【文章內(nèi)容簡介】 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(guān)重要的作用。而正極材料的性能直接決定相應(yīng)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(yīng)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(yīng)的正極材料也應(yīng)滿足相同的要求。目前技術(shù)最成熟、應(yīng)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(yīng)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(yīng)關(guān)系未來動力鋰電發(fā)展趨勢：降成本，提性能純電動汽車?yán)m(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(yīng)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(fù)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(nèi)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(zhì)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(dāng)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(nèi)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(yīng)降低。不同正極材料的原材料成本差異來自核心金屬的購臵成本，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(fēng)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(yīng)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(yīng)用專利均掌握在外國科研機構(gòu)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(fù)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(fù)極。金屬鋰是最早作為鋰離子電池負(fù)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(xué)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(fù)極。可以作為鋰離子電池負(fù)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(fù)極材料分類比較圖31：各類負(fù)極材料的市場占有率 圖32：全球鋰電用負(fù)極廠家市場份額占比現(xiàn)階段全球負(fù)極市場份額集中在6 大廠家。負(fù)極材料相對正極占電池總成本低，且技術(shù)成熟，國內(nèi)已經(jīng)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，基本能夠滿足國內(nèi)市場的需要，其中國內(nèi)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(nèi)電池碳負(fù)極材料標(biāo)準(zhǔn)制定者，截止2010 年7 月，其碳負(fù)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(fù)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(fù)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(yīng)產(chǎn)生可燃?xì)怏w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(fù)合氧化物作為鋰離子電池的負(fù)極材料引起了人們的廣泛注意，鈦酸鋰是其中廣受關(guān)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(fù)極材料可以快速、多循環(huán)充放電。作為動力鋰離子電池負(fù)極材料有著巨大的研究價值和商業(yè)應(yīng)用前景。電解液：基本實現(xiàn)自給，電解質(zhì)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(fù)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(zhì)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(guān)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(shè)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(yīng)能力決定電解液廠商的競爭力。圖34：配方設(shè)計是電解液的關(guān)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(xué)（MitshubishiChem）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(yīng)客戶關(guān)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(guān)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(fù)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(yīng)具備良好的絕緣性、較小的電阻、較好的化學(xué)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(xué)性能、化學(xué)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(dǎo)材料之一。隔膜生產(chǎn)具有高技術(shù)、投入大、建設(shè)周期長、投資風(fēng)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(gòu)有中科院化學(xué)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(fù)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(rèn)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?qū)@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(fù)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(shù)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(nèi)所需的隔膜80％仍由進口滿足，現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)備為低成本的單層聚烯烴拉伸隔膜生產(chǎn)線，主要供應(yīng)中、低端市場。在我國涉及隔膜生產(chǎn)企業(yè)有河南格瑞恩，佛塑集團的金輝高科、杭州華容科技公司，桂林新時科技等，但均不具備動力電池隔膜的生產(chǎn)能力。圖38：電池產(chǎn)業(yè)相關(guān)企業(yè)電機電動機可以在相當(dāng)寬廣的速度范圍內(nèi)高效產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，在純電動車行駛過程中不需要換擋變速裝臵，操縱方便容易，噪音低。與混合動力汽車相比，純電動車使用單一電能源，電控系統(tǒng)大大減少了汽車內(nèi)部機械傳動系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)更簡化，也降低了機械部件摩擦導(dǎo)致的能量損耗及噪音，節(jié)省了汽車內(nèi)部空間、重量。電機驅(qū)動控制系統(tǒng)是新能源汽車車輛行使中的主要執(zhí)行結(jié)構(gòu)，驅(qū)動電機及其控制系統(tǒng)是新能源汽車的核心部件（電池、電機、電控）之一，其驅(qū)動特性決定了汽車行駛的主要性能指標(biāo)，它是電動汽車的重要部件。電動汽車中的燃料電池汽車FCV、混合動力汽車HEV 和純電動汽車EV 三大類都要用電動機來驅(qū)動車輪行駛，選擇合適的電動機是提高各類電動汽車性價比的重要因素，因此研發(fā)或完善能同時滿足車輛行駛過程中的各項性能要求，并具有堅固耐用、造價低、效能高等特點的電動機驅(qū)動方式顯得極其重要。電機驅(qū)動系統(tǒng)主要由電動機、功率轉(zhuǎn)換器、控制器、各種檢測傳感器以及電源等部分構(gòu)成。電動汽車電機的三種主要形式是異步電動機、永磁同步電動機和開關(guān)磁阻電動機。其中，異步電機主要應(yīng)用在純電動汽車，永磁同步電機主要應(yīng)用在混合動力汽車中，開關(guān)磁阻電機目前主要應(yīng)用在客車中。各種方案各有優(yōu)缺點，批量生產(chǎn)的可靠性和成本比方案本身更為重要。圖39： 電動機驅(qū)動系統(tǒng)的基本組成框圖電動汽車的整個驅(qū)動系統(tǒng)包括電動機驅(qū)動系統(tǒng)與其機械傳動機構(gòu)兩個部分。電機驅(qū)動系統(tǒng)主要由電動機、功率轉(zhuǎn)換器、控制器、各種檢測傳感器以及電源等部分構(gòu)成。電動機一般要求具有電動、發(fā)電兩項功能，按類型可選用直流、交流、永磁無刷或開關(guān)磁阻等幾種電動機。功率轉(zhuǎn)換器按所選電機類型，有DC/DC 功率變換器、DC/AC 功率變換器等形式，其作用是按所選電動機驅(qū)動電流要求，將蓄電池的直流電轉(zhuǎn)換為相應(yīng)電壓等級的直流、交流或脈沖電源。圖40： 車用電機及其控制器方案選擇圖41： 電機本體主要部件拆分圖（以三相異步電動機為例）電機類型及其特點電動汽車時速快慢和啟動速度取決于驅(qū)動電機的功率和性能，其續(xù)行里程之長短取決于車載動力電池容量之大小，選用各種系統(tǒng)取決于制造商對整車檔次的定位和用途以及市場界定、市場細(xì)分。如下圖所示，電機種類繁多，電動汽車電機的三種主要形式是異步電動機、永磁同步電動機和開關(guān)磁阻電動機。其中,異步電機主要應(yīng)用在純電動汽車(包括轎車及客車),永磁同步電機主要應(yīng)用在混合動力汽車(包括轎車及客車)中,開關(guān)磁阻電機目前主要應(yīng)用在客車中。目前在混合動力轎車中采用的基本都是永磁同步電動機，永磁同步驅(qū)動是未來的發(fā)展方向，主要因其能在控制方式上可實現(xiàn)數(shù)字化，在結(jié)構(gòu)上可實現(xiàn)電機與齒輪箱的一體化。目前國外電動客車用電機驅(qū)動系統(tǒng)目前以異步驅(qū)動為主；日本豐田公司的PRIUS 采用的永磁同步電動機功率已達(dá)到了50kW,新配臵的SUV 車型所用電機功率達(dá)到了123kW。優(yōu)劣的理論比較已經(jīng)有許多，各種方案各有優(yōu)缺點，批量生產(chǎn)的可靠性和成本比方案本身更為重要。圖42 各種電機分類各類電機性能比較電動汽車最早采用的了直流電機系統(tǒng)，特點是成本低、控制簡單，但重量大，需要定期維護。隨電力電子技術(shù)、自動控制技術(shù)、計算機控制技術(shù)的發(fā)展，三相交流感應(yīng)電機、永磁同步電機和開關(guān)磁阻電機顯示出比直流電機更為優(yōu)越的性能，目前已逐步取代了直流電機控制系統(tǒng)。就目前發(fā)展水平，各類驅(qū)動電機基本性能比較如下： 圖43：驅(qū)動電機系統(tǒng)的基本性能比較驅(qū)動電機是混合動力汽車和電動汽車的核心部件，在純電動車和燃料電池汽車上，它是唯一的驅(qū)動部件，在油電混合動力汽車上，它是實現(xiàn)各種工作模式的關(guān)鍵，直接影響油耗指標(biāo)、排放指標(biāo)、動力性、經(jīng)濟型和穩(wěn)定性。與一般工業(yè)用電機不同，用于汽車的驅(qū)動電機應(yīng)具有調(diào)速范圍寬、起動轉(zhuǎn)矩大、后備功率高、效率高的特性，此外，還要求可靠性高、耐高溫及耐潮、結(jié)構(gòu)簡單、成本低、維護簡單、適合大規(guī)模生產(chǎn)等。圖44：新能源汽車對驅(qū)動電機的要求汽車要求電機驅(qū)動系統(tǒng)有更高的性能，體積重量比密度更高等，為滿足以上嚴(yán)格甚至苛刻的要求，車用電機驅(qū)動系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展趨勢基本可以歸納為永磁化、數(shù)字化和集成化。全球范圍看，有刷直流電機、一般同步電機、感應(yīng)電機與有刷磁鐵電機商品化歷史最長，產(chǎn)品更新?lián)Q代不斷，迄今還在應(yīng)用。日本的電機產(chǎn)業(yè)化水平較高。近年來美、歐開發(fā)的電動汽車多采用交流感應(yīng)電機，日本則多采用永磁電機。國內(nèi)車用驅(qū)動電機行業(yè)現(xiàn)狀：電機業(yè)中的小行業(yè)、但制造門檻高；電機驅(qū)動系統(tǒng)還存在較多差距與不足，但國內(nèi)政策