【文章內容簡介】 開發(fā)技術，動力電池和電機取得重要進展，部分產(chǎn)品基本滿足示范運行要求；部分產(chǎn)品實現(xiàn)了小批量生產(chǎn)和示范運營，正逐步向產(chǎn)業(yè)化推進。同時，初步形成了節(jié)能與新能源汽車技術標準體系和測試評價能力。圖16：“節(jié)能與新能源汽車”重大項目總體布局2．技術發(fā)展路線與動態(tài)電池目前常用的二次可充電電池包括鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池以及鋰離子電池。相對傳統(tǒng)的鉛酸以及鎳氫和鎘鎳電池而言，鋰離子電池的歷史雖然很短，但憑借其出色的性能在通訊、IT 等領域獲得廣泛應用，近年則在新能源動力市場嶄露頭角。圖17：各種電池性能比較鋰離子電池是指分別用二種能可逆地嵌入與脫嵌鋰離子的化合物作為正負極構成的二次電池。鋰離子電池反應是一種理想的可逆反應。充電時鋰離子從正極化合物中脫出經(jīng)過電解質嵌入負極，同時電子的補償電荷從外電路供給到負極，保證負極電荷平衡；放電時則相反，鋰離子從負極脫出，經(jīng)過電解質嵌入正極。動力鋰離子電池是以鋰離子電池為材料的一種高能量密度電池，是專門為機動車提供動力的鋰電池，具有零污染、零排放、能量密度高、體積小和循環(huán)使用壽命長等優(yōu)點，是國內外動力電池發(fā)展和應用的趨勢。圖18：鋰離子電池充放電原理圖 圖19：鋰離子電池內部構造圖（聚合物鋰電）鋰離子電池是代表未來發(fā)展方向的綠色能源電池，相比其他二次電池的性能優(yōu)勢主要表現(xiàn)在：?? 電壓高，是NiCd、NiH 電池的3 倍。?? 比能量大，目前能達到的實際比能量為100125Wh/kg 和240300Wh/L（2 倍于NiCd，）,未來隨著技術發(fā)展,比能量可高達150Wh/kg 和400 Wh/L。?? 循環(huán)壽命長,一般均可達到500 次以上,甚至1000 ,電池的使用期限將倍增電器的競爭力。?? 安全性能好,無公害,無記憶效應。鋰離子電池中不含鎘、鉛、汞等對環(huán)境有污染的元素：部分工藝（如燒結式）的NiCd 電池存在的一大弊病為“記憶效應”，嚴重束縛電池的使用，但鋰離子電池根本不存在這方面的問題。?? 自放電小，室溫下充滿電的Liion 儲存1 個月后的自放電率為10%左右，大大低于NiCd 的2530%，Ni、MH 的3035%。?? 可快速充放電，1C 充電是容量可以達到標稱容量的80%以上。?? 工作溫度范圍高，工作溫度為25~45176。C，隨著電解質和正極的改進，期望能擴寬到40~70176。C。隨著社會對環(huán)境保護、節(jié)能降耗的要求越來越高，鋰離子電池所具有的循環(huán)利用壽命長、環(huán)保節(jié)能的優(yōu)點愈加突顯，尤其是鋰離子電池成本不斷降低及安全性能不斷提高以后，鋰離子電池將在更多領域替代其他類型的電池，應用領域不斷拓寬。液態(tài)鋰離子電池出現(xiàn)較早，工藝路線相對成熟，成本較低，占據(jù)了當前90%成品鋰電池市場。但是聚合物鋰離子電池采用高分子電極材料或者膠體狀電解液，不需要厚重的二次包裝，相對液體鋰離子電池具有能量密度高，形狀任意，更輕薄，以及高安全性等多種明顯優(yōu)勢，是一種新型電池。隨著筆記本電腦、手機、DVD 等電器向移動化、便攜化方向發(fā)展，對電池的形狀和性能都提出了更高的要求。這些都給聚合物鋰離子電池提供了無限的商機。未來發(fā)展看好聚合物鋰離子電池。圖20：鋰離子電池主要組分常見材料動力電池是新能源汽車的核“芯”，動力電池的性能對新能源汽車的成功發(fā)展起著至關重要的作用。而正極材料的性能直接決定相應動力電池能否在電動汽車上有一個好的表現(xiàn)。新能源氣車動力電池應具有比能量高、比功率大、自放電少、價格低廉、使用壽命長及安全性好等特性。相應的正極材料也應滿足相同的要求。目前技術最成熟、應用最廣泛、商業(yè)化最成功的鋰離子電池正極材料是鈷酸鋰，而各國研發(fā)的重點則是能夠應用于電動汽車的動力電池用正極材料，比如鎳鈷錳酸鋰，錳酸鋰和磷酸鐵鋰等。圖21：主流正極材料性能參數(shù)圖22：正極材料參數(shù)和電動汽車表現(xiàn)的對應關系未來動力鋰電發(fā)展趨勢：降成本，提性能純電動汽車續(xù)行里程之長短取決于車載動力電池容量大小，性能上動力鋰電應滿足以下幾個方面：(1)較高的比能量和比功率；(2)優(yōu)良循環(huán)性，較長壽命（10 年左右）；(3)較快充電時間；(4)較寬的工作溫度范圍（30℃60℃）；(5)較高安全性能。圖23：各種電池性能比較圖24： 鋰電池成本解析 圖25： 鋰電池各部分投資回報率鋰離子電池的制造成本中，正極材料占比最高，將近一半。其次為隔膜，占比10%14%。負極材料占整個生產(chǎn)成本的515%。各部分投資回報率高低不一，其中隔膜制造的投資回報率最高，近70%，近3 年呈逐年上升趨勢。正極材料投資回報率最低，維持在17%的水平。圖26：主流正極材料比價國內正極材料生產(chǎn)廠家主要占據(jù)中低端市場，這個市場的特點是要求產(chǎn)品價格低廉、質量合格，但是相互之間競爭激烈?，F(xiàn)階段主要的正極材料廠家占有的市場份額相差不大。其中當升科技占據(jù)最大的市場份額，其次為湖南瑞翔和杉杉股份。圖27： 2009全球鋰電正極材料生產(chǎn)廠家占比 圖28： 2009中國鈷酸鋰正極材料生產(chǎn)廠家占比圖29： 國內外主要正極材料生產(chǎn)廠商動力電池成本有望通過規(guī)模效應降低。不同正極材料的原材料成本差異來自核心金屬的購置成本，不同于鈷酸鋰，錳酸鋰、磷酸鐵鋰中，該費用占成品電池成本比例極小。金屬原料的價格變化對錳酸鋰和磷酸鐵鋰正極材料生產(chǎn)廠家和終端電池廠家的利潤率影響甚微，生產(chǎn)廠家的原材料價格波動風險小。錳酸鋰和磷酸鐵鋰電池的成本主要來自于制造成本，未來可通過規(guī)模效益大幅降低。電動車電池成本占整車成本一半以上，電池成本降低，能有效拉低電動車價格，為電動汽車的大規(guī)模應用開道。動力電池核心原料磷酸鐵鋰專利帶來發(fā)展隱患。磷酸鐵鋰核心發(fā)明和應用專利均掌握在外國科研機構和公司手中，中國對其研發(fā)和專利申請相對較晚，隨著電動汽車產(chǎn)業(yè)興起，磷酸鐵鋰正極材料生產(chǎn)規(guī)模擴大，專利壁壘可能限制我國電動汽車的出口外銷。負極材料—電動汽車“芯”的另一半商用鋰離子電池大都采用碳材料做負極。金屬鋰是最早作為鋰離子電池負極的材料，但是金屬鋰在充放電的過程中不夠安全。1982 年伊利諾伊大學的研究人員發(fā)現(xiàn)鋰離子具有嵌入石墨的特性，此過程快速可逆且電池可獲得較高的工作電壓。之后的商用鋰離子電池大都采用碳材料做負極?？梢宰鳛殇囯x子電池負極的碳材料種類繁多，現(xiàn)階段研究的主要方向如下：石墨化碳材料、無定型碳材料、氮化物、硅基材料、錫基材料、新型合金和其他材料。圖30：負極材料分類比較圖31： 各類負極材料的市場占有率 圖32： 全球鋰電用負極廠家市場份額占比現(xiàn)階段全球負極市場份額集中在6 大廠家。負極材料相對正極占電池總成本低，且技術成熟，國內已經(jīng)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，基本能夠滿足國內市場的需要，其中國內行業(yè)前三甲是深圳貝特瑞，上海杉杉，長沙海容。深圳貝特瑞是中國寶安集團控股55%的子公司，是國內電池碳負極材料標準制定者，截止2010 年7 月，其碳負極年產(chǎn)能超過7000 噸，價格312 萬每噸不等，全球市場占有率12%，位居全球第四。目前負極以碳材料為主，未來看好鈦酸鋰。目前商品化的鋰離子電池負極材料大多是嵌鋰碳材料，由于可能在碳電極表面析出金屬鋰，與電解液反應產(chǎn)生可燃氣體混合物，由此給電池、特別是動力電池造成很大的安全隱患。低電位過渡金屬氧化物及復合氧化物作為鋰離子電池的負極材料引起了人們的廣泛注意，鈦酸鋰是其中廣受關注的材料之一。鈦酸鋰容量高，充放電體積變化小，能夠提高電池的循環(huán)性能和使用壽命。常溫下，高的擴散系數(shù)使得該負極材料可以快速、多循環(huán)充放電。作為動力鋰離子電池負極材料有著巨大的研究價值和商業(yè)應用前景。電解液：基本實現(xiàn)自給，電解質期待突破電解液是鋰離子電池的四大主要組成部分之一，是實現(xiàn)鋰離子在正負極遷移的媒介，對鋰電容量、工作溫度、循環(huán)效率以及安全性都有重要影響。通常電解液占電池重量和體積的比重分別為15％、32％，其對純度及雜質的含量要求非常高，生產(chǎn)過程中需要高純的原料以及必要的提純工藝。圖33： 電解液的生產(chǎn)工藝流程圖電解液還需與電極形成匹配關系，同一電極在不同的電解液中循環(huán)性能是不一樣的，為此，電解液生產(chǎn)企業(yè)必須與下游客戶密切配合，根據(jù)客戶要求設計、生產(chǎn)不同配方的電解液，從這個意義上，電解液配方和響應能力決定電解液廠商的競爭力。圖34：配方設計是電解液的關鍵電解液市場格局基本和鋰電池分布一致，主要集中在中、日、韓三國，并且行業(yè)表現(xiàn)出較高的集中度，前三家廠商日本宇都（Ube Industries），韓國第一毛紡會社（chiel）,三菱化學（Mitshubishi Chem）合計占電解液市場份額的70%左右，中國江蘇國泰下屬國泰華榮也占有一席之地，市場份額8％。目前我國電解液已基本實現(xiàn)自給，自給率超過80％，從對應客戶關系看，通常大型電解液廠商和幾個鋰電生產(chǎn)企業(yè)建立合作關系，部分電池廠商自制電解液，典型如比亞迪和臺灣能元科技（E－One）。圖表35：我國電解液產(chǎn)能較充足 單位：噸隔膜：和國際先進水平差距較大鋰離子電池隔膜被稱之為“第三極”，作用可見一般，主要有兩個方面：一方面起到分隔正、負極，防止短路的作用；另一方面，隔膜能夠讓鋰離子通過，形成充放電回路，因此鋰電隔膜應具備良好的絕緣性、較小的電阻、較好的化學穩(wěn)定性。動力鋰離子電池對安全性和大電流充放電性能要求較高，其對隔膜厚度要求相對較低，但對離子透過性及安全方面要求更為苛刻，通常需要具備更高的強度、保液能力、熔化溫度以及透氣性。圖36： 鋰離子電池隔膜的一般要求鋰離子電池隔膜主要為多孔性聚烯烴，可分為單層聚丙烯微孔膜(PP),單層聚乙烯微孔膜（PE）,乙烯、丙烯多層微孔膜。由于聚烯烴材料具有優(yōu)異的力學性能、化學穩(wěn)定性和相對廉價的特點，一直以來為隔膜加工的主要材料，也是未來動力鋰電隔膜的主導材料之一。隔膜生產(chǎn)具有高技術、投入大、建設周期長、投資風險大等特點，目前加工方法主要有干法（又稱熔融拉伸，MSCS）和濕法(又稱為熱致相分離法，TIPS），其中前者又可分為單向拉伸工藝（代表性企業(yè)有美國Celgard 和日本UBE）和雙向拉伸工藝（代表機構有中科院化學研究所），濕法工藝代表性公司有美國Entek,日本東燃等。從效果看，干法遜色于濕法，但濕法工藝較復雜，使用溶劑可能產(chǎn)生污染，成本也較高，目前世界大多采用干法拉伸隔膜。我們認為動力鋰電對隔膜孔徑均勻性、安全性要求更高，濕法工藝或將獲得更好的機會。由于電動汽車處于起步階段，全球尚無針對動力電池的成熟隔膜，但已經(jīng)成為了隔膜開發(fā)的熱點，如德國的Degussa 公司開發(fā)的有機底膜/無機涂層復合的鋰離子電池隔膜。對小型鋰電已處于劣勢的我國隔膜生產(chǎn)商，動力鋰電隔膜將是一個較大的挑戰(zhàn)。圖37： 干法和濕法隔膜比較 億平方米，由于較高的技術門檻，全球鋰離子電池隔膜主要集中在日本和美國，其中日本旭化成（Asahi Kasei E Materials）、美國Celgard 和日本東燃（Tonen）合計占據(jù)了77％市場份額。我國生產(chǎn)電池隔膜的厚度和孔徑的均勻度和國外還存在較大差距，國內所需的隔膜80％仍由進口滿足，現(xiàn)有生產(chǎn)設備為低成本的單層聚烯烴拉伸隔膜