863專(zhuān)家談鋰離子動(dòng)力電池的發(fā)展潛力

　　7月16～18日于北京舉行的“第十六屆中國電動(dòng)車(chē)輛學(xué)術(shù)年會(huì )暨第二屆電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰略研討會(huì )”上，中國國家“863計劃”動(dòng)力電池測試中心主任王子冬從市場(chǎng)和技術(shù)層面全面分析了全球鋰離子動(dòng)力電池的發(fā)展潛力。他指出，全球鋰離子動(dòng)力電池市場(chǎng)正處于一個(gè)重大轉型期，在電動(dòng)車(chē)（EV）市場(chǎng)需求帶動(dòng)下，預計該市場(chǎng)規模在未來(lái)5年內將超過(guò)2000億元人民幣。

　　王子冬首先以日產(chǎn)綠葉（Leaf）電動(dòng)車(chē)為例，介紹了鋰離子動(dòng)力電池的市場(chǎng)需求情況。該車(chē)將于2010年秋季上市，并計劃在2010年生產(chǎn)5萬(wàn)輛，2012年生產(chǎn)20萬(wàn)輛。以鋰離子動(dòng)力電池產(chǎn)量來(lái)看，每輛綠葉的電池容量為24kWh,20萬(wàn)輛的容量相當于48億kWh。這是目前全球手機鋰離子電池30億kWh市場(chǎng)的1.6倍。即一款汽車(chē)就可以完全改變整個(gè)市場(chǎng)狀態(tài)。目前，全球主要汽車(chē)制造商都已宣布要大規模生產(chǎn)采用鋰離子電池的電動(dòng)車(chē)，而日產(chǎn)只是其中一家而已。

誘人的行業(yè)前景吸引了業(yè)內外大量投資

　　王子冬指出，電動(dòng)汽車(chē)的量產(chǎn)為鋰離子電池產(chǎn)業(yè)帶來(lái)了重要的發(fā)展機會(huì )。按照上述測算，幾年之內，鋰離子動(dòng)力電池市場(chǎng)將超過(guò)全球手機鋰離子電池市場(chǎng)的規模。這種改變將引發(fā)相關(guān)制造設備和廠(chǎng)房的新一輪投資，同時(shí)，眾多新進(jìn)入鋰離子動(dòng)力電池及材料的廠(chǎng)商將使相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)競爭更趨激烈。

　　受到誘人行業(yè)前景的吸引，很多來(lái)自不同行業(yè)的廠(chǎng)商將目標定位在電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)，欲在鋰離子動(dòng)力電池商機中分一杯羹。

　　例如，索尼在2009年11月進(jìn)入了電動(dòng)汽車(chē)和大容量蓄電池領(lǐng)域，并表示未來(lái)幾年內將在量產(chǎn)設施上投資1000億日元。三洋電機將在2015年前投資800億日元，松下也準備在2012年前投入1230億日元。另外，三菱重工在其長(cháng)崎造船廠(chǎng)也投資了約100億日元建立實(shí)驗基地，準備從2010年開(kāi)始年產(chǎn)66MWh容量的鋰離子動(dòng)力電池。

　　針對動(dòng)力電池領(lǐng)域，LG化學(xué)公司投資了約10億美元；三星SDI和博世共同成立的SBLiMotive也投資了6億美元。美國陶氏化學(xué)和韓國KokamEngineering及其他合作伙伴成立了合資公司，投資6億美元，計劃針對電動(dòng)車(chē)和混合動(dòng)力車(chē)年產(chǎn)約6萬(wàn)塊的鋰離子動(dòng)力電池。

　　據王子冬介紹，中國的比亞迪和天津力神計劃將動(dòng)力電池生產(chǎn)容量提升至10億Wh。近期全國在動(dòng)力電池方面的投資總額約為22億美元。

鋰離子電池的應用市場(chǎng)將從手機轉向電動(dòng)車(chē)及智能電網(wǎng)領(lǐng)域

　　王子冬給出的一系列數據表明，電動(dòng)車(chē)市場(chǎng)規模將從2009年的250億日元，激增至2010的3000億日元，并將在2012年超過(guò)便攜式電子產(chǎn)品市場(chǎng)，達到15800億日元。2014年將達22500億日元。從上述數據可以看出，市場(chǎng)在5年內將增長(cháng)90倍。

　　他接著(zhù)分析表示，電動(dòng)汽車(chē)中的鋰離子電池容量比手機中的高出幾個(gè)數量級。例如，目前手機中的鋰離子電池容量約為2-3Wh，而單一混合動(dòng)力車(chē)電池組的容量約為1kWh，約為前者的500倍；電動(dòng)車(chē)為20kWh，是前者的近1萬(wàn)倍。

　　如果鋰離子動(dòng)力電池實(shí)現規?；慨a(chǎn)，價(jià)格將會(huì )大幅下降，預計將在2015年降到約人民幣3750元/kWh，這時(shí)將有條件進(jìn)入鐵路運輸和工業(yè)設備領(lǐng)域。

　　隨著(zhù)市場(chǎng)規模進(jìn)一步擴大，當價(jià)格降到約人民幣3750元/kWh時(shí)，鋰離子充電電池可考慮作為常備電池儲存電能，從而進(jìn)入成本敏感型市場(chǎng)。

　　另外，在太陽(yáng)能和風(fēng)能等可再生能源發(fā)電領(lǐng)域，大容量鋰離子電池可儲存電能，以保證電網(wǎng)穩定供電。而對于這種應用，目前只有硫化鈉電池一種產(chǎn)品。

　　綜上所述，大容量鋰離子電池的應用相當廣闊。2015年后，甚至可以進(jìn)入公共建筑和家庭。

　　中國電網(wǎng)公司也在積極開(kāi)展10MWh級的鋰離子電池儲能系統的試驗項目。

提高鋰離子電池能量密度

　　為了滿(mǎn)足電動(dòng)車(chē)等市場(chǎng)對鋰離子電池的需求，首先要研發(fā)新材料，以提升電池能量密度。近期目標是120Wh/kg，遠期目標是 500Wh/kg。

　　全球各電池廠(chǎng)商已經(jīng)對陰正極、負極材料、隔膜與電解質(zhì)等關(guān)鍵元件做出選擇。通常，廠(chǎng)商們選擇的是日本廠(chǎng)商開(kāi)發(fā)的材料。

　　據王子冬介紹，日立制作所與日立車(chē)輛能源于2010年1月開(kāi)發(fā)出了插電式混合動(dòng)力車(chē)的鋰離子動(dòng)力電池，能量密度為120Wh/kg，在SOC為50%時(shí)，輸出功率密度為2400W/kg。

　　在開(kāi)發(fā)中，為了提高能量密度，調整了原來(lái)電池中的電極活性物質(zhì)成分和電極厚度。為提高輸出功率密度，將導電材料碳調整為電流易流通的材料，降低了電極的內部電阻。電池容量達25Ah，正極采用了錳（Mn）類(lèi)材料，負極用的是碳材料。隔膜材料用耐熱陶瓷取代了原來(lái)的聚乙烯，保證隔膜在200℃高溫下不會(huì )收縮，并可防止正負極短路。同時(shí)，模擬分析了電池結構及振動(dòng)等，提高了抗振性能。并通過(guò)調整集電結構，確保了可靠性。

　　另外，日立最新一代混合動(dòng)力車(chē)鋰離子動(dòng)力電池的輸出功率密度已達4500W/kg，為散熱性更好的方形結構，正極采用錳（Mn）類(lèi)材料，負極是非晶碳材料。

　　王子冬表示，目前鋰離子動(dòng)力電池在車(chē)上占用的空間較大，成本很高，且能量密度僅為90～120Wh/kg，仍然無(wú)法滿(mǎn)足電動(dòng)車(chē)長(cháng)距離出行的需要。因此，各電池廠(chǎng)商仍需進(jìn)一步改善能量密度、輸出功率密度、成本與安全性。希望能在2015年～2020年開(kāi)發(fā)出能量密度達200～300Wh/kg的第二代材料。

主要材料體系特點(diǎn)分析

　　目前，全球廠(chǎng)商正在研究的主要材料體系包括：

　　1．磷酸鐵鋰正極材料的五年定型和一致性工藝研究。材料安全性好，壽命長(cháng)。主要為美國專(zhuān)利。

　　2． 長(cháng)壽命錳酸鋰材料研究。通過(guò)摻雜和生產(chǎn)工藝改進(jìn)，提高高溫穩定性。材料價(jià)格低，比能量高。目前工藝技術(shù)和設備由日本廠(chǎng)商掌握。

　　3． 鈦酸鋰材料作負極的研究。提高比能量，降低成本。材料安全性好，壽命長(cháng)，充放電比功率高。主要為美國專(zhuān)利。

　　4．混合電容—電池的結構和工藝研究。材料壽命長(cháng)，充放電比功率高，價(jià)格低，安全性好。目前中、日、韓均在進(jìn)行此項研究，中國已有產(chǎn)品問(wèn)世，不存在國外專(zhuān)利保護問(wèn)題。

圖1 電容電池技術(shù)的發(fā)展