等歐洲廠商正在積極活動(dòng)。

日本究竟能否笑到最后？今后在各領(lǐng)域展開(kāi)的競(jìng)爭(zhēng)將受到關(guān)注。