中国锂电池行业发展综述.docx
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1、中国锂电池行业发展综述1.l我国锂电池行业发展回顾中国矢志成为电动汽车的全球领先者,但与国家雄心形成反差的是,位于关键上游的锂电池产业却仍处于散乱无序的游击状态,且很难说哪家企业已经具备优秀种子选手的资格。在最近3个月来,本刊记者采访了10多位这一行业的主要玩家和分析人士,现状足令人忧虑。“锂电池产业现在是一个门外汉也来涉足的行业。”清华大学教授马贵龙告诉环球企业家,“没技术不要紧,有钱就行J马贵龙研究电动自行车技术已逾20年,有“中国电动车第一人”之称。中国大多数锂电池企业仍热衷于简单的模仿和复制,大多数锂电池产品仍只能运用于手机。很长时间以来,新开发创业投资管理公司经理陈奇山一直试图在该领
2、域寻找到一个合适的投资目标,但至今尚无斩获。“企业太多了,泡沫已经形成J陈说。但从某种程度上说,如此混乱的产业景象常常是一个新兴产业的初期必然特征,一定程度的投资和产能泡沫可能会让市场更充分地发挥自由配置功能,以促使真正的行业巨头在真正的竞争环境里形成高门槛的竞争能力。蜂拥而至“5年前我就说这个行业到了洗牌的时候了,但这并没有发生J天津力神电池股份有限公司副总裁许刚告诉环球企业家,“锂电池企业反而越来越多了天津力神是中国为数不多的具备国际竞争力的锂电池生产企业,其产品已经部分运用在摩托罗拉、三星这类跨国企业当中。如果要撰写一段锂电池产业的简史,1992年索尼公司将锂电池商业化可视为这个行业的起
3、点。在中国,已有上千家锂电池企业蜂拥而至,但它们中的大多数并不具备雄厚的技术实力。很多锂电池企业是这样诞生的:投入50万元左右资金、招来10多个员工、租赁一个办公场地,甚至连一些起码的生产设备还未购置完成就仓促上马。比如,有些锂电池企业并不愿意花费5万至6万元去购买一台搅拌锂电池材料的机器,而采用人工搅拌的方法取而代之。用于锂电池正极材料切片的价值上百万元的内切机,则由人工小刀片代替。成立于1997年的天津力神亲历了中国锂电池产业迅速崛起的全过程,当然,它目前也正在痛苦地品尝这个行业近乎残酷的竞争。中国在1991年前后开始研究锂电池,以电子科技集团十八所为代表。彼时,日本是研究锂电池最耀眼的国
4、家。在1990年代末期,很少有人经得起行业100%的利润诱惑,大量公司通过技术仿造开始了锂电池生意。随着中国手机产业的勃兴,锂电池商也迎来了早期的黄金时代。“那时候利润惊人,小公司就像在抢钱一样。”许刚回忆说。此后,随着笔记本电脑和山寨手机的流行,锂电池商也更多了。对此,天津斯特兰能源科技有限公司总经理段镇忠深有体会。时任北京有色金属研究院超导研究部研究员的段,2003年偶然看到美国锂电池巨头A123公司发表的一篇关于磷酸铁锂在电动汽车上大有可为的文章,便这样走上了磷酸铁锂研究之路。凭借着自身的“超导”背景以及行业的公开资料,段镇忠很快就在用于锂电池制造的正极材料之磷酸铁锂上取得进展。按照产业
5、链,锂电池分为电池成品和电池材料,电池材料又可分为正极材料、负极材料、隔膜和电解质。钻酸锂、镒酸锂、馍钻镒锂和磷酸铁锂都属正极材料,为锂电池技术的核心;负极材料则以石墨、固体碳粒为主;在正负极中间是电解液和隔膜。坚持磷酸铁锂发展方向的企业则称这一材料有“最完美电池材料”之称,也具备行业前景。“行业的火爆超乎想象。”段镇忠说。目前,比亚迪所用的磷酸铁锂中将近八成都从天津斯特兰采购。2007年,段镇忠第一次找到比亚迪希望达成合作。令段深感吃惊的是,比亚迪并未像大多数公司那样,询问天津斯特兰提供的磷酸铁锂的产品性能等,而只是问,斯特兰当时是否有10万吨的现货,如果有,就可以马上达成采购协议。今年上半
6、年,天津斯特兰的新工厂已经投产,年产2000万吨的产能使其成为全球第一的磷酸铁锂供应商。天津力神4倍于现有产能的工厂也即将投入运行。“2007年之前,很少有人意识到磷酸铁锂大有可为,但现在生产磷酸铁锂的企业超过100家J天津力神副总裁许刚在谈到行业的激烈竞争时表示,“真正做得不错的企业屈指可数。”难题待解中国锂电池企业由几十家发展为上千家,但利润则从以前的100%降到了5%。“以前谈到锂电池会让人联想到这是贵族产品,但现在已经将它做成了垃圾价格J段镇忠说,“每年都有老公司倒闭,但还是会有更多新公司成立J北京安华联合、河南环宇、杭州金色能源、北京大陆太极这些曾经红极一时的锂电池公司现在都面临着进
7、一步发展的窘境。颇具讽刺意味的是,上述公司并非是在和美国威能(Valence)、A123这类跨国巨头的竞争中遭受挫折,而是因为一些小公司的搅局而焦头烂额。所谓小公司,是指那些作坊式的企业,这是一支异常活跃的蚂蚁雄兵,它们行动迅速,善于模仿。最重要的是,它们能提供令人吃惊的低价格,能从山寨手机厂商那里赢得大量订单,大公司天津斯特兰、天津力神这类企业因为紧密团结了比亚迪、摩托罗拉这类客户而高枕无忧,但处于中间阶层的锂电池企业则处境尴尬。“我们夹在中间,既没有价格优势,也没有品牌优势。”一家不愿具名的锂电池企业负责人告诉环球企业家。这家注册地在北京的公司目前正面临着倒闭危机。“任何一个高成长的企业都
8、不可避免存在泡沫,锂电池同样如此中信国安盟固利电源技术有限公司总经理其鲁告诉本刊,“我最关心的是,这个行业何时可以规范起来J盟固利是中国最大的镒酸锂电池生产商。对于其鲁们来说,目前的政策支持比企业盈利显得更为重要。此前,中国工信部与科技部均表示未来应大力发展锂电池。“舆论营造了一个好环境,但真正落实到企业身上的优惠政策仍没有。”在其鲁看来,如果中国希望成为环保汽车领域的重量级选手,那么发展国内的锂电池行业就至关重要,否则仍将受制于国际厂商。整个行业的骚动不安以及人们一夜暴富的投机心理造成了一种盲目的乐观,持怀疑态度的人建议谨慎行事。专为汽车制造商提供咨询的全电池咨询公司(TotaIBatter
9、yConsulting)总裁梅纳海姆安德曼(MenahemAndaman)对短期内能否形成大众化的电动汽车市场表示怀疑。“锂电池技术不成熟是重要原因。”安德曼说。麦肯锡季刊在2008年曾大胆预测,中国未来有可能会给世界带来七个惊讶,其中排在第一位的猜想是,中国将在2020年成为世界电动汽车老大,电动汽车将占据中国汽车市场的半壁江山。这种乐观预测在一定程度上呼应了比亚迪这类公司的野心。科技部部长万钢在2008中国绿色能源汽车发展高峰论坛”给出了中国发展新能源汽车的目标一一到2012年,国内有10%新生产的汽车将是节能与新能源汽车。分析人士立即计算出,中国锂电池生产商有望在2012年分享总价值超过
10、500亿元的大蛋糕。不过,在今年7月份开始实施的新能源汽车生产企业及产品准入管理规则中,只是把使用铅酸蓄电池的混合动力乘用车、纯电动乘用车及纯电动商用车,以及使用金属氢化物镁动力的混合动力乘用车列为成熟期产品。此前呼声最高的锂电池汽车则被列入发展期,不在大规模推广之列。目前的电动自行车普遍采用的就是铅酸蓄电池,锂电池相比铅酸蓄电池重量更轻、能量更大,技术也更复杂。在为电动汽车生产安全、可靠、价格适中的锂电池方面,目前还没有一家公司能够解决所有问题。北京奥运会期间,50辆纯电动公交车投入运营是一次难能可贵的尝试,这些电动车的锂电池全部由盟固利提供。盟固利在2003年就已经研制出了适合电动汽车的锂
11、电池,不过奥组委对锂电池的安全要求更加严格。“奥组委的苛刻可以用万无一失来形容J其鲁说,“我们一直将锂电池做到了在火里面烧也不爆炸的程度。”但是,其鲁也承认,“锂电池的技术合成仍是一个难题”。在稳定性、生产一致性以及使用寿命方面,锂电池的技术仍有待成熟。不过你不能要求一个刚出生的孩子在50秒内跑完100米。”中国工程院院士杨裕生接受环球企业家采访时说,“必须先转变观念,电动汽车可以先从小型车上面尝试。”1.2 国内锂离子电池行业发展的有利条件由于技术与成本等问题,锂离子电池一直停留在小型电池的使用领域中,随着锂离子电池的关键材料技术以及电池技术迅速进展,用于交通工具、电工工具、电工玩具、照明用
12、电池、电动船领域的大型电池、电池组开始向日常生活中普及。目前,可以用作电动车电池领域的大型电池主要有阀控铅酸电池、银氢电池、银镉电池和锂离子二次电池,铅酸电池和银氢电池应用尤为广泛。但从电化学性能来看锂离子二次电池具有独特的应用优势,二次电池质量比能量达到120Whkg以上,循环寿命在100O次以上,能量密度是铅酸和银氢电池的2到3倍,循环寿命也是现行二次电池体系中寿命最长的。更重要的是,锂离子电池不含有毒重金属元素,且回收简单,是绿色环保电池。锂离子动力电池同比价格已低于新型铅酸电池,当前,盟固利电动车锂离子动力电池零售价已下降到4元/Wh左右,16OkWh电动公交车用电池总成本价格低于60
13、万元。而12V/85AH的铅布电池的售价为1500元3500元之间,160Kwh的电池总成本价格约在22万元,即是行驶3万公里以上,行驶15万公里至少需要4组电池,总价在80万元以上。锂离子动力电池若能实现2元/Wh的“863”目标,则同比价格可低于铅布价格的50%以上。铅酸电池总成重量超过6吨,而锂离子电池总成的重量小于2吨,电动汽车安装铅酸电池比锂离子动力电池损失动力4吨,从运行经济性和同比价格考虑,锂离子电池更经济。专家认为,在国家“863”电动汽车重大专项和市场前景的双重推动下,锂离子动力电池关键技术、关键材料和产品研究都取得了重大进展,其技术和经济性优势显著,推广应用的条件已日趋成熟
14、。如盟固利提供给北京奥运电动公交车的新型离子动力电池总成比能量已超过90Whkg。适用于IlM以上的电动公交车用16OkWh锂离子动力电池总成重量约1.8吨,仅为同等电量的新型铅酸动力电池总成重量的30%o此外,针对蓄电池应用中频频出现的安全问题,他认为,造成电池使用寿命下降、燃烧、爆炸的主要原因并非电池本身的问题。目前,严重滞后的锂离子动力电池成组应用技术,已成为制约其推广应用和产业发展的关键。将只能适应普通铅酸等非密封类富液电池的传统充、放电和维护管理等成组应用的技术应用于锂离子等新型动力电池,发生部分电池过充、过放电、超温和过流的问题,是造成问题的主要原因。为了解决这一问题,目前具有我国
15、自主知识产权的“基于极端单体电池充电控制技术”,和采用该技术研制成功的“动力蓄电池充电综合管理系统”,已经开始在国家“863”和北京奥运电动汽车示范运行项目中得以应用,以保证电池的安全使用。目前在奥运会筹备阶段,锂离子电池的交通工具已经成为一个新兴的产业。北京市最早全面深入地展开了动力锂离子二次电池和奥运纯电动大客车的研发工作,北京市科学技术委员会和北京新材料发展中心一直在大力推动这一领域的技术研发和产业化工作。位于北京中关村科技园区的中信国安盟固利公司在2001年率先在国内推出了100Ah的电动公交车用大容量电动电池。已经试运行三年多,现在电动车用锂离子已成为北京“科技奥运”重点支持和扶植的
16、新兴产业之一,并被列入北京市的重大科技和产业发展项目。1.3 我国锂离子电池需求大幅增长锂离子电池具有工作电压高、体积小、无记忆效应、无污染、自放电小、循环寿命长等优点,目前已广泛应用于手机、笔记本电脑、PDA、数码相机和携带式电动工具等领域,其中笔记本电脑占23%,手机占50%,为最大应用领域。锂离子电池自1992年由索尼公司产业化以来,全球锂电池市场基本由日本独霸天下。近年来,随着中国和韩国的迅速崛起,日本锂电池的市场份额逐渐减少,全球锂电池产业形成了中、日、韩三分天下的格局。虽然我国已是仅次于日本的锂电池生产大国,但并不是强国,在全球锂电池产业链中仍处于中低端。目前,国内锂电池行业的生产
17、企业规模小、技术含量低、产品相对单一,能够提供生产锂电池系列产品的综合型企业少,市场竞争主要集中于中低端市场。高端产品之间的竞争主要集中在国内仅有的几家企业与国外产品之间。近年来,随着HEV混合动力汽车、3G手机和其它电动工具的发展,国内锂电、银电的市场份额将快速增长,我国国内锂电池、银电池企业还拥有巨大的市场增长空间。1.4 我国锂电池发展取得的成果10多年前,锂离子电池还只是科学家在实验室孜孜以求的学术成果。今天,人们的生活几乎离不开它。手机、手提电脑,几乎所有的携带式个人电子用品都要靠它来提供所需的能量。可是如何把它装在汽车上,成为汽车的动力;又如何让它成为未来存取电能的“容器”,科学家
18、们又开始不断地探索,电池“肚量”要越来越大,动力要越来越强,寿命要越来越长,但并不意味着体积和重量也要越来越大,这不是简单的数量叠加。这个变化的关键,就是电池的材料。用于手机电池的材料,绝对不能用来制造电动汽车的“心脏”,否则不是可能会爆炸,而是一定会出事。因此,各国的科学家都在试图寻找最佳答案。20年坚持,从无到有中国科学院物理所研究员、博士生导师黄学杰评价我国的锂离子电池发展是:从无到有,从小到大,发展很快。2000年我国的产量约2000万块,占全球份额1.6%,与韩国相近,而当时日本已达年产5.12亿块,占9L9%。2002年我国跨过1亿块,2004年达到7.6亿块,占全球市场的37.1
19、%,仅次于日本。我国的锂离子电池研究开发项目一直是863计划的重点项目,从移动电子设备用小型电池开始,连续20年获得支持。目前小型锂离子电池已形成年产2亿只以上的生产能力,日本Sony、三洋等公司也将生产厂建到中国。大部分材料实现了国产化,国内已自建和引进多条生产线,配套材料厂也有很多个,均已形成大规模生产,市场竞争激烈。“小型电池及其相关材料目前技术工艺成熟,生产成规模,主要是产业投资推动J黄学杰说。“我国的动力电池的研究相对较晚,但到目前为止也已取得了骄人的成绩。”黄学杰说,中科院物理所经过20年来的研究积累,在纳米储锂负极材料和磷酸盐正极材料的研究方面我国居国际一流水平。我国的动力型锂离
20、子电池“十五”期间在863电动汽车重大专项的支持下开始了研究开发,解决了高功率输出的问题,安全性也得到了极大的提高,依托于中科院物理所技术的苏州星恒电源有限公司创造地实现了平板电池的机械化生产,2004年,苏州星恒公司研发的10安时高能量型和7.5安时高功率型镒酸锂离子动力电池已通过美国ul安全测试,成为中国本土第一个通过Ul认证的锂离子动力电池,目前产品已批量供应国内外市常开发的15安时高功率电池通过863电动汽车重大专项组织的统一测试,“十五”期间已成功应用于燃料电池混合电动轿车概念车“超越二号”和“超越三号”。8安时高功率电池已成为“上海”牌燃料电池混合轿车的标配。“车用锂离子动力电池等
21、高端产品技术的开发,不仅仅是我国电动汽车产业发展的需要,也必将带来我国锂离子电池产业的全面技术升级。”黄学杰说。不断创新,不断飞跃我国动力电池的发展是伴随着电动自行车的成长而起的。但在国内刚开始开展锂离子电池电动车研发时,锂离子电池曾出现若干爆炸事故。一般来说,电池安全性是和电池中储存的能量成反比的,即所能释放的能量越大,其安全性就越差。黄学杰说,换句话说就是和电池的重量成反比的。当然,随着电池体积的增加,散热性能变差,爆炸的可能性更是大幅度增加,所以,将锂离子蓄电池做成动力电池,就必须提高其安全性能;其用量的愈大,其要求达到的安全性指标也就愈高。锂离子电池发生爆炸,一个很重要原因是使用手机电
22、池常用的钻酸锂做为锂离子电池的正极材料。钻酸锂材料的理论比能量超过每克270毫安时,但为保证其循环性,实际可使用比容量只有理论容量的一半,即140毫安时左右。“在实际使用过程中,如果在某些意外的情况下,比如管理系统损坏而导致电池充电电压过高,则剩余的一部分锂就会从正极经电解液在负极表面以金属锂的形式沉积J黄学杰说,而金属锂的表面欠电位沉积极易形成“枝晶”,从而刺穿隔膜,将正负极短路,引起起火爆炸等安全事故。另外,金属锂非常活泼,熔点也低,在电池温度局部过高或者壳体破损接触空气的情况下也非常的危险。寻找替代钻酸锂的正极材料,解决安全问题是生产动力型锂离子电池的最优先要考虑的问题。“十五”期间,在
23、863计划支持下,中科院物理所发展了氧空位磷酸铁锂和用于车用动力电池的镒酸锂正极材料,他们发展出了一种具有自主知识产权的表面修饰技术,应用于改性进尖晶石镒酸锂材料,生产出可逆容量达到107毫安时每克,55循环200次容量保持率大于90%,优于国际同类产品水平,保障了电动汽车重大专项中高功率锂离子电池项目的顺利推进。在山东试验工厂的技术工艺基础上,在无锡建成了年产1000吨的生产线。在锂离子蓄电池的负极材料的研发上,我国也有重要进展。作为手机锂离子电池负极材料的首选中间相炭微球,我国已实现全面国产化。上海杉杉和天津铁成等生产的该类型负极材料,其可逆容量均在300尢340毫安时/克,性能指标已经达
24、到或部分超过国际先进水平,且价格只有进口产品的三分之二。但石墨负极材料不能满足混合动力汽车的高功率和长寿命要求,黄学杰介绍说,在动力电池中,使用具有石墨结构的中间相炭微球存在一个致命的缺陷,即在大电流冲击的时候,由于体积变化,炭球表面的固体电解质层会破损,从而加速其寿命衰减。在863纳米专项的支持下,北京星恒成功地开发出来硬碳负极材料,位于八大处高科技园的试验线预计本月底投产。瞄准未来,成就产业在比现有碳材料(372毫安时/克)容量更高的负极材料,成为研究的热点时,氧化锡首先被发现具有优异的储锂性能,导致人们开始研究一系列基于金属和氧化物的负极材料,然而锡、硅等作为锂离子电池负极材料的致命问题
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