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中国电动助力车用锂电池发展探析随着电动助力车行业从2006年下半年开始进入行业整合与战略转型阶段，其动力电源配套产品也呈现出新的趋势特征。典型的主流趋势是锂电池开始以产业化模式用作电动助力车动力电池，以替代铅酸蓄电池和银氢电池等传统产品。在政府政策规范和行业协会大力倡导下，以及消费升级和消费结构变化的推动下，电动助力车用锂电池的发展十分迅速，且呈现加速度的态势。据估算，2007年电动助力车用锂离子电池出货量在25万组以上，较上年增长约110%；人们乐观预测2008年出货量可以达到50万组以上，再现翻番的增长速度。经过23年的行业磨合，在电动助力车结构逐渐梳理清晰的背景下，电动助力车用锂电池的年出货量将可望达到100万组以上，占电动助力车电池整个市场的约5%以上。但是，拨开表面的热闹和喧哗，我们实际感觉到的是目前产业层面各相关方面谨慎、观望以及躁动的心态，这可以归结为一个焦点，即电动助力车用锂电池是否会再现新兴行业发展周期的一般规律，即是否在成长阶段会有一个爆发性增长的过程，这个过程大概会在什么时候。对此，本文力图从分析目前电动助力车用锂电池发展已经显现出来的特点端倪，论述其对策及行业运行可能的走向。1.l现阶段锂电池用于电动助力车的关键特点锂电池由主要用于电子数码终端消费品的储能型二次电源向动力型二次电源发展，是其产业发展历程中一次质的飞跃。由此推动锂电池行业扩张能力大幅度提升。其中，锂电池用于电动助力车动力电源是其最具有划时代意义的行业拓展。如果能够成功，则是锂电池自手机电池以后所开拓的最具发展潜力的市场空间。对此，分析并把握现阶段锂电池用于电动助力车的关键特点显得尤为重要。1、较高的成本直接挑战铅酸蓄电池，较高的成本是用于电动助力车的锂电池的第一个关键特点。较低的成本所决定的高性价比特点是铅酸蓄电池160多年长盛不衰的关键因素。锂电池在没有任何中间过渡层产品的情况下用于电动助力车，直接与铅酸蓄电池竞争，主要是性价比竞争，因此产生非常大的压力。相对于铅酸蓄电池来说，锂电池较高的成本主要由于以下原因：第一、原材料价格较高。锂电池的正极材料、负极材料、集流体、隔膜、电解质等主材价格比铅酸蓄电池高出很多，其组装辅材和外部电路系统成本则是铅酸蓄电池几乎没有的。虽然锂电池由于能量远高于铅酸蓄电池，因此单位功率的原辅材料成本并没有表现出来的成本差距那么大，但是二者的材料成本差距确实存在，而且差距以倍数计；第二、由于制作工艺的原因，锂电池的人工成本比较比例。在制造成本中，锂电池的人工成本占40%以上，而铅酸蓄电池的人工成本一般为10%20%;第三、锂电池生产用的机器设备价值较高，单位功率的固定资产折旧金额较大；第四、锂电池在生产中大部分过程是不可逆的，而铅酸蓄电池是可逆修复的，因此锂电池的总体合格率较低;第五、铅酸蓄电池使用之后的回收价值在40%以上，而锂电池的回收价值几乎是零。综上，相对于铅酸蓄电池，锂电池用于电动助力车的成本较高是一个突出的特点，也是影响锂电池大规模替代铅酸蓄电池用于电动助力车的关键特点。对此，我们必须正视，不能回避。2、优秀的性能锂电池是迄今所有商业化使用的二次化学电源中性能最为优秀的电池，这也是促进锂电池用于电动助力车的一个关键因素。主要的可以概括如下：(1)比能量高；无论是体积比能量，还是重量比能量,锂电池均比铅酸蓄电池高出三倍以上。由此决定了锂电池体积更小、重量更轻，其市场消费感觉很好；(2)循环寿命长；锂电池用于电动助力车的循环寿命一般在800次以上，采用磷酸铁锂正极材料的锂电池可以达到2000次左右，超出铅酸蓄电池L5倍至5倍以上。这大大降低了锂电池的使用成本，提高了消费者的使用便利程度;(3)具有较宽的充电功率范围；这是锂电池具有的独特优势。在需要时，可以1C3C充电，使充电时间控制在20分钟1小时，充电效率达到85%以上。在进一步技术创新的基础上，这一特性得到更好的发挥，可以具有很好的商业价值；(4)倍率放电性能好；锂电池的倍率放电可以达到10倍率以上，特殊制作可以达到30倍率。这一特性非常有利于电动助力车的智能控制骑行技术的发展。只是目前对这一特性尚未有很好的开发与利用。3、安全性成见在锂电池发展过程中，因为采用的正负极材料及其配方不同，出现过爆炸、燃烧等不安全现象。主要是负极采用金属锂，经循环后产生枝晶，致使短路，出现燃烧爆炸；而正极材料采用钻酸锂或银钻锂等，其化学活泼性较高，在石墨负极的配合下，一旦出现高温，容易发生爆炸燃烧。尽管实际发生的概率在十万分之一或百万分之一以上，但由于以手机及笔记本电脑等为主的电子消费品数量极大，使用范围极广，因此累计发生的安全事故绝对数量使人们感觉很多。由于这些电子消费品是人们日常生活经常相伴，不可或缺的用品，一旦发生安全问题,影响很大,致使人们“谈锂电池色变”。这种在电子数码产品中使用的锂电池的安全问题形成一种成见，开始影响电动助力车用锂电池。之所以说这是一种“成见性”的特点，是因为在技术创新的推动下，这一问题已经得到解决。目前，多家研究机构和企业通过技术创新采用改性镒酸锂或磷酸铁锂为正极材料，其氧化性呈惰性状况，并具有很强的承受大电流、高电压的能力,配以新型电解质和耐高温隔膜，制作的锂电池经过非常苛刻的测试，可以说，完全解决了安全性问题。以生产动力型聚合物锂电池为例，过充达到3C15V,热滥用达到150摄氏度,高温95摄氏度搁置48小时，短路、针刺、振动，反复多次测试，无一爆炸燃烧。可以说，这是一种与传统锂电池在基本性质上不同的锂电池，它具有很好的安全性。但是，仍然在发生着的某些锂电池安全事故，以及人们已经形成的成见，至今仍严重影响锂电池用于电动助力车的进一步推广，这也是我们不得不重视的一个关键特点。4、完全的绿色环保这是锂电池具有战略发展意义的关键特点。当锂电池采用镒酸锂正极材料以后；当聚合物锂电池改革了电解质膜制作的特殊工艺以后，在技术创新的持续推进下，锂电池进入了完全绿色环保可再生能源发展的崭新阶段。从社会发展宏观层面和政府政策导向层面，采用这种全环保无污染的二次化学电源替代铅酸蓄电池，生产成千万辆甚至上亿辆电动助力车供中国广大老百姓作为基本代步交通工具，其重大战略意义是不言而喻的。从操作层面把握，关键是政策力度在什么时候逐步到位。以上四个方面是决定现阶段锂电池用于电动助力车发展状况以及发展趋势和空间的关键特点。针对这些特点，采取积极的应对措施和主动有力的策略，是全行业的当务之O1.2 聚合物锂电池用于电动助力车的优势在将锂电池用于电动助力车的过程中，以一些锂电池生产厂商开发出具有更为高端技术的动力型聚合物锂电池，这与电动助力车的需要更为契合。针对上述锂电池应用于电动助力车的特点，开发的动力型聚合物锂电池具有更为明显的优势特性：1、具有非常好的比能量特点，尤其是重量比能量聚合物锂电池采用复合铝塑膜为电芯外壳，因此在同样技术和材料的情况下具有更好的重量比能量，见下表：在保持锂电池工作电压平台最高的前提下，聚合物锂电池的重量比能量是最好的；因此在消费者的实际使用中，聚合物锂电池是最轻便的；从目前正在紧锣密鼓地制定行业政策和标准的角度看，聚合物锂电池更适合用于电动助力车。2、具有更好的安全性能，因此聚合物锂电池可以完全消除安全性成见”聚合物锂电池在被发明出来时，就是以其较高的安全性能为典型特征。聚合物锂电池独特的电解质配方和制作工艺方式，优化了极性材料与电解质的结合关系，屏除了电池内部产生较大气体压力的源头因素。同时，铝塑膜外壳的软包形式使得可能的内部压力可以得到缓解。因此，聚合物锂电池可以较好的避免液态锂电池常见的爆炸与燃烧现象。目前的动力型聚合物锂电池均采用镒酸锂或磷酸铁锂为正极材料，这为彻底解决安全性问题奠定了基础。3、具有独特的柔性设计特点，因此聚合物锂电池更适合产业流程整合聚合物锂电池的极片规格、外形尺寸、极耳位置、连接方式等都具有很好的设计柔性，可以在较短的时间内，以较低的成本，尽可能贴近客户的需要设计出新的款式、尺寸、规格、品种。这为推进产业流程整合，适应综合设计需要提供了更好地条件，同时也为电动助力车更多个性化设计提供了较大的空间，为电动助力车生产厂家短平快地争夺市场提供较好的支持。4、具有高倍率放电优势，因此聚合物锂电池更显强势瞬间动能聚合物锂电池在航模、玩具、电动工具等市场拓展过程中呈现出无可比拟的高倍率放电优势，相关技术已经比较成熟。因此当聚合物锂电池用于电动助力车时，这一特性为电动助力车动力设计和智能控制系统设计提供了特别的技术支持；在电动助力车启动、爬坡、瞬间加速等关键点和骑行中使用的力度大小，聚合物锂电池的倍率放电性能可以提供非常到位的动能支撑，从而发挥独到的效率作用。5、由于铝塑膜和工艺的特点，聚合物锂电池更具成本下降空间目前聚合物锂电池的成本与液态锂电池相当，但是，其在两个方面具有更为确定的成本下降空间：一是铝塑膜外壳，目前国产产品的研发已经取得阶段性成果，估计近一两年可以有适用的批量化的产品供应。届时，铝塑膜外壳的成本将会有较大的下降幅度；二是制作工艺成本下降。目前聚合物锂电池成本较高的一个重要方面是比较复杂的工艺过程和较高的制作成本。随着工艺技术研发创新的进一步深化和简化，聚合物锂电池的制造工艺成本预期有较大的下降空间。最后，在研发过程中特别注重可以实现快冲的技术创新。电动助力车在实际使用过程中对快速充电性能有比较强烈的需求。针对此需求，特别在材料匹配及特殊的工艺设计方面加大力度，开发的聚合物锂电池具有很好的充电电流宽度。目前已经可以批量生产IC电流充电的聚合物锂电池，可以使充电时间缩短到1小时。而已经在实验室研发成功，并制作出样品的3C充电模式,可以使充电时间达到20分钟,其容量效率仍保持在86%以上。我们认为，一旦实现工业化批量生产，电动助力车的使用便捷将会发生革命性的变化。综上所述，新一代动力型聚合物锂电池具有更为鲜明的特点，更有利于应用于电动助力车新的发展阶段，因此，在国家政策进一步落实支持的背景下，张扬这些特点，并使这些特点在更大规模的数量上得以实现，将有力地推动电动助力车尽快进入一个更高层次的新的发展轨道。项目指标铅酸蓄电池银镉电池I银氢电池液态锂电池聚合物锂电池重量比能量（Whkg）355065130160额定电压（V）2L21.23.73.7现阶段锂电池应用于电动助力车及其发展的特点是解决行业转型的关键，也是规范电动助力车管理的重要条件,更是发展绿色代步交通工具，打造环保节能社会的一个方面努力的核心。今年博鳌（亚洲）论坛将建设绿色节能社会作为大会主题之一，并将发展可再生能源作为其中的一个重点。可以预期，对污染产业的制约，对绿色环保产业的扶持和倡导，将越来越成为社会的共识，中国政府的政策也一定会逐渐加大落实力度。基于这样的背景把握，电动助力车用锂电池发展的主要特点将呈现如下演变预期：第一点，在两年内，锂电池成本将下降30%以上，而铅酸蓄电池成本将上升10%以上；二者的销售价差将缩小到一倍之内；实际性价比与感受性价比相结合的综合性价比将基本持平。锂电池与铅酸蓄电池将逐步进入阵地战的大规模竞争阶段；第二点，随着安全性问题得到根本上的解决，规范性大企业产品的安全性得到广泛宣传；全国性的检测与认证体系逐渐完善，锂电池安全性问题开始具有基本保障，“成见”因素逐渐消除。但是，由于一些小厂和假冒伪劣产品的存在，不能杜绝锂电池安全性问题，因此还需要一个过程，人们的疑虑也需要一个比较长时间去逐渐打消；第三点，通过电动助力车生产厂商和锂电池生产厂商的共同努力及互相配合的愈益紧密，推进以整车厂为核心的产业流程再造及综合设计整合，提升工业设计水平，不断推出新产品，锂电池的大规模应用得到整个行业的整体共识，预计经过23年的渐进过程，会迎来一个锂电池产业发展的井喷行情；第四点，在持续研发与技术创新的推动下，锂电池的适用性优势性能将得到进一步的优化和突出，如循环寿命将普遍超过100O次；间隙性倍率放电性能更趋成熟与完善；大电流充电性能稳定常态化；高低温性能优化并且适应性稳定；等等，从设计、制造、使用和维修各个环节充分发挥锂电池的优异性能。同时，动力型锂电池的制程工艺和制造控制管理进一步成熟，使大规模生产电动助力车用锂电池具有更为优良的产业制造基础。在行业各方面的共同努力下，从上述特点着手，突破瓶颈，加快发展，锂电池用于电动助力车发展的趋势将会呈现出数量增长迅速，逐步提高市场占有率，先高端后普及，先新品后替换，先出口后内销的多层面梯次性推进的发展模式。经过两年左右的渐进式量变，可以预期会出现一个井喷式的爆发性增长，从而真正拉开电动助力车用电池战略大决战的帷幕。1.3 电动助力车用锂电池发展对策及其路径我们目前的任务是将锂电池这种绿色环保的可再生能源用于电动助力车行业，并推动其得到尽可能广泛的发展。对此,我们首先应该分析并把握电动助力车的行业本质。电动助力车的行业本质无论从我国自行车发展的历史背景看，还是从我国人多地少，石油能源匮乏及经济尚不发达的国情特点看，电动助力车是一种基本的、数量最多的代步交通工具。随着经济发展，人民生活水平提高，及对传统自行车更新换代改进的需要，电动助力车的迅速发展具有必然的性质。对这一新兴的、正处于快速发展中的行业的本质，笔者的初步认识是：高技术与低成本相结合，以满足普通的代步交通工具需要。对这一行业本质的把握，主要有三个层面的要点：（1）高技术：电动助力车是一个高技术密集的产品，包括设计、电机、车身材质、电池和骑行控制系统，无一不是最新的高技术的成果。任何一个方面的技术含量欠缺不到位，都会使整个产品的性能和稳定性大大下降；（2）低成本:电动助力车在中国是自行车的更新产品，其历史价格参照物是自行车；而且购买电动助力车的主体是收入较低的普通老百姓，其年可支配收入一般在1万元2万元。因此，低成本是一个重要前提；（3）普通代步交通工具；这也就是说，电动助力车使用密度较高，骑行频次较高，骑行的道路状况可能不好，同时必然要求带人载物。因此，消费者对电动助力车的骑行距离、循环寿命、充电时间、牢固可靠性及对路面的适应性等要求较高。锂电池运用的关键特点：把握电动助力车行业本质，根据现阶段锂电池运用的关键特点，我们才能够设计应对策略和实现路径，通过电动助力车用锂电池整个供应链共同的努力，克服瓶颈，尽快把这个事业做大。对此，本文就以下对策进行初步探讨：对策一：节能环保政策加大落实力度，加快落实步伐这是需要整个社会和政府做的事情。大量生产铅酸蓄电池用于电动助力车，从微观看，目前的性价比无出其右，低廉的成本是其他电池无法与之竞争的；但是从社会成本看，酸雾、铅粉（铅烟尘）和污水对环境的影响和社会支付的代价是很大的，而且是需要长期支付的。一个负责任的社会主体，一个负责任的政府应该尽快阻止这种污染的继续延续，尽快鼓励支持节能环保产品的发展。这一对策的落实，是锂电池用于电动助力车发展必要的前提和环境。对策二：以较高的整体性价比应对高成本就绝对的成本比较，锂电池不可能做到与铅酸蓄电池一样；也就是说，单纯以放电功率的性价比而言，目前锂电池无法与铅酸蓄电池竞争。但是整体性价比，是锂电池与铅酸蓄电池进行成本竞争的主要取胜之道。这包括两个方面：一方面，以技术创新为基础，不断降低成本，提高性价比。锂电池的核心是通过锂离子脱嵌与嵌入的转移来实现电能与化学能之间的转换。可以实现并且更高效率的实现这一核心的锂电池材料、制作工艺及其相关技术存在非常广阔的创新空间。例如，研发创新采用镒酸锂为锂电池正极材料，既解决了安全性问题，又使正极材料的成本大幅度下降；由60多万元一吨的钻酸锂下降为5万多元一吨的镒酸锂。另外,通过研发和技术创新，使目前锂电池所需要的部分材料得以国产化，打破日本美国企业的垄断，从而大幅度降低成本。这方面的工作已经取得了积极的进展。可以初步估计，经过12年的努力，用于电动助力车的锂电池的制造成本可以下降30%以上。在铅酸蓄电池的铅资源价格不断上涨的背景下，锂电池的相对性价比将会大幅度提高。另一方面，通过整车的设计改进和消费理念的引导，提高使用锂电池的电动助力车的“感受性价比”。所谓“感受性价比”,是指消费者在消费过程中主观体验产品舒适度、便利度、新奇度及各种精神享受与其支付的价格的比较。例如，采用智能控制设计的电动助力车以骑行使用的力度为控制主体，充分发挥锂电池倍率放电特性，骑行者越是用力，放电功率越大，速度越快并且骑行效率越好；这可以使骑行者获得一种特别的感受。锂电池具有较高的比能量，具有快充的技术条件，聚合物锂电池又有非常好的设计柔性，这些都可以更好的利用来提高“感受性价比”，弥补低层次的功率性价比的不足。对策三：加大产业链整合力度，充分发挥锂电池的优势性能从目前的实际情况看，由于锂电池刚刚进入电动助力车行业，基本上采取的是就着铅酸蓄电池轨迹走的路径，按铅酸蓄电池原有的设计套入锂电池。例如电压模式，因为铅酸蓄电池是以2V单体为基础进行串联而成的，所以目前绝大多数电动助力车采用的电压是24V、36V和48V等。而实际上，配合电机、载重、速度等等整车整体设计最佳的电压、电流及放电功率却未必如此。既然锂电池有非常好的比能量、循环寿命、快充条件、倍率放电能力等等优势性能，那么电动助力车生产厂商在进行整车设计的时候，在制造过程安排的时候，在考虑售后服务维修的时候，将锂电池制造企业更紧密的整合在一起，从而更好地发挥锂电池的优势特性。例如放电功率，如果充分考虑锂电池有效工作电压在3.0Vl2V之间，则可以用紧设计方式，在充分发挥电机功能的前提下，将锂电池做的更小、更轻；再譬如，如果进一步完善技术创新，克服磷酸铁锂目前存在的弱点，将锂电池循环寿命做到1500次以上，则在整车设计的时候，特别是电机寿命、材质寿命和控制系统寿命等，加大使用寿命延长的设计，推出5年以上的保质期，同时在商务策略和售后服务策略上进行调整，打造一种全新的概念车。总之，加大产业链整合力度，尽快采用总体设计模式，实现产业流程再造,以充分发挥锂电池优势性能，是锂电池大规模用于电动助力车发展的必由之路。对策四：采取技术创新和加大宣传力度两方面措施，彻底消除“安全性成见”如果说，由于对比能量的需求苛刻，锂电池用于电子数码产品的安全问题尚未能彻底解决的话，那么，用于电动助力车的动力性锂电池的安全问题已经得到根本的解决。进一步要做的工作主要有两个方面：一方面，继续深化研发与技术创新工作，完善并优化安全性问题的系统技术基础；主要是正极材料、电解质、负极材料和工艺设计等方面。要使锂电池真正做到大规模数量下具有稳定可靠的安全性，还有许多细节的问题需要持续的技术创新去解决;另一方面，通过建立权威的检测认证系统和大量正面积极的宣传，以科学的道理和经过验证的事实证明用于电动助力车的动力型锂电池是安全可靠的，以彻底消除人们的“安全性成见”。对锂电池用于电动助力车的发展作为一次产业转型来对待，是一个庞大的系统工程；但是，以上述四个方面为抓手，从点的突破开始，以点带面，纲举目张，我认为是比较有效率的关键之处。