想不到的汽車(chē)未來(lái)：動(dòng)力鋰電池

　　新能源電動(dòng)汽車(chē)最主要的部件是動(dòng)力電池、電動(dòng)機和能量轉換控制系統，而動(dòng)力電池要實(shí)現快速充電、安全等高性能，是技術(shù)門(mén)檻最高、也是利潤最集中的部分。

　　新能源汽車(chē)對電池要求很高，必須具有高比能量、高比功率、快速充電和深度放電的性能，而且要求成本盡量低、使用壽盡量長(cháng)。傳統的鉛酸電池、鎳鎘電池和鎳氫電池本身技術(shù)比較成熟，但它們用在汽車(chē)上作為動(dòng)力電池則存在較大的問(wèn)題。目前，越來(lái)越多的汽車(chē)廠(chǎng)家選擇采用鋰電池作為新能源汽車(chē)的動(dòng)力電池。

　　鋰電池具有以下優(yōu)點(diǎn)：體積小、質(zhì)量輕、工作電壓高（是鎳鎘電池、氫鎳電池的3倍）、比能量大（可達165WH/㎏，是氫鎳電池的3倍）、循環(huán)壽長(cháng)、自放電率低、無(wú)記憶效應、無(wú)污染、安全性好等優(yōu)點(diǎn)。

　　1 動(dòng)力鋰電池發(fā)展現狀

　　新能源汽車(chē)未來(lái)逐漸替代傳統汽油車(chē)已成為各國發(fā)展汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的共識，作為核心部件的動(dòng)力電池則更被企業(yè)和投資者看好。動(dòng)力電池是新能源汽車(chē)發(fā)展的關(guān)鍵：混合動(dòng)力汽車(chē)是目前最佳的過(guò)渡產(chǎn)品，但純動(dòng)力電池汽車(chē)是未來(lái)發(fā)展方向，核心技術(shù)在電池技術(shù)上的突破。

　　中國的新能源汽車(chē)電池產(chǎn)業(yè)起步雖晚于歐美日，但發(fā)展非?？?，在鋰電池的研發(fā)上也投入了大量財力、物力。國家863計劃設立了電動(dòng)汽車(chē)重大專(zhuān)項，中科院物理研究所、北京有色金屬研究院、中國電子科技集團公司第十八研究所等單位參加了該項目，分別開(kāi)發(fā)了EV和HEV用兩類(lèi)動(dòng)力電池，其中一些單位已采用了安全的錳體系正極活性材料?！笆晃濉?、863電動(dòng)汽車(chē)重大專(zhuān)項又對HEV、PHEV（外接充電式混合動(dòng)力汽車(chē)）、FCV（燃料電池車(chē)）用動(dòng)力鋰離子電池關(guān)鍵材料和電池的研發(fā)給予大力支持。

　　2 動(dòng)力鋰電池發(fā)展遇到的問(wèn)題

　　目前阻礙動(dòng)力鋰離子電池發(fā)展的瓶頸是：安全性能和汽車(chē)動(dòng)力電池的管理系統。

　　安全性能方面，由于鋰離子動(dòng)力電池具有能量密度大、工作溫度高、工作環(huán)境惡劣等方面的原因，加上以人為本的安全理念，因此，用戶(hù)對電池的安全性提出了非常高的要求。汽車(chē)動(dòng)力電池的管理系統方面，由于汽車(chē)動(dòng)力電池的工作電壓是12V或24V，而單個(gè)動(dòng)力鋰離子電池的工作電壓是3.7V，因此必須由多個(gè)電池串聯(lián)而提高電壓，但由于電池難以做到完全均一的充放電，因此導致串聯(lián)的多個(gè)電池組內的單個(gè)電池會(huì )出現充放電不平衡的狀況，電池會(huì )出現充電不足和過(guò)放電現象，而這種狀況會(huì )導致電池性能的急劇惡化，最終導致整組電池無(wú)法正常工作，甚至報廢，從而大大影響電池的使用壽命和可靠性能。

　　動(dòng)力鋰離子電池要得到很好的應用，技術(shù)上需要從材料、電池、管理系統、機械加工等多方面同時(shí)考慮。因此，需要鋰電子生廠(chǎng)商及下游企業(yè)通力合作，以電池為核心，對材料、管理系統等提出要求，形成一個(gè)產(chǎn)業(yè)群，更有利于技術(shù)的進(jìn)步和系統成本的降低。

　　3 動(dòng)力鋰電池材料分析

　　鋰電池材料可分為電極（正極/負極）材料、隔膜和電解液。正極材料是鋰電池的核心，目前以鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳鈷錳鋰和磷酸鐵鋰為主。負極材料則以石墨、固體碳粒為主；在正負極中間則是電池電解液和隔膜。

　　3.1 正極材料

　　此前，鋰電池成本之所以高于鎳氫電池，主要原因就在于其正極材料使用的是以貴金屬鈷為原料的鈷酸鋰，錳酸鋰和磷酸鐵鋰由于成本優(yōu)勢更為明顯；不過(guò)，與錳酸鋰相比，磷酸鐵鋰的容量密度更高，前者為100-115mAH/g，后者為130-140mAH/g;充放電壽命更長(cháng)，前者為500次以上，后者可達1500次以上；工作溫度區間更大，前者為0至50℃，后者則為-40至70℃。因此，在鋰離子電池中，磷酸鐵鋰電池最被看好。

　　在鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈目前的產(chǎn)能比較中，由于進(jìn)入壁壘較高，鋰電池正極材料的產(chǎn)能是最小的，這是整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈中最看好的一個(gè)環(huán)節。

　　3.2 負極材料

　　與正極材料相比，負極材料占鋰電池成本比重較低，而且國內已經(jīng)實(shí)現產(chǎn)業(yè)化，負極材料以石墨、固體碳粒為主。目前國內從事鋰電池負極材料生產(chǎn)的前三甲企業(yè)是中國國安、杉杉股份、長(cháng)沙海容，目前負極材料基本能夠滿(mǎn)足國內市場(chǎng)的需求，但隨著(zhù)新能源汽車(chē)的逐漸普及，未來(lái)這一塊的市場(chǎng)需求將出現巨大缺口。

　　3.3 電解液

　　國內電池生產(chǎn)商電解液配套也已基本實(shí)現國產(chǎn)化。電解液主要原材料為六氟磷酸鋰，占電解液成本的50%左右，其生產(chǎn)成本為10萬(wàn)元/噸，售價(jià)為40萬(wàn)元/噸，毛利率高達75%，但是，目前市場(chǎng)基本上被關(guān)東電化學(xué)工業(yè)、SUTERAKEMIFA、森田化學(xué)等幾家日本企業(yè)壟斷。因此，亟待解決鋰電池電解液最為關(guān)鍵的電解質(zhì)成分六氟磷酸鋰（LiPF6）的大規模生產(chǎn)問(wèn)題。只有此項關(guān)鍵技術(shù)取得突破，中國的汽車(chē)動(dòng)力鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈才能接近完善。

　　現在全球鋰電池電解液市場(chǎng)供求基本平衡，鋰電池對電解液要求比較高，但用量卻很少。比如一塊手機電池只用3克，比重很小，2000噸電解液可供生產(chǎn)6億塊手機電池。汽車(chē)動(dòng)力電池可就不一樣了，一輛車(chē)就要40公斤。電動(dòng)車(chē)一旦興起，將帶來(lái)電解液的爆發(fā)性增長(cháng)。

　　3.4 隔膜

　　隨著(zhù)新能源汽車(chē)的逐漸推廣，未來(lái)對動(dòng)力鋰電池材料的需求將得到引爆。隔膜系鋰電材料中技術(shù)壁壘最高的一種高附加值材料，毛利率通常達到70%以上，占了鋰電池成本的20-30%。按照計算，一輛汽車(chē)就可以用到一千到兩千平方米的隔膜。目前隔膜市場(chǎng)供應量嚴重不足，大部分依賴(lài)進(jìn)口，市場(chǎng)主要被日本旭化成工業(yè)、東燃化學(xué)，及美國Celgard把持。隔膜具有典型的“高技術(shù)、高資本”特點(diǎn)，而且項目周期很長(cháng)，投資風(fēng)險較大，國內企業(yè)的投資熱情并不高。

　　4 動(dòng)力鋰電池發(fā)展前景

　　據《2008-2010年中國新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)分析及投資咨詢(xún)報告》顯示，結合中國的能源資源狀況和國際汽車(chē)技術(shù)的發(fā)展趨勢，預計到2012年，新能源汽車(chē)年產(chǎn)量將達到100萬(wàn)輛，而預計到2025年后，中國普通汽油車(chē)占乘用車(chē)的保有量將僅占50%左右，而先進(jìn)柴油車(chē)、燃氣汽車(chē)、生物燃料汽車(chē)等新能源汽車(chē)將迅猛發(fā)展。

　　未來(lái)新能源汽車(chē)替代傳統汽車(chē)趨勢將成為必然，動(dòng)力鋰電池作為新能源汽車(chē)的“心臟”，將催生龐大的產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟效應，對電池原材料供應商和廠(chǎng)商來(lái)說(shuō)都是巨大的商業(yè)蛋糕。

　　預計到2012年，新能源車(chē)的年產(chǎn)量將達到100萬(wàn)輛，按每輛新能源汽車(chē)電池成本7萬(wàn)元，動(dòng)力鋰電池的正極磷酸鐵鋰材料52公斤，負極材料41公斤，電解液40公斤計算。100萬(wàn)輛混合動(dòng)力汽車(chē)將帶動(dòng)5.2萬(wàn)噸正極材料，4.1萬(wàn)噸負極材料，4萬(wàn)噸電解液的需求。對于國內電池廠(chǎng)商而言，這將是一個(gè)總產(chǎn)值700億元的大蛋糕。而如果按客車(chē)計算，這一數值還將提高3倍——每輛混合動(dòng)力客車(chē)的電池需求是轎車(chē)的4倍。