电动车锂电池技术.docx

中国电动汽车产业关键点：电池技术之忧相关专题： 电子资讯 时间：2011-07-11 14:27 来源： 华强电子网      4月11日，杭州一辆电动出租车当街起火，烧地只剩空壳。12日，杭州宣布，全市电动出租车全部停运并开始大检查。经调查，电动车自燃原因并不复杂，6月8日官方公布的调查结果称，"电池单体设计、制造方面不存在质量问题，而是电池成组后不能完全满足车辆使用环境的需求，由局部短路引发的事故。    就在"中国第一起纯电动汽车自燃事件"调查结果出炉的半个月后，由国家工信部装备工业司组织的一项针对节能与新能源汽车发展现状的调研在全国范围内展开。从6月22日起，国内62家整车、68家动力电池和关键材料、48家驱动电机、32家电池管理系统，超过210家相关企业的负责人陆续接到了来自中国汽车工程学会（本次调研的承担方）的调研问卷。而在此之后至今年9月，由北京出发的调研小组的足迹还将遍布大江南北。    在饱受关注的节能与新能源汽车产业发展规划（2011-2020）（以下简称规划）出台前夕，这样一次规模空前的带有"摸底"性质的调研活动耐人寻味。    没有人去揣测"自燃"和"调研"之间的必然联系，就像没有人怀疑电动车将成为人类未来出行的主宰，但现实是，以国内现实的动力电池技术水平能足以支撑起规划中绘就的那片天空吗？    领跑的磷酸铁锂    对于那份自称在"已全面完善电池成组技术和成组工艺，提高成组电池的绝缘性能，并增强固定性后恢复的运营"的自燃调查报告，王同（化名）并不认可。    “即便不是电池单体问题，这件事情的发生同样暴露了电动车电池技术的不成熟，出现这样的情况，一点不让人意外。”王同现在供职于一家国内磷酸铁锂电池生产厂家，而这家公司正是此次工信部调研的68家动力电池企业之一，也是一汽、奇瑞和吉利等国内整车企业新能源汽车的主要配套商。“本来谈好与几家车企的合作，也因为这事儿（指杭州电动出租车自燃）的出现令合作计划暂时搁浅。”    虽然没有明显迹象表明磷酸铁锂电池的前景会因自燃事件而黯淡，但王同依然担心公司的业务会因此受阻。    事实上，以磷酸铁锂为电池正极的锂离子动力电池在目前国内电动车产业中的地位还无法撼动。申银万国的一份动力电池行业研究报告显示：目前国内已经公布的17款混合动力和纯电动车型中，有11款搭载了锂离子电池，而其中磷酸铁锂电池又占了绝大多数。    国内电池厂家之所以青睐磷酸铁锂电池，在于它拥有高放电功倍率、可快速充电且循环寿命长（2000次以上），在高温高热环境下的稳定性高（300摄氏度高温以上才有安全隐患），具备很好的安全边际的技术特点。而这些数据几乎是当下电动车业界最为关心的全部可快充意味着使用的便捷性，循环寿命长则代表电池的使用年限。    而更为关键的是，在固有上述技术特点的前提下，面对国内电动车市场前景为企业带来的巨大的盈利能力。以一家年产200吨磷酸铁锂正极材料的小厂为例，其生产设备投资只需220万元（不包括检测设备仪器），而其一年的产值却高达3000万元。    国联证券的一份研究报告表明，以磷酸铁锂为正极材料的锂离子电池，其毛利率高达40%70%，远远超过作为正极材料的锰酸锂和钴酸锂（毛利率分别为30%50%、20%）。    技术，还是技术    但即便如此，磷酸铁锂电池到目前为止仍无法成为电动车产业的火箭助推器，其根本原因还在于成本（当然，整个动力电池产业都面临同样的问题）。    “一块磷酸铁锂的成本价是10-12元，市场售价约20元，之前我们与一家车企合作，为一款电动车提供电池配套，装了6000块磷酸铁锂电池。”王同说，尽管该车型未必量产，但该车的制造商仅在电池方面的成本就已达到12万元。    华夏时报“中国电动车产业调查问卷”结果显示：有37%的被调查者认为，提高电池技术水平、降低购买成本是推动电动汽车市场化的最有效手段。    然而，提高技术水平、降低成本决不是一蹴而就的事情。    “磷酸铁锂电池成品率低、批次间稳定性（即一致性）差是制约成本下降的关键因素。”国内一家锂离子电池企业的技术人员称，“如果磷酸铁锂电池的成品率能够提高到90%，那么成本会降低50%左右。”    “6000块（磷酸铁锂电池）有些夸张，但一个电池组至少需要上百块电池。同时保持这么多单体电池的性能一致，难度较大，而一致性又影响到电池组整体寿命。”这位技术人员说，目前的条件下制作出来的电池一致性不佳，导致出现了单体电池寿命超过2000次而电池组寿命只有500次的情况。“磷酸铁锂在高温制备过程中，二价铁容易被氧化，晶体的生长也较难控制。如何在热处理的过程中防止二价铁的氧化是提高成品率的关键点。”    这样的描述或许过于专业，但国内磷酸铁锂电池的技术现状的确不容乐观。在德意志银行两年前发布的一份关于“整车企业最愿意与哪些企业合作开发汽车锂电池”的调研结果中，中国的锂电池生产企业无一家入围。     决定成本的还有隔离膜。在构成锂离子电池（包括磷酸铁锂）的成本中，正极材料、隔离膜约各占1/3。虽然河南环宇公司提供的数据显示，目前国内企业生产的隔离膜每平方米售价6元，而进口隔离膜每平方米12元，但进口隔离膜依然在市场上占主导地位。根据国联证券的一份研究报告，国产隔离膜从2005年才开始上市，但主要供应给如数码电子产品等低端市场。     “国产隔离膜相比国外优秀隔离膜的主要区别在国产的均一性差，使用国产隔离膜会导致电池质量不稳定。”河南环宇董事长李中东称，隔离膜技术没有想象的那么难，但却需要很长时间的技术经验积累。对于当下国内投资热情高涨的隔离膜产业，李表示，不管花多少钱，都很难一下把国外技术全部引进，“经验积累很多时候是钱买不来的。”    绕不开的专利墙    “专利技术肯定不会卖掉的，人家宁愿去融资也不会卖。”一位不愿具名的国内某重点院校研究所所长，道出了阻碍国内电池产业发展的更大壁垒专利。    “我们只是跟风，比别人价格便宜就行了，但这些都不够。日产LEAF（聆风）在电机、电控方面也没有创新，但聆风的电池组结构是刀片式，而国内还是像传统蓄电池一样采用块式的。试问，如果刀片式结构未来取得成功，而中国人一旦做了，是否会涉及专利侵权？”    此言并非危言耸听。实际上，李中东和国内几家电池生产企业两个月前刚刚与磷酸铁锂电池的专利持有者打了一场官司。"一审判我们赢。"李称。    关于磷酸铁锂电池的专利之争已延续了整整十年，牵动了美国、日本、德国、加大拿等多个国家和企业，而今天中国电池公司也加入到了这一乱局之中。    李中东透露，今年3月，在中国电池工业协会的带领下，包括环宇、力神和比亚迪等国内10家电池制造商一同对加拿大魁北克公司（磷酸铁锂电池的商业授权机构，美国德州大学拥有原始专利）提出诉讼，诉讼的焦点在于磷酸铁锂电池原理是否属于专利保护范畴。    5月份的一天，北京市中级人民法院一审判决中方获胜，这意味着至少在现阶段，中国像欧洲企业一样，可以自由研发、生产磷酸铁锂电池。    对于一审胜诉，李中东称在预料之中，“磷酸铁锂制造原理跟酿酒有些像，各种酒类由酒精、水和杂质构成，磷酸铁锂也一样，材料中包含10%-15%的杂质，正是杂质的不同，导致电池性能和寿命的不同，但美国人不能因此不让中国人用。”李中东称，一审败诉后，魁北克公司已要求代理律师再次提出诉讼。这场专利之争在中国仍在延续，“到底什么时候终审我们也不清楚，我们要先在中国赢，未来把官司打到国外去。”    虽然李中东没有说，但让环宇他们一审胜诉的原因还有德州大学目前只申请了美、日、德、英、法、意、加七国的专利保护，并没有在中国申请专利。申银万国的分析师担心，未来，中国生产的磷酸铁锂电池一旦出口美国，会遭遇专利风险。    与国外主流企业相比，国内电池企业"原创专利"稀缺，在此基础上的再开发式的“实用新型”专利繁多，“一旦市场规模起来，就像当年的VCD，专利拥有企业将从每台国产VCD中抽成。”上述研究所所长对电池产业的未来不无担忧。不能完全满足车辆使用环境的需求，由局部短路引发的事故。”    就在“中国第一起纯电动汽车自燃事件”调查结果出炉的半个月后，由国家工信部装备工业司组织的一项针对节能与新能源汽车发展现状的调研在全国范围内展开。从6月22日起，国内62家整车、68家动力电池和关键材料、48家驱动电机、32家电池管理系统，超过210家相关企业的负责人陆续接到了来自中国汽车工程学会(本次调研的承担方)的调研问卷。而在此之后至今年9月，由北京出发的调研小组的足迹还将遍布大江南北。    在饱受关注的节能与新能源汽车产业发展规划(2011-2020)(以下简称规划)出台前夕，这样一次规模空前的带有“摸底”性质的调研活动耐人寻味。    没有人去揣测“自燃”和“调研”之间的必然联系，就像没有人怀疑电动车将成为人类未来出行的主宰，但现实是，以国内现实的动力电池技术水平能足以支撑起规划中绘就的那片天空吗？    领跑的磷酸铁锂    对于那份自称在“已全面完善电池成组技术和成组工艺，提高成组电池的绝缘性能，并增强固定性后恢复的运营”的自燃调查报告，王同(化名)并不认可。    “即便不是电池单体问题，这件事情的发生同样暴露了电动车电池技术的不成熟，出现这样的情况，一点不让人意外。”王同现在供职于一家国内磷酸铁锂电池生产厂家，而这家公司正是此次工信部调研的68家动力电池企业之一，也是一汽、奇瑞和吉利等国内整车企业新能源汽车的主要配套商。“本来谈好与几家车企的合作，也因为这事儿(指杭州电动出租车自燃)的出现令合作计划暂时搁浅。”    虽然没有明显迹象表明磷酸铁锂电池的前景会因自燃事件而黯淡，但王同依然担心公司的业务会因此受阻。    事实上，以磷酸铁锂为电池正极的锂离子动力电池在目前国内电动车产业中的地位还无法撼动。申银万国的一份动力电池行业研究报告显示：目前国内已经公布的17款混合动力和纯电动车型中，有11款搭载了锂离子电池，而其中磷酸铁锂电池又占了绝大多数。    国内电池厂家之所以青睐磷酸铁锂电池，在于它拥有高放电功倍率、可快速充电且循环寿命长(2000次以上)，在高温高热环境下的稳定性高(300摄氏度高温以上才有安全隐患)，具备很好的安全边际的技术特点。而这些数据几乎是当下电动车业界最为关心的全部可快充意味着使用的便捷性，循环寿命长则代表电池的使用年限。     而更为关键的是，在固有上述技术特点的前提下，面对国内电动车市场前景为企业带来的巨大的盈利能力。以一家年产200吨磷酸铁锂正极材料的小厂为例，其生产设备投资只需220万元(不包括检测设备仪器)，而其一年的产值却高达3000万元。    国联证券的一份研究报告表明，以磷酸铁锂为正极材料的锂离子电池，其毛利率高达40%70%，远远超过作为正极材料的锰酸锂和钴酸锂(毛利率分别为30%50%、20%)。    技术，还是技术    但即便如此，磷酸铁锂电池到目前为止仍无法成为电动车产业的火箭助推器，其根本原因还在于成本(当然，整个动力电池产业都面临同样的问题)。    “一块磷酸铁锂的成本价是10-12元，市场售价约20元，之前我们与一家车企合作，为一款电动车提供电池配套，装了6000块磷酸铁锂电池。”王同说，尽管该车型未必量产，但该车的制造商仅在电池方面的成本就已达到12万元。    华夏时报“中国电动汽车产业现状调查问卷”结果显示：有37%的被调查者认为，提高电池技术水平、降低购买成本是推动电动汽车市场化的最有效手段。    然而，提高技术水平、降低成本决不是一蹴而就的事情。    “磷酸铁锂电池成品率低、批次间稳定性(即一致性)差是制约成本下降的关键因素。”国内一家锂离子电池企业的技术人员称，“如果磷酸铁锂电池的成品率能够提高到90%，那么成本会降低50%左右。”    “6000块(磷酸铁锂电池)有些夸张，但一个电池组至少需要上百块电池。同时保持这么多单体电池的性能一致，难度较大，而一致性又影响到电池组整体寿命。”这位技术人员说，目前的条件下制作出来的电池一致性不佳，导致出现了单体电池寿命超过2000次而电池组寿命只有500次的情况。“磷酸铁锂在高温制备过程中，二价铁容易被氧化，晶体的生长也较难控制。如何在热处理的过程中防止二价铁的氧化是提高成品率的关键点。”    这样的描述或许过于专业，但国内磷酸铁锂电池的技术现状的确不容乐观。在德意志银行两年前发布的一份关于“整车企业最愿意与哪些企业合作开发汽车锂电池”的调研结果中，中国的锂电池生产企业无一家入围。    决定成本的还有隔离膜。在构成锂离子电池(包括磷酸铁锂)的成本中，正极材料、隔离膜约各占1/3。虽然河南环宇公司提供的数据显示，目前国内企业生产的隔离膜每平方米售价6元，而进口隔离膜每平方米12元，但进口隔离膜依然在市场上占主导地位。根据国联证券的一份研究报告，国产隔离膜从2005年才开始上市，但主要供应给如数码电子产品等低端市场。    “国产隔离膜相比国外优秀隔离膜的主要区别在国产的均一性差，使用国产隔离膜会导致电池质量不稳定。”河南环宇董事长李中东称，隔离膜技术没有想象的那么难，但却需要很长时间的技术经验积累。”对于当下国内投资热情高涨的隔离膜产业，李表示，不管花多少钱，都很难一下把国外技术全部引进，“经验积累很多时候是钱买不来的。” 绕不开的专利墙    “专利技术肯定不会卖掉的，人家宁愿去融资也不会卖。”一位不愿具名的国内某重点院校研究所所长，道出了阻碍国内电池产业发展的更大壁垒专利。    “我们只是跟风，比别人价格便宜就行了，但这些都不够。日产LEAF(聆风)在电机、电控方面也没有创新，但聆风的电池组结构是刀片式，而国内还是像传统蓄电池一样采用块式的。试问，如果刀片式结构未来取得成功，而中国人一旦做了，是否会涉及专利侵权？”    此言并非危言耸听。实际上，李中东和国内几家电池生产企业两个月前刚刚与磷酸铁锂电池的专利持有者打了一场官司。“一审判我们赢。”李称。    关于磷酸铁锂电池的专利之争已延续了整整十年，牵动了美国、日本、德国、加大拿等多个国家和企业，而今天中国电池公司也加入到了这一乱局之中。    李中东透露，今年3月，在中国电池工业协会的带领下，包括环宇、力神和比亚迪等国内10家电池制造商一同对加拿大魁北克公司(磷酸铁锂电池的商业授权机构，美国德州大学拥有原始专利)提出诉讼，诉讼的焦点在于磷酸铁锂电池原理是否属于专利保护范畴。    5月份的一天，北京市中级人民法院一审判决中方获胜，这意味着至少在现阶段，中国像欧洲企业一样，可以自由研发、生产磷酸铁锂电池。    对于一审胜诉，李中东称在预料之中，“磷酸铁锂制造原理跟酿酒有些像，各种酒类由酒精、水和杂质构成，磷酸铁锂也一样，材料中包含10%-15%的杂质，正是杂质的不同，导致电池性能和寿命的不同，但美国人不能因此不让中国人用。”李中东称，一审败诉后，魁北克公司已要求代理律师再次提出诉讼。这场专利之争在中国仍在延续，“到底什么时候终审我们也不清楚，我们要先在中国赢，未来把官司打到国外去。”    虽然李中东没有说，但让环宇他们一审胜诉的原因还有德州大学目前只申请了美、日、德、英、法、意、加七国的专利保护，并没有在中国申请专利。申银万国的分析师担心，未来，中国生产的磷酸铁锂电池一旦出口美国，会遭遇专利风险。    与国外主流企业相比，国内电池企业“原创专利”稀缺，在此基础上的再开发式的“实用新型”专利繁多，“一旦市场规模起来，就像当年的VCD，专利拥有企业将从每台国产VCD中抽成。”上述研究所所长对电池产业的未来不无担忧。    名词解释    磷酸铁锂电池：磷酸铁锂电池是指用磷酸铁锂作为正极材料的锂离子电池，具有能量密度高、可快速充电且循环次数长、安全等技术特点。    电池隔离膜：为一微孔性及多孔性之薄膜，其作用为隔离电子避免正负电极间短路，并让电离子可自由通过；而当电池异常升温时，也需要隔离膜来关闭原先作为离子通道的细孔，避免温度持续升高导致爆炸，也因此隔离膜产品本身的强度、厚度决定了电池容量、循环寿命、安全性等因素。