Mo-Hua Yang：電動自行車用鋰離子電池及標準18650/21700圓柱形鋰離子電池進展
5月22日，CIBF2018 第十三屆中國國際電池技術交流會展覽會在深圳會展中心開幕。臺灣TD HiTech Energy公司Mo-Hua Yang教授在技術交流會上發表主題演講。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？因為大家都講交通工具，我也很高興回到這里。今天想和大家分享現在的電池長什么樣，我今天的報告都是講現在買得到的電池，跟還要開發看不到的電池不一樣。
現在看到的電池，幾個大的電池公司發展什么樣？
做電動自行車沒有辦法制定規格，但是有一個好處，基本上這幾年的電池都在原來世界的前三個比較大的電池廠往哪個方向移動，我們大概在這上面學到很多，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勢。
今天大概和大家講市場，一是市場。二是講電池的發展。三是新的電池為什么引進來。
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業化，我主要研究個人交通載距，我認為個人的交通載距比較容易發生。今天想和大家分享只有一個，現在的電池長什么樣，我今天的報告都是講現在買得到的電池，跟還要開發看不到的電池不一樣。
現在看到的電池，幾個大的電池公司發展什么樣？我常常想做電動自行車沒有辦法制定規格，但是有一個好處，基本上這幾年的規格都跟隨這幾年特斯拉做的原來世界前三個比較大的電池廠往哪個方向移動，我們大概在這上面學到很多，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勢。
今天和大家講市場，大家不是那么熟悉。二是講電池的發展。三是新的電池為什么引進來。
我們通常講電動自行車或者電動摩托車這樣的事，而是講個人的移動載距，個人移動載距，我們講比較多去的大眾藝術系統，比較好的時候，其實有第一個里程和最后一個里程，這在做得很好的時候，其實汽車應該不要繼續存在。這些事情在歐洲比較常發生，在都市區的汽車不成長，要讓它使用的環境更友善，連接有它的必要性。這兩三年看到一個共享經濟，共享經濟在中國發生，這是對交通運輸很大革命性的思維。
兩個不同的設計，傳統的想法是把自行車或者摩托車變成電動車。如果是車廠的思維，2004年東京車展看到的。我們講個人交通工具，第一個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。第一個是怎么延伸人的行駛距離。第二個是人和機器，人和載距之間的關系。我們講自行車和汽車不一樣，自行車或者機車比較保有個人的特色。我們每個人的能力不一樣，怎么和個人的特征結合也是一個重點。最后是一個聯系，到移動載距之后，不能和世界失去聯系，做連接也是今天很重要的。
市場上看到的車子，以區塊來看，比較個人的載距，三個區塊：一是歐洲，歐洲是Pedelec等，是一個助力車，助力車的開發是比較困難的。它要有一個系統，這個系統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，這個市場是不接受。所以這種車在歐洲發展非常快。去年大概突破到200萬輛，在自行車的取代上很大。第二個是E-bike，雖然有踏板，但還是可以用加電的把手讓車子獨立行使。第三種是國內用的電動摩托車。
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%，我們可以看到幾個產品，電動自行車的產品是少數發生在成長中。我特別提一下，像這樣的產品是屬于自由產品的機制，它和補助沒有特別大的相關，它是持續發生的。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系。另外一個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年可以達到20%，以3000萬輛來看絕對值的話，其實20%也到600萬輛，這個市場的規模慢慢在形成中。像日本和美國的市場相對比較小一點。
這是幾個電池廠看的市場。右下角1860的電池，比較標準的電池，過去我們認為1860有一陣好像快要被淘汰，但是特斯拉使用1860以后，這個電池又持續往別的應用走。現在三大應用可以看到，比較有成長的市場：EV成長很大，圓柱形的電池。第二個是Power tool。第三個是E-bike的市場也是成長。如果用圓柱形市場看它的整個市場的成長，這三大區塊的成長比較明顯。
技術上可以看到，就算是這么小的載距還是有兩個系統，一個是傳動的系統，另外一個是儲能系統，這兩個系統除了連接以外，最重要的是它的效率和可靠度，所以整臺車來看也是一個汽車的縮小版，只是復雜度沒有那么高。
汽車廠在這幾年，尤其歐洲，大家覺得這個市場很不明顯。但是我可以和大家分享，歐洲整個汽車供應鏈都進到這樣的領域，為什么進入這個領域？因為可以看到未來的趨勢里面，所有的交通工具電動化，只有這塊是未來會成長的，在汽車發展中，如果不踏進去，可能它的終究會萎縮。這個供應鏈包含電機、電機的控制器還有電池和充電器等。
電池的設計，早期因為電池的能量密度和功率密度的關系，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。現在的趨勢是把電池設計到車子里面，我會和大家分享幾個設計的方向。
電機也是一樣，電極有前驅、中置、后驅，現在主流產品是往中置走，它可以結合在驅動的踏板的位置，高度整合性加上系統，它是比較高度的整合。在歐洲的市場可以看到汽車供應鏈，主要的汽車供應鏈都進入這個領域，像馬牌、Bosch等。過去或者現在在主要的汽車廠推出來的電動自行車，他們在這樣的布局，在所有的運輸工具的布局里面，電動汽車在過去做一批，到現在有一個部門專門做，事實上想把這樣的供應和產品給制造出來。
以這個為例，這是寶馬去年推出的Hybrid，你要有一個感測器，當你在騎行的過程中，它會對你的肌肉力量做一個電力的補助。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，續航力到100-150公里左右。這輛車子的單價歐洲也是不便宜。
這輛車在瑞士設計，這樣的輕型車的技術趨勢，大概有四樣，有更多的設計元素，可以看到它把關鍵的零件，電機和電池都是和車子做整體設計，more power，從過去城市用的車做到登山車。還有更長的續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候騎出去，做很多活動的時候，事實上所有運動的行為都可以做連接上傳。所有的不同的車子，不同的自行車事實上都有電動化，整個電動車、自行車的產業變成把自行車給電動化。這樣的市場和過去只做電動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年時間，容量的提升相對于過去在IT產業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商在這上面做的電池的規格可以看到。
我們也知道2014年、2015年，特斯拉有一個目標是做到很便宜，那時候給所有的電池廠一個題目，18650電池最重要的一點是高度自動化，自動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？那個時間點，你會發現每家電子廠給不同的建議。所以21700、20650、20700，目前大家很清楚，下一個標準是21700，應用端還是特斯拉先使用。我們可以看到，現在電池廠優先在這邊供應。
從3.5AH遇到材料的瓶頸往上提升，目前的做法往哪個方向走？目前以我們電動自行車的應用，從第一代到第三代整個能量的提升，到現在過渡到21700，事實上我們的目標希望這樣的電池能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，影響產品的壽命。3C產品300個循環加5%-8%，目前我們用的加進去的材料大概小于2%，甚至最多到3%。這邊在自行車大概是2-3年的壽命，但是對電動車來講是更大的挑戰，因為有10年的壽命，這邊部分有導入做使用，因為能量密度的提升。每個應用不一樣。
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。這個做了很大改變，過去18650，因為壽命關系做了很多東西，現在慢慢往高容量走，壽命更長，其實已經開始有很多的設計，會從雷射焊接的角度看所有的產品原件，因為壽命的關系，因為我們做的這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變得更多，這是新的設計里面可以看到。
這三家廠商在目前材料上的進展。這三家廠商有有些方面很大的進展，有兩家廠商做NCA Bace。這對綠色部分有很大的提升。紅色的部分是會影響到的，在有些方面必須做調整，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%，驗證到為什么現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。
負極材料，有一家公司進來，每家都有不同的方式。對于快速充電和快速放電，我們都知道這個材料在負極，對充電有很好的注意。唯一比較有影響的是Cycle Life。因為能量密度的提升，Separator上面有比較大的進展，怎么把它做得更薄，怎么把它和聚合物質做到更薄，這是非活性物質，能維持它安全的特性。這是一個方向。
我們用所謂的電容自行車看，目前用的電池大概是300WH，一般在市區行駛，在400、500WH，登山車是比較需要大功率的到700WH以上。當我們導入新的電池進來的時候，大家有兩個訴求，一是把能量做大，二是把電池做得更小，更看不到。所以兩個方向里面會讓21700的電池進來以后對產品產生比較大的作用，一個是volume、weight，大概有30%-40%，如果體積和容量固定，容量提升20%。當你在設計一個新電池，你定一個規格目標，怎么在市場里面起到作用，讓人家愿意用，當改善值小于10%、20%，這樣讓終端去改變規格是很難的。至少要20%的優勢，才會改變一個尺寸的規格。
電動自行車（小型車）的發展，從2017年開始，21700、18650兩個電池3.5AH，到今年導入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，300WH/KW。在我們做的部分是250WH/KG，這是目前市場上正在發生的狀況。
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，這個單車推出來的時候和電動沒有關系，就是自行車，這是很大的破壞性的創新。這樣的百花齊放的結果大家也看到后遺癥，最近慢慢整合，整合的結果是后面的后臺，現在有兩個應用最重要，一個是運輸，做市區里面運送食物的美團，第二個是打車的滴滴，這樣子的整合，有兩家會活下來，也很大，一個是OFO，一個是摩拜。下一個發展方向，上禮拜我到上海自行車展，看到整個趨勢是往E-bike走，這個量就很驚人，事實上正在發生。因為加了這些GPS，可以看到有很大的問題在于電池，因為現在是傳統的腳踏車，很多的電池鎖要么加太陽能板，要么里面放電池，過段時間要充電。當這臺車子機械結構，沒有任何電池的來源，有很多問題。當它變成電動自行車很多問題可以解決，這是下一階段大家準備好，從共享單車變成共享電單車，這個市場的巨大變化，電池市場也會有另外的作用。
以上是我的報告。謝謝！
（根據速記整理，未經嘉賓審閱）
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