E229|从手工作坊到极致制造,中国动力电池靠什么构筑“护城河”
摘要
- 中国动力电池的起飞不是单一技术突破,而是政策先造需求、再为本土厂商留出成长窗口。 张从志把2009年“十城千辆”视为需求拐点;何倩然则指向2015年“白名单”,只有搭载本土电池的新能源车才能获得补贴,Panasonic、LG、Samsung SDI因此被挡在体系之外。到2023年,中国新能源汽车从第1,000万辆增至第2,000万辆只用了17个月,整车出口量也超过日本。
- 真正的护城河不是谁先发明材料,而是谁能把微米级制造做到PPB级。 电芯从材料、涂布到装配、Pack的误差会层层叠加,最终受制于容量最小的电芯这一“木桶效应”;Tier One厂商追求的是从PPM走向PPB,即“生产十亿个电芯才有一个电芯出问题”。最难的前段涂布决定了厚度、密度、粉尘和毛刺控制,也解释了为什么买齐设备仍复制不了CATL、比亚迪的良率。
- 中国已经不只是终端份额领先,而是覆盖了动力电池几乎所有关键工业环节。 2022年,中国正极材料出货占全球约70%,负极超过90%,隔膜83%,电解液超过86.7%;锂电设备国产率超过90%,关键工序国产化超过80%。何倩然形容中国企业已经进入“领跑并且在控速”的阶段,而美国像“很聪明但是不努力的学生”:原创技术多,却难把TRL、MRL从早期的Tier 1、Tier 2推到8—9。
- 低成本起步反而迫使中国企业拆解整条产线,把贫穷转化成了不可购买的工艺知识。 比亚迪用人工、夹具和装有干燥剂的小盒子替代日本设备,把约500万美元的产线压到14万美元;ATL花约100万美元获得贝尔实验室授权后遭遇产气问题,因为“不能随便就扔”,最终成为20多家被授权者中坚持解决问题的一家。何倩然的结论是,所有know-how都来自“real hands on”。
- 圆柱、刀片和方壳之争,本质是制造能力与应用边界的取舍,而非单一能量密度排名。 Tesla从7,000多节18650一路演进到21700、4680、tabless和结构电池,延续成熟圆柱产线;比亚迪则为刀片电池重做设备和工艺,用更高体积利用率保住LFP路线。方壳方案还为换电、回收和储能保留弹性,何倩然认为这比“把整个底盘都焊死”提供了更多选择。
- 固态电池仍是长期研发题,未来五至十年更可能形成规模变量的是钠离子电池。 嘉宾判断固态产业化“可能还是要等到2030年”,届时也难立即取代液态锂电;QuantumScape可能仍需约3个大气压外压,界面分离、断崖式衰减、供应链和新安全标准都未解决。相比之下,部分钠电配方不含锂、钴、镍甚至铜,聚阴离子体系据称可达约30,000次循环,适合静态储能。
- 欧美的可投资突破口可能不是复制中国湿法产线,而是换平台或缩短供应链。 何倩然看好的路径包括干法电极、直接锂提取和电池回收;Ascend Elements已从黑粉中提取碳酸锂,而Lithium Americas一个项目推进七八年仍未产出。Northvolt即使融资约200亿美元、拿到约500亿美元订单仍告失败,曾毓群对其问题的概括最锋利:“You use the wrong design, use the wrong process, and then you use the wrong equipment.”
精读
1. 三个拐点共同把技术试验推成了规模产业
杨璐把2023年视为市场信心的确认:中国第2,000万辆新能源汽车在广州下线,从第1,000万辆到第2,000万辆只用了17个月;同年整车出口量超过日本。她更看重的深层变化,是产业从“市场换技术”转向自主创新。
张从志把时间拉回2009年的“十城千辆”。早期技术和市场都不成熟,核心障碍是没有需求;政府以补贴“硬生生地创造需求”,企业、人才和资本才有理由进入,后续创新生态也才可能形成。
何倩然认为2015年工信部“白名单”更具决定性:只有安装本土电池的新能源车才能获得补贴,Panasonic、LG、Samsung SDI被排除。她估算当时补贴接近每千瓦时400美元,但也明确提醒“我不知道是不是准确”。
她将这套长期政策与美国比较:IRA到2022年才通过,力度不足且持续约两年;特朗普上台后很多政策又被推倒重来,OBBBA中也取消了很多电动汽车补贴。她的核心判断是,中国政策的连续性为本土电池厂提供了日韩厂商无法进入的成长窗口。
2. 中国已经从追赶进入“领跑并且在控速”
何倩然用马拉松描述国别位置:中国企业已“领跑并且在控速”,日韩处于稳定跟进却“心有余而力不足”的第二梯队,美国则掉队后谋求换赛道、换平台或重补基础。
中国的优势是深度覆盖:从锂、镍、钴、石墨,到正负极、电解液、隔膜,再到电芯、Pack和BMS,嘉宾认为中国是唯一能在所有关键环节同时规模商业化并持续迭代的国家。
杨璐给出的2022年数据把这种覆盖具体化:正极材料占全球出货约70%,负极超过90%,隔膜83%,电解液超过86.7%;锂电设备国产率超过90%,关键工序国产化超过80%。
全球前十大电池厂商的名单也在重排。张从志观察到,早期中日韩企业数量接近;2015年后CATL逐渐占据榜首,2020年或2022年后前三主要是CATL、比亚迪和LG,更多日韩厂商开始后退。
3. “手搓”不是落后笑话,而是中国工艺知识的起点
比亚迪早期既买不起日本设备,也承受不起漫长交付周期,只能用“人工加夹具”替代自动化。需要干燥室的工序,被改成装有干燥剂的小盒子,工人把手伸进去操作;这种产线后来仍拿到了Motorola订单。
当时一条日本全自动产线约需500万美元,比亚迪用半人工、半机械方式把成本压到约14万美元;工人月薪约60美元,而何倩然对比称,如今美国工程师的时薪可能就是60美元。
低成本之外,更重要的是学习方式改变。把整线拆成单个步骤后,工程师必须亲手理解材料、设备与工艺如何组合;何倩然称,所有know-how来自“real hands on,每一步每一步非常细致的了解和研究”。
ATL约花100万美元从贝尔实验室获得锂离子电池技术授权,却发现技术存在产气问题。因为“一百万means a lot”,团队无法放弃;何倩然称,在20多家license持有者里,ATL成为坚持解决核心问题并实现商业化的一家,随后才赢得Apple等消费电子客户。
4. 动力电池表面是化学,量产壁垒却是一致性
杨璐说,电池制造业内常称这是一种“微米级制造”。正负极、电解液、隔膜、制造和Pack中任何一处偏差都会叠加;汽车又要让成千上万个电芯协同工作,因此电压、内阻和容量必须高度一致。
最小容量电芯决定整个电池组的可用容量,形成“木桶效应”。早期车辆续航突然缩水、充电很快显示满格,往往与电芯一致性和制造水平不足有关,而不只是标称材料性能。
杨璐以Samsung手机电池爆炸为例,称其问题就是因为材料里面出现了较高含量的磁性异物;异物可能在使用中触发热失控。消费电子的不良标准或许还能以百万分之几十衡量,车用电池则必须继续压到百万分之几。
生产被分为三段:前段完成配料、混浆、涂布、烘干、辊压和分切;中段卷绕或叠片、焊极耳、装壳注液;后段化成、aging和分选。刘一鸣回忆,早期有些厂商甚至先把电池放一段时间,“不出事儿那就可以上车”。
5. 前段涂布是买设备也复制不了的核心工序
何倩然认为前段极片制造最难,尤其是涂布中的水分、毛刺、粉尘、浆料分散和厚度控制。美国初创公司(包括Tesla)会从中国进口一卷卷极片,再在本土完成卷绕和组装。
TDK收购ATL带来的关键资产,是其磁带业务积累的精密涂覆能力。磁带与电池极片都要求在超长柔性基材上控制亚微米级厚度、局部缺陷和颗粒团聚,工程逻辑“几乎是同一个问题”。
这套coating uniformity和process control把ATL的良率、可靠性与可复制性推到极致,也为后来CATL的制造体系提供基础。Tier One的区别不是能不能做出电芯,而是最终停在PPM还是走向PPB。
何倩然据此解释Northvolt困境:即使设备全部进口,没有fundamental理解、优化能力和几十年积累,也可能“每涂布一米材料都在亏钱”。设备是可购买资产,稳定良率不是。
6. 护城河来自上百家工厂的“集体工程优化”
何倩然借《Breakneck》的说法,把中国概括为“工程师治国”,美国则更像律师主导。同一代技术被几十家、上百家工厂从不同角度反复打磨,带来成本下降、良率提升和设备迭代,这就是“集体工程优化”。
她把中国工程师长期住厂、连续守工位,与美国五点下班、周末少工作及硅谷两年一跳槽的模式对照。她的结论是,制造know-how需要跨代累积,人员快速流动会让经验难以沉淀。
杨璐用比亚迪口罩项目展示能力迁移:工程师站在不停机的口罩厂旁边观察并画图,随后自制、改进设备;不到两个月,日产量达到约500万只,一度成为全球最大的量产口罩生产商。
工厂之间会保护最新工艺,但产业层面的知识仍极密集。一位Tesla员工在中国抖音搜索辊压机、涂布机能得到数千条结果,在美国TikTok上却什么也搜不到;刘一鸣打趣,若一个新产品的所有零件都能在淘宝或抖音搜到,投资人反而要警惕“内卷”。
7. 电芯形态之争,是历史路径与应用边界之争
比亚迪刀片电池的原理并不神秘:继续使用LFP,在有限Pack体积内改变电芯形态和排布,提高体积利用率。真正困难的是把超长电芯做出来,原有设备和工艺几乎都要重建;负责人宋华军称,难点是“原理想明白之后怎么把它实现出来”。
Tesla起步时可选方案有限,只能把7,000多节Panasonic 18650小圆柱装进车里,随后沿同一路线升级到21700、4680、tabless和结构电池。圆柱卷绕效率高、自动化成熟,小单体的波动也较容易被平均。
何倩然认为,方壳和刀片的体积利用率更高、尺寸可定制,还能服务换电、回收和电网储能。Tesla把大圆柱嵌入车的底盘并使其成为结构设计的一部分,整个底盘焊死后,却压缩了“把电池拿出来”的空间。
8. 常州用“四小时产业圈”把政策变成了供应链
2023年常州进入万亿GDP城市俱乐部,新能源是王牌产业。所谓“四小时产业圈”,是四小时内可配齐一辆新能源汽车绝大多数零部件;城北比亚迪、城南理想,再牵动传动、制动、转向、电气、仪表、灯具和汽车配饰等数千家企业。
当地提出“三率”:在路上的电车率,即新能源汽车占全部汽车的比例;建桩率;以及建光率。杨璐认为,这种指标体现了苏南“大政府主导”模式,地方干部对产业的理解直接影响执行速度。
常州很早押注理想,当时外界仍怀疑新势力能否造车。理想早期曾计划A0级低速车,政策收紧后迅速转向,直至理想ONE获得市场成功;当地政府也承认,在产品验证前“心里也没有把握”。
更早引进但失败的波士顿电池项目仍留下“种子”:一批干部由此研究电池产业。政府应该也投了几百亿元做地方产业投资基金;对蜂巢能源、中创新航等企业,常州会提出出资、迁总部,并以已有产业链等条件吸引其落地。
9. 宜宾证明“链主、人才、绿电”能从零造出集群
宜宾原有名片是五粮液和红茶,缺制造基础、人才、年轻人和产业链。杨璐认为,其特殊条件是国企占城市经济比重大,政府可以调动资源推动转型,体现“集中力量办大事”的效率。
宜宾先建大学城吸引年轻人,再请欧阳明高建立院士工作站,把科研资源、学生创业和世界动力电池大会带到当地。它不是先有完整产业再招商,而是同时补人才、科研与城市吸引力。
真正的链主是CATL:供应商会随主厂落地。宜宾以水电、绿电、低电价和高效服务争取项目;刘一鸣列举地方招商所需能力为“铜头、铁嘴、顺风耳、橡皮腰、茶壶肚、兔子腿”。
10. 重资产产业更需要集中资源,原创探索却不能预设答案
何倩然曾在Stanford会议上追问:美国为什么不能让DOE、VC共同选定钠离子等路线,“集中力量办大事”?现场的反馈是“你不能预测未来”,DOE应给每项技术公平竞争机会,而不是从上到下指定赢家。
她接受美国模式更容易孵化breakthrough技术,但强调电池极度capital intensive,实验室、pilot到commercial周期漫长。资金若分散给10到20条路线,每条只投一点,十年二十年后可能“一项技术都出不来”;很多VC也没有耐心持续输血。
11. 中国的“计划”发生在放大阶段,早期创新仍靠赛马
杨璐反对把中国路径简化成自上而下挑选唯一技术。早期目标是解决石油进口和能源安全,煤替油、电池等多条路线同时研究;不同专家各领方向,最后汇总,再由技术表现与市场决定去留。
陈立泉曾请求万钢让锂电池进入重大汽车专项,得到的回应是“你们锂电池就做嘛”。当时电池内部也有多种路线,锂电并非预定赢家,而是在赛马中跑通并被市场证明可行。
杨璐形容动力电池大会像“开家长会”:工信部官员像班主任一样逐项念市场份额、企业排名和国际差距,各发言人再汇报自主可控进度。这显示主管部门在路线逐渐明确后,会设定目标、追赶差距并推动规模化。
12. 固态电池的时间表每三年重写一次
何倩然的判断很直接:固态并非最近一两年才遇到瓶颈,而是“过去五十年一直在瓶颈当中”。很多大厂曾说2019年、2021年会量产,类似说法却“每三年会renew一次”。
定义本身也不统一:全固态、半固态以及液态电解液占10%还是5%,各家口径不同。嘉宾认为真正产业进展可能要到2030年前后,即使届时开始规模推广,也会与成熟液态锂电长期并行。
何倩然以QuantumScape这一公开公司检验宣传:现有锂电加入硅负极已可超过400、450甚至500Wh/kg,固态并不必然更高;其电芯可能仍需要约3个大气压外压,相当于“好几个人站在那么小片的电池上面”。
锂枝晶之外,锂金属界面可能在数十次循环后分离,随后出现“断崖式decay”。新材料供应链与现有液态体系重合度低,硫化物碰撞后还可能释放有毒气体;CATL、比亚迪持续研发,却没有承诺具体量产年份。
13. 钠离子电池比固态更接近供应链拐点
何倩然个人更看好钠离子,并称CATL、比亚迪都有战略布局;她判断未来五至十年,LFP目前超过30%、甚至达到一半的市场份额,可能被钠离子电池取代,但这一判断带有明确时间和规模条件。
钠电包括层状氧化物、普鲁士蓝PBA和聚阴离子等路线。部分配方不含锂、钴、镍,甚至不用铜,因此能绕开关键金属约束;这对锂资源仍依赖南美和澳大利亚的中国尤其重要。
供应链成熟速度超过她原先预期:CATL参与天目湖相关硬碳布局,硬碳项目投资达到约90亿元人民币;容百等头部正极材料公司也开始布局钠电正极。
聚阴离子体系中的NFPP被描述为与LFP类似的olivine structure,充放电几乎没有衰减。现有LFP能够做到约15,000次循环,而部分聚阴离子钠电据称可达约30,000次;能量密度较低,却很适合不移动的电网级储能。
14. AI数据中心把美国电网变成钠电的现实用例
何倩然认为美国汽车电动化动力较弱,因为oil and gas便宜;更急迫的是电网。大量基础设施建于1960年代并接近end of life,而新输电项目又常被“not in my backyard”、印第安人保护区或生态保护区拖慢。
即使在加州,洛杉矶一年也可能断电几十次。与此同时,Nvidia、OpenAI和Oracle等推动超级AI工厂建设,GPU集群带来上百兆瓦级功率尖峰和负载波动,进一步放大电网压力。
她认为最快且成本较低的方案,是把便宜solar和电池做成“plug and play,即插即用”,而不是等待核电、地热或大型输电工程完成。静态储能不追求车用级能量密度,更看重成本、寿命与安全。
钠电也可能更适合数据中心频繁的微量充放电,用来buffer负载变化;这是TDK Ventures看好钠离子储能,并将其与大型AI数据中心结合的核心应用逻辑。
15. 欧美补链应寻找shortcut,Northvolt则划出了失败边界
除钠电外,何倩然押注干法电极:既然湿法涂布的know-how和IP长期集中在中国,美国可通过totally different的平台绕开旧工艺。Tesla在Battery Day强调干法电极,AM Batteries也试图以此降低能耗和制造成本。
上游的另一条shortcut是直接锂提取与回收。Lithium Americas一个项目推进七八年仍未产出;Ascend Elements已在美国从回收黑粉提取碳酸锂,使一辆Tesla中的材料有机会反复进入后续车辆,而不是重走探矿、开矿和精炼全链条。
Northvolt拥有Tesla前VP Peter Carlsson领衔的团队,融资约200亿美元,并拿到约500亿美元订单,仍然破产。何倩然认为这对欧美private sector investment是重击,因为它证明“大而不倒”的资金、人才和订单组合仍不等于制造能力。
曾毓群对这类失败的概括是:“You use the wrong design, use the wrong process, and then you use the wrong equipment.” 何倩然由此判断,欧美下一步不仅要买中国设备,更要到CIBF等场合学习材料、工艺和工程知识。