【电动时代・一】“超级电池”指日可待 探究电动车成本极限
“我们很有信心，未来可以设计并量产只需2.5万美元的电动车……这是从我们创立公司之初就有的梦想。”美国电动车企业Tesla创办人马斯克（Elon Musk）在9月22日的“电池日”（Battery Day）说毕这句话，台下没有响起掌声，取而代之的是，如雷贯耳的汽车响按声。受限于社交距离防疫措施，这些响按声，都是获邀进入会场的车主透过其驾驶的Tesla Model 3所发出的。
疫情改变了各行各业的生态。零部件供应链复杂、需要高密集的工人和技术研发团队、极其依赖规模效益的汽车产业，在疫情下自然首当其冲──不过，唯独Tesla好像对病毒“免疫”，股价自年初至今已录得超过260%的惊人升幅。受Tesla带动，美股市场的电动车企业跟随受惠。中国两间“造车新势力”理想（Li Auto）和小鹏（Xpeng）今年先后在美国挂牌上市，连同两年前登陆美国资本市场的蔚来（NIO），令一众电动车股成为疫下牛市奇葩。显然地，三大中国电动车企云集华尔街，它们不会只满足于中国市场。
汽车产业作为现代工业标志，与绿色能源结合的蜕变转型趋势已没法逆转。问题是，积累了百年造车经验的老牌车厂，它们准备好了吗？
此为【电动车】系列报道第一篇。
7月1日绝对是汽车行业值得被记住的一天—成立才十七年的Tesla市值首度超越拥有逾八十年历史的丰田（Toyota），成为全球市值最高的汽车制造商。
除了向在场股东宣布Tesla大放异彩的生产表现之外，马斯克在9月22日的大会上提出两项公司愿景：第一是推动无钴电池（cobalt-free battery）的研发，并计划自家生产电池，打造真正属于Tesla控制范围以内的垂直生产模式；第二就是假以时日在无钴电池技术的基础上，量产售价能够低至2.5万美元（约19.4万港元）的大众型电动车款。
马斯克提到的无钴电池，是业界内公认的“超级电池”。只要无钴电池技术条件臻致量产应用，车载电池的生产成本将会大幅下降，从而降低电动车整体售价，刺激大众市场销售，实现电动车普及化。
突破价格瓶颈 试研无钴电池
现时所有电动车都是采用锂电池作为车载电池，不过，各大电池生产商研发的锂电池正极材料的“配方”各有不同，从而形成技术与价格竞争。
锂电池正极材料的组成，决定了电池容量、安全性和寿命。最常见的电动车锂电池由钴、镍、锰三元正极材料的金属氧化物所组成，称作“三元锂电池”。其中以钴元素的作用最为重要，其高能量密度的特性，让它能够在极小空间里储存大量能量，并防止电池过热，保持多次充放的电池稳定性，从而确保电池在车辆行驶期间安全稳定，并能驱动2,000多公斤重的电动车行驶数百公里。
钴元素除了材料特性得天独厚外，其另一特点在于珍贵稀有—全球超过六成钴储量集中在位处非洲的刚果民主共和国，它是电池所用到的金属之中最昂贵的一种。参考全球最大金属市场伦敦金属交易所（LME）的官方牌价，每公吨钴价值达3万至3.5万美元。
“钴被认为是战略性的化学元素，它的蕴藏量有限……电动车产量在可见的未来将呈快速增长，我担心最终会出现‘钴紧缩’（cobalt crunch）的状态，钴的供应完全追不上需求的膨胀。”专研电池技术的伯明翰大学（University of Birmingham）物理与天文学院教授兼法拉第研究院（Faraday Institution）研究员Gavin Harper向《香港01》说。
因此，若要突破电动车电池成本下限，需尽可能将电池含钴量减至最低。美国制Tesla Model 3现时采用的电池已经成功将含钴量大幅压缩至少于5%。业界现在追求的是：在不牺牲车辆充电安全和续航能力的前提下，完全不使用钴作电池材料。
今年初，中国电池制造商宁德时代与Tesla达成合作协议，为国产Model 3所提供的电池，就是属于无钴电池的磷酸铁锂电池（LFP）。因为采用了LFP电池，所以Tesla的中国版Model 3拥有下调价格的空间，以降低成本来提高Tesla在中国市场的竞争力。
Tesla现在与宁德时代合作研发的LFP电池是基于“cell-to-pack”（CTP）电池设计技术。Harper解释，常规电动车电池的制造工序是先将多个单体（cell）调集成一个单一物理模块（module），然后再将多个模块组合成电池包（即直接嵌入车体的车载电池）。譬如Tesla最初的50 kWh标准续航版Model 3，就是采用了四个物理模块组合成的电池包。但是，CTP技术可直接让多个单体组合成电池包，省却了当中的模块组合工序。
“CTP的概念是尽可能减轻电池内部非必要的重量，同时发挥（用于驱动车辆的）最大电池能量。” Harper说。
宁德时代声称，CTP能将电池包的能量密度提高10%至15%，电池占用空间压缩15%至20%，并将构成电池包的元件数量减少40%。这种设计还可让电池系统加速散热，从而令充电工作更高效。
除了宁德时代，各大电池厂商透过研究不同的电池材料配搭和精密机械技术，竞相研发出成本更低、重量更轻、污染更少、续航能力更高的“超级电池”，形成电动车产业框架内一个重要的子产业竞技场。跟电动车“母体”制造一样，电池厂之间的竞赛同样激烈。目前，锂电池市场主要由中国、日本和韩国的制造商瓜分（见下图），LG化学、松下、宁德时代、三星SDI等都与全球各大车厂签署了电池合作协议。
新品“循环设计” 有助废品回收
为了降低电动车电池成本，除了调整电池的制造方程式之外，还有另一途径，就是电池回收。
有份创办Tesla并担任首席技术官、现已离职的J. B. Straubel在2017年成立电池回收和电池材料公司Redwood Materials。该公司去年底与松下合作，在美国内华达州卡森市（Carson City）附近一处回收设施进行先导测试，目标是在今年内从Tesla的1号超级工厂回收可以产生超过1 GWh电力的电池废料，为逾一万辆Tesla供电。
Harper同意建立电池循环体系的重要性。他认为，车厂应从草拟车型蓝本那刻就要有“循环设计”（Design for Recycling）的意识，将最终产品处置（end of life，EOL）纳入车载电池设计的考虑因素当中。“以往有些车厂认为处理汽车废品是其他人的责任，它们设计新产品时只需考虑如何迎合顾客—追求吸引的成本价格、效能、续航力等。但是，确保车厂在产品研发初期阶段考虑EOL，有助我们更快过渡到锂电池的循环再生经济系统。”……
（节录）
上文节录自第237期《香港01》周报（2020年10月27日）《电池技术超前发展 驶进“电动时代”》。如欲阅读全文请按此试阅周报电子刊，浏览更多深度报道。