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《奔驰利用量子计算机寻找新电池材料 生产更先进电动汽车电池》

  • 来源专题：中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
  • 编译者： 冯瑞华
  • 发布时间：2019-02-27

  • 据外媒报道，梅赛德斯-奔驰（Mercedes-Benz）的研发部门正在研究如何利用量子计算机发现未来十年内可用于电动汽车高级电池的新材料。梅赛德斯-奔驰北美研发中心开放创新主管Benjamin Boeser表示：“发现新型电池材料可开启价值十亿美元的机遇。我们可以用量子计算机模拟电池的实际行为，目前的计算机无法做到。”

    传统的计算机以0或1的形式存储信息，而量子计算机使用量子位（qubits）存储信息，即可同时以0和1的形式存储信息，也意味着量子计算机有潜力在不到一秒的时间内对大量可能的解决方案进行分类。

    目前还没有人制造出可用于大规模应用的量子计算机，但是世界各地的公司和政府都在大力投资，研发该项技术。根据科技研究公司高德纳咨询公司（Gartner Inc.）所说，到2023年，20%的机构将为量子计算项目制定预算，而2018年该比例不到1%。

    目前，梅赛德斯-奔驰和戴姆勒（Daimler）正与国际商业机器公司（IBM）的量子计算部门合作，目标是在未来5至10年左右，在某些用例中部署下一代计算能力。但是，目前投资规模尚未披露。

    戴姆勒与其他汽车公司一样，也在试验量子计算的可能应用。福特汽车公司（Ford Motor Co.）正在研究如何利用量子计算快速优化行驶路径，以及改善电动汽车电池结构。而大众汽车公司（Volkswagen AG）正在研发基于量子计算的交通管理系统，可能会作为一种商业服务提供给客户，此外，大众还对利用该技术研发更先进的电池感兴趣。

    如今，因为没有仿真软件，在电池研发和测试过程中，专家们需要首先构建电池原型。而量子计算机可帮助奔驰找到新电池材料或新的材料组合，从而为电池带来更好的电化学性能以及更长的生命循坏周期，但是目前仍处于早期阶段。其中一些创新可能还包括更安全、更节能、更环保的有机电池。

    去年晚些时候，戴姆勒表示其在全球电池生产方面的投资超11.3亿美元（约合75.7亿元人民币），以兴建9座电池厂。戴姆勒预计，到2025年，电动汽车销量将占奔驰总销量的15%至25%，到2022年，奔驰还将推出各种型号的电动汽车。此外，戴姆勒还在生产工厂中试验利用量子计算模拟各种焊接场景的可能性，如在出现质保问题之前，确定机器是否需要当场重新校准。

  • 原文来源：http://www.xincailiao.com/news/news_detail.aspx?id=436004
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  • 《谷歌与大众联手改善电动汽车电池：利用量子计算》
    • 来源专题：中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者：姜山
    • 发布时间：2017-11-10
    • 大众8日宣布与谷歌建立合作关系，利用量子计算技术，改善电动汽车电池等现有技术。 大众一直在大力投资电池研发，以支持从明年开始的扩大电动车生产计划。迄今为止，他们的努力主要集中在电池的实际生产及保证钴等稀有原材料上，但他们也在探索更多面向未来的选择，以提高电池的科技水平。 今天，大众宣布与谷歌建立合作关系，利用量子计算机改善电动汽车电池和其他交通工具的未来，如交通优化和新的机器学习过程。 量子计算仍处于起步阶段，但谷歌在这一领域已处于领先地位，今年早些时候，已允许AI研究人员访问量子计算机，以驱动应用程序的开发。 人们认为，人工智能和量子计算有可能解决材料科学难题，并有助于创造新材料来优化电池等现有技术。 今年早些时候，丰田宣布了一项类似计划，开发下一代电动汽车电池。 现在看来，大众也在通过与谷歌建立新伙伴关系来努力做到这一点。 马丁·霍夫曼（Martin Hofmann）是大众集团的首席信息官，他对合作关系的评价如下：“量子计算技术开辟了新的维度，标志着人类正在快速跟踪面向未来的几大课题。一旦量子计算实现商业化，我们大众想成为使用第一批在企业流程中使用该技术的公司。借助与谷歌的合作，我们已经朝着这个目标迈出了重要的一步。” 该公司表示，他们将把研究重点聚焦于“实际应用”，来自旧金山大众信息技术中心专家（即IT实验室）和慕尼黑的专家将“与谷歌的专家一道开发算法、模拟实验和优化模式”。 谷歌的量子人工智能实验室主任哈特穆特·内文（Hartmut Neven）也评论说：“大众已经在解决现实世界的重大工程问题上积累了大量专业知识，能够在量子计算方面与其合作，共同促进汽车行业的转变，对我们来说是一种荣幸。” 说到电池问题，大众专家计划利用与谷歌合作的机会“模拟和优化电动汽车和其他材料高性能电池的结构”。 目前，锂离子电池在电动汽车产业中占据主导地位，可由不同类型的化学品生产而成。锂离子技术还有改进空间，但研究人员也在寻找其他电池技术，像金属空气电池、固体形态电池或石墨烯电池，最终取代金属锂。
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  • 《电动汽车电池的“中场战事”：宁德时代、比亚迪血拼三星、松下》
    • 来源专题：光电情报网信息监测服务平台
    • 编译者：husisi
    • 发布时间：2020-07-06
    • 2020年6月10日，年轻的特斯拉超越百年老店丰田，股价一度突破1000美元，问鼎全球车企市值第一的宝座。这是汽车产业值得记住的一天，一个属于电动车的新时代已经到来。 然而，一年前的特斯拉，并没有像现在一样被看好。当时的特斯拉，股价曾经一度跌破200美元，眼看几乎就要失去资本市场的信任。尽管，当时特斯拉已经推出了更亲民的Model 3，并收获了大量的订单。但是，由于产能迟迟无法跟上，销量一直起不来。 制约产能的重要原因是特斯拉唯一电池供应商松下。马斯克在推特上直接指责松下，表示由于松下的生产效率不佳，才限制了Model 3的生产。松下CEO津贺一宏则直言，因为马斯克不断压榨成本，要求松下供应的动力电池不断降价。钢铁侠马斯克被卡住了“喉咙”，双方的矛盾一度激化，关系降至冰点。 2019年底，特斯拉上海工厂建成投产，松下不再是特斯拉的唯一选择。特斯拉先是牵手了韩国电池制造商LG化学，今年7月开始又将使用本土企业宁德时代的电池。 与特斯拉的合作，让宁德时代（300750.SZ）的股价又迎来了一波小高潮。截至6月24日，宁德时代报收171.5元，市值高达3785.2亿元，和两年前在创业板上市时的发行价25.14元相比涨了7倍。宁德时代的市值，也已经是中国最大的车企上汽集团的两倍。 成立于2011年的宁德时代，在过去十年伴随中国新能源汽车的高速发展而成长，抢得市场红利。宁德时代的成功也让比亚迪看到动力电池的巨大潜力，比亚迪转换思路调整开放的战略，并在2020年推出刀片电池。 动力电池是电动汽车的“心脏”，占据着一辆电动车三分之一以上的成本。电动化，是全球汽车行业的大势所趋。在未来十年，随着全球电动车市场规模的增长，电池产业也将驶向更加广阔的蓝海。 2019年，宁德时代凭借31.46GWh的装车量拿到了国内市场41.6%的市场份额，占据着半壁江山。然而，无论是比亚迪的反攻、日韩电池的参战，还是主机厂的战略转变、技术路线的争夺，都将让电池行业的竞争更趋向白热化。格局未定，动力电池中场战事，已经打响。 宁德时代的崛起 宁德时代的崛起，离不开工信部2015年发布的“动力蓄电池白名单”。这份名单，将日韩电池挡在了电动车补贴目录之外，不少国内的整车企业放弃了使用价格便宜且有一定品质保障的日韩电池，宁德时代和比亚迪等国内电池企业，迅速成为市场的“香饽饽”。 当时，国内动力电池供应一度十分紧张，一时间内不少新能源汽车企业买不到好的电池。优质动力电池的市场短缺让比亚迪看到了机会，为了保证新能源车在市场上的领先地位，比亚迪董事长王传福关闭了动力电池外销的通道。 这为比亚迪的新能源汽车获得了竞争优势，比亚迪不但不缺电池，品质也优于平均水平。 事实上，当时有新能源汽车企业找过比亚迪，探讨动力电池出售的可能性，但被比亚迪拒绝。“当时，动力电池产能必须优先保证自供。”一位比亚迪的高层告诉21世纪经济报道。 这一封闭策略，让比亚迪新能源汽车的销量迅速增长。但同时，也成就了宁德时代，两年内宁德时代的出货量和装机量大增。 2016年，宁德时代的动力电池出货量为6.72GWh，全球排名第三，位于松下与比亚迪之后。到了2017年，宁德时代出货量大涨73%，达到11.8GWh，成为全球第一。 宁德时代之所以能够超越老大哥比亚迪，另一个重要原因是在技术的选择上。 在过去的十年，动力电池经历了磷酸铁锂和三元锂电池主导的两个时代。简单来说，磷酸铁锂电池燃料热稳定性高更加安全、成本更低，并且使用寿命长，但缺点是电池能量密度低、续航能力较差。三元锂电池，则恰恰相反。 随着技术的进步、能量密度的提高，以及补贴政策对续航里程的标准调整，让市场对高能量密度追逐，这也让三元锂电池成为新能源乘用车市场的主流。 从近年来的发展方向来看，三元正极材料向高镍方向发展是趋势。宁德时代的NCM811电池指的是三元锂电池的正极材料镍、钴、锰三种金属比例为8：1：1的电池，与现在市面上常见的NCM523和NCM622电池相比，提高了镍的含量同时降低钴和锂的量。镍的比例增高，能够增加能量密度，但也带来了更加激烈的电化学反应，影响电池的安全性能。不过，由于减少了钴的用量，NCM811电池也将大幅降低电池的价格，对于车企来说，这样的电池极具吸引力。 “无论是否担心安全，阻止不了能量密度往前走。这是行业的趋势，也是市场需求。”有电池行业人士此前曾在接受21世纪经济报道采访时表示。 值得注意的是，近几年来电动车起火自燃事故的频发，也为行业敲响了警钟。业内担忧，这是过度追求高能量密度所带来的后果。而从三元锂电池的发展趋势来看，电池能量密度会继续提高，体积和能量都提升是不可逆转的趋势。 宁德时代在三元锂电池的市场优势难以撼动。想要对抗宁德时代，比亚迪需要一个新的切入点。这个切入点，就是主打“安全”的磷酸铁锂材料的刀片电池。 明争暗斗 2020年，一根钢针引发的争论，将比亚迪和宁德时代的明争暗斗摆在了台前。 3月29日，比亚迪在“刀片电池”的发布会上，对外公布了刀片电池顺利通过“针刺测试”的视频。“电池的针刺测试，就像我们攀登珠穆朗玛峰的难度。”当时，比亚迪股份副总裁、弗迪电池董事长何龙如此形容，以推介刀片电池的高安全性。 比亚迪公布的三种动力电池针刺对照测试结果显示：三元锂电池在钢针刺入后迅速冒烟、剧烈燃烧，表面温度超过500℃，电池表面的鸡蛋被炸飞；磷酸铁锂块状电池在针刺后虽然无明火，但是有烟，电池表面温度超200-400°C，电池表面的鸡蛋被烤焦；而比亚迪刀片电池无明火、无烟，表面温度只有30-60℃，电池表面的鸡蛋无变化。 “刀片电池将改变行业对三元锂电池的依赖，将动力电池的技术路线回归正道，并重新定义新能源汽车的安全标准。”比亚迪董事长王传福表示。 针刺测试，也引发了此前比亚迪和宁德时代你来我往的“隔空互撕”。宁德时代方面，多次发布自家三元锂电池包针刺测试短视频，证明自己同样能够实现针刺的技术。 宁德时代还表示，电池的安全贯穿在电池的整个使用过程中，是一项系统工程，包括电池的单体设计、系统集成、动态监控和系统防护等等。因此，宁德时代把重点放在了电池的整体安全。“从技术上说，电池包层面有更优化的安全解决方案，单体电池针刺测试的实际需求已不复存在。”宁德时代称。 不过，有业内人士分析认为，现阶段高续航仍然是消费者买车的重要因素。在短期内，三元锂电池的市场主流地位难以发生改变。 “从能量密度等方面看，磷酸铁锂电池始终有着局限性。比亚迪汉EV能够做到600公里的水平，已经非常不错。但是，从目前电动车的发展来看，消费者出于本能习惯性地更想购买续航里程更高的车。”有汽车业内人士对21世纪经济报道表示。 当然，刀片电池的发布也为正在开放外供渠道的比亚迪打开了局面。 “很多车企，都在和我们探讨关于刀片电池的合作，当然，其中也包括一些外国的公司。”6月3日，比亚迪汽车销售副总经理李云飞在比亚迪重庆电池工厂，接受21世纪经济报道记者采访时表示。 比亚迪的电池技术在业内有着较高的认可度。此前，奔驰和比亚迪就已经成立合资公司，生产腾势品牌汽车。技术合资过程中，奔驰最看中的，就是比亚迪的动力电池。 6月1日，工信部网站显示，长安福特申报的一款插电式混合动力车型，将搭载比亚迪子公司西安众迪锂电池有限公司生产的动力电池。这是比亚迪首次为一家主流跨国车企在华合资公司供应电池。 此外，2019年，丰田和比亚迪也宣布达成合作，将在中国成立合资的新能源汽车公司，生产丰田牌汽车，比亚迪供应电池。从目前公开的信息看，比亚迪依靠动力电池，在这家新的合资企业中占据了绝对主导权。 主机厂的博弈 不过，比亚迪的电池外供之路注定会充满挑战。比亚迪本身也是一家汽车制造公司，生产整车是其最大的业务。使用竞争对手生产的电池会不会带来风险，是车企需要衡量的问题。 事实上，近几年，汽车主机厂和电池厂商的博弈中，不少车企陷入被动，优质的动力电池供应商有着更高的议价权。这让主机厂对动力电池有着日益强烈的掌控欲。 然而，电池与传统机械产业不同，对汽车企业而言，动力电池确实属于“隔行”的产业，特别是电池的组成部分“电芯”，与传统的汽车制造业之间有着天然的行业壁垒。目前，从产业分工来看，大部分车企在动力电池领域主要自己做电池包（Pack）和电池管理系统（BMS），而电芯则从外部采购。 目前，车企与电池企业的合作主要有四种模式：第一种，与传统汽车的供应链体系一样，通过全球的规模性采购，有效控制成本。和汽车产业传统的供应链体系类似，为了摆脱过于依赖一家供应商，很多车企都分别找了多家供应商。第二种，主机厂与电池企业合作，成立合资公司，保障电池供应的稳定和产品品质，并且在与电池企业的深度合作中掌握部分核心技术，促进自我技术水平的提升，比如丰田和松下，宁德时代与上汽、广汽、一汽等国内车企。第三种，自我研发，较为外界熟知的就是比亚迪，但比亚迪本身是从一家电池企业转型做整车，存在一定的研发基础。长城汽车也成立了蜂巢能源，进行电池的研发。第四种，收购电池企业。2019年，大众投资9亿欧元收购瑞典公司Northvolt 20%的股权，并于今年斥资11亿欧元，收购合肥国轩高科26%股权，成为其第一大股东。 宁德时代方面告诉21世纪经济报道记者，动力电池厂和主机厂之间并非是简单的零部件制造与装配整合的关系，动力电池作为新能源汽车的核心部件，是主机厂定向开发中的重要一环，需要企业之间不断交换测试验证数据，提升电池稳定性。动力电池企业在服务整车厂的过程中，可以积累下大量的实践数据与解决办法，庞大的数据库将为后续的研发提供重要的支撑。 主机厂做电池研发有天生的便利性和数据可获得性。但是如果想进行量产，实验室技术走向商业市场的道路十分漫长，更需要大量的资本投入，因此有实力的整车厂或更偏向于PACK以及BMS的研发与制造，中小整车厂由于不具备规模化的优势，受制于成本，或仍将以采购为主，辅以和电池厂合资建厂或者展开研发共建等方式，以达到双赢的效果。 当前，电池技术处于快速迭代和变化的时期，动力电池的竞争，将会上升到产业链竞争的高度。整车企业要想在新能源汽车领域取得优势，必须持续在电池产业链的各个环节上深入布局。 车企布局动力电池，也面临诸多风险。“在布局电池业务过程中，对车企来说，面临的困难主要是资金分散压力和技术路线选择问题。”中关村新型电池技术创新联盟秘书长于清教表示。 从传统燃油向新能源汽车转变过程中，传统的汽车巨头不愿离开舞台中心。这也是大众之所以牵手国轩高科的重要原因。“如果要推进大众集团的电动战略，电池上业务的投资是非常重要的一点。”5月29日，大众汽车集团CEO迪斯接受21世纪经济报道记者采访时表示，“根据大众集团的计划，到2025年要在中国交付150万辆新能源汽车，对于电池产能有着巨大的需求。因此，大众需要有多家供应商布局，不光满足更大需求的增量，同时在风险管理上能够帮助我们做到更加地均衡。在大众未来的电池电芯供应格局当中，国轩高科将会成为不可或缺的重要一环。” 对国轩高科而言，与大众的深度捆绑，也是其重获市场机会的重要途径。 经过几年市场化的竞争之后，国内的动力电池行业的格局已经初步形成，“结构性产能过剩，但优质产能不足”，经历过一轮优胜劣汰过后，形成宁德时代和比亚迪两家龙头企业领跑的局面，但二三线电池企业的生存环境并不乐观。2018年，曾经的中国第三大电池供应商沃特玛爆雷，最终被淘汰出局，也印证着这个行业的残酷性。 动力电池行业具有明显的规模优势。一方面，补贴政策的收紧，主机厂面临着巨大的降本压力，对电池企业形成冲击。另一方面，市场的要求不断提高，如果没有充足的资金提高研发水平，技术一旦落后就会被时代抛弃。这是行业向高质量发展过渡的必然结果。 中日韩“三国杀” 随着新能源汽车补贴的退坡，日韩电池企业卷土重来，中国动力电池市场将进入更加激烈的竞争。从目前来看，中国的宁德时代、比亚迪，韩国的三星SDI、LG化学、SKI以及日本的松下，处于全球电池行业的第一梯队，形成中日韩“三国杀”的局面。 得益于中国庞大的市场基数以及本土产业链优势，宁德时代是目前利润率最高的电池企业，2019年的净利润高达45.6亿元。其他的龙头动力电池企业均处于低利润甚至亏损的状态。韩国的LG化学和三星SDI在2018年越过盈亏平衡点，SKI目前仍处于亏损期，预计2022年能够盈利。松下的电池业务的营业利润则整体仍为亏损。 如同依靠中国实现盈利的特斯拉一样，中国市场也将是日韩电池企业的重要一环。 今年一季度，松下和LG化学依靠向国产特斯拉供应电池，挤入中国动力电池第一梯队。虽然电池装车量和宁德时代还有较大差距，但是与比亚迪之间体量相当。 随着在中国产能的不断扩张，以及与更多的中国车企达成合作，日韩电池有可能改写动力电池的格局。 面对日韩动力电池企业在华发力，宁德时代方面表示：“我们的能量密度、充电速度、循环寿命等指标与外资竞争对手相比具有竞争力，成本上也具有外资竞争者不具有的规模采购、本地化供应优势。” 全国乘联会秘书长崔东树告诉21世纪经济报道记者，对本土电池企业而言，在更加激烈的竞争中，除了本土化优势之外，本土企业更需要的是在研发上下功夫。 在2019年9月的法兰克福车展上，宁德时代推出了全新的CTP高集成动力电池开发平台，由于省去了电池模组组装环节，较传统电池包，CTP电池包体积利用率提高了15%-20%，电池包零部件数量减少40%，生产效率提升了50%，电池包能量密度提升了10%-15%，将大幅降低动力电池的制造成本。 据宁德时代董事长曾毓群透露，宁德时代已开发出可以使用16年、200万公里的电池，“我们已经准备就绪，随时可以投入量产。此外，宁德时代也有无钴电池的技术储备。”他说。 对中国电池企业来说，更加重要的是走出去。 目前，海外电池市场主要由日韩电池企业占据，中国电池企业出口的规模较小。而面对汽车产业全球化布局的特点，中国的电池企业也在加快海外建厂的节奏，比亚迪和宁德时代都有进军欧洲的计划。 2019年10月，宁德时代位于德国图林根州的首个海外工厂正式破土开工，根据计划，宁德时代将在全球形成以德国为中心，美国、法国、日本、加拿大为基点的海外供应基地圈，从而推动全球化战略。 中国新能源产业的快速发展成就了宁德时代这样的巨头，但是中国电池产业早晚需要直面与国际巨头们的竞争。未来十年，动力电池行业将随着电动车市场规模的扩大，进入新一轮的放量期，中日韩龙头企业的较量，有可能形成真正意义上的行业寡头。对以宁德时代和比亚迪为代表的中国电池企业来说，战事进入中场阶段，考验才刚刚开始。
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