想不到的汽车未来：动力锂电池

　　新能源电动汽车最主要的部件是动力电池、电动机和能量转换控制系统，而动力电池要实现快速充电、安全等高性能，是技术门槛最高、也是利润最集中的部分。

　　新能源汽车对电池要求很高，必须具有高比能量、高比功率、快速充电和深度放电的性能，而且要求成本尽量低、使用寿尽量长。传统的铅酸电池、镍镉电池和镍氢电池本身技术比较成熟，但它们用在汽车上作为动力电池则存在较大的问题。目前，越来越多的汽车厂家选择采用锂电池作为新能源汽车的动力电池。

　　锂电池具有以下优点：体积小、质量轻、工作电压高（是镍镉电池、氢镍电池的3倍）、比能量大（可达165WH/㎏，是氢镍电池的3倍）、循环寿长、自放电率低、无记忆效应、无污染、安全性好等优点。

　　1 动力锂电池发展现状

　　新能源汽车未来逐渐替代传统汽油车已成为各国发展汽车产业的共识，作为核心部件的动力电池则更被企业和投资者看好。动力电池是新能源汽车发展的关键：混合动力汽车是目前最佳的过渡产品，但纯动力电池汽车是未来发展方向，核心技术在电池技术上的突破。

　　中国的新能源汽车电池产业起步虽晚于欧美日，但发展非常快，在锂电池的研发上也投入了大量财力、物力。国家863计划设立了电动汽车重大专项，中科院物理研究所、北京有色金属研究院、中国电子科技集团公司第十八研究所等单位参加了该项目，分别开发了EV和HEV用两类动力电池，其中一些单位已采用了安全的锰体系正极活性材料。“十一五”、863电动汽车重大专项又对HEV、PHEV（外接充电式混合动力汽车）、FCV（燃料电池车）用动力锂离子电池关键材料和电池的研发给予大力支持。

　　2 动力锂电池发展遇到的问题

　　目前阻碍动力锂离子电池发展的瓶颈是：安全性能和汽车动力电池的管理系统。

　　安全性能方面，由于锂离子动力电池具有能量密度大、工作温度高、工作环境恶劣等方面的原因，加上以人为本的安全理念，因此，用户对电池的安全性提出了非常高的要求。汽车动力电池的管理系统方面，由于汽车动力电池的工作电压是12V或24V，而单个动力锂离子电池的工作电压是3.7V，因此必须由多个电池串联而提高电压，但由于电池难以做到完全均一的充放电，因此导致串联的多个电池组内的单个电池会出现充放电不平衡的状况，电池会出现充电不足和过放电现象，而这种状况会导致电池性能的急剧恶化，最终导致整组电池无法正常工作，甚至报废，从而大大影响电池的使用寿命和可靠性能。

　　动力锂离子电池要得到很好的应用，技术上需要从材料、电池、管理系统、机械加工等多方面同时考虑。因此，需要锂电子生厂商及下游企业通力合作，以电池为核心，对材料、管理系统等提出要求，形成一个产业群，更有利于技术的进步和系统成本的降低。

　　3 动力锂电池材料分析

　　锂电池材料可分为电极（正极/负极）材料、隔膜和电解液。正极材料是锂电池的核心，目前以钴酸锂、锰酸锂、镍钴锰锂和磷酸铁锂为主。负极材料则以石墨、固体碳粒为主；在正负极中间则是电池电解液和隔膜。

　　3.1 正极材料

　　此前，锂电池成本之所以高于镍氢电池，主要原因就在于其正极材料使用的是以贵金属钴为原料的钴酸锂，锰酸锂和磷酸铁锂由于成本优势更为明显；不过，与锰酸锂相比，磷酸铁锂的容量密度更高，前者为100-115mAH/g，后者为130-140mAH/g;充放电寿命更长，前者为500次以上，后者可达1500次以上；工作温度区间更大，前者为0至50℃，后者则为-40至70℃。因此，在锂离子电池中，磷酸铁锂电池最被看好。

　　在锂电池产业链目前的产能比较中，由于进入壁垒较高，锂电池正极材料的产能是最小的，这是整个产业链中最看好的一个环节。

　　3.2 负极材料

　　与正极材料相比，负极材料占锂电池成本比重较低，而且国内已经实现产业化，负极材料以石墨、固体碳粒为主。目前国内从事锂电池负极材料生产的前三甲企业是中国国安、杉杉股份、长沙海容，目前负极材料基本能够满足国内市场的需求，但随着新能源汽车的逐渐普及，未来这一块的市场需求将出现巨大缺口。

　　3.3 电解液

　　国内电池生产商电解液配套也已基本实现国产化。电解液主要原材料为六氟磷酸锂，占电解液成本的50%左右，其生产成本为10万元/吨，售价为40万元/吨，毛利率高达75%，但是，目前市场基本上被关东电化学工业、SUTERAKEMIFA、森田化学等几家日本企业垄断。因此，亟待解决锂电池电解液最为关键的电解质成分六氟磷酸锂（LiPF6）的大规模生产问题。只有此项关键技术取得突破，中国的汽车动力锂电池产业链才能接近完善。

　　现在全球锂电池电解液市场供求基本平衡，锂电池对电解液要求比较高，但用量却很少。比如一块手机电池只用3克，比重很小，2000吨电解液可供生产6亿块手机电池。汽车动力电池可就不一样了，一辆车就要40公斤。电动车一旦兴起，将带来电解液的爆发性增长。

　　3.4 隔膜

　　随着新能源汽车的逐渐推广，未来对动力锂电池材料的需求将得到引爆。隔膜系锂电材料中技术壁垒最高的一种高附加值材料，毛利率通常达到70%以上，占了锂电池成本的20-30%。按照计算，一辆汽车就可以用到一千到两千平方米的隔膜。目前隔膜市场供应量严重不足，大部分依赖进口，市场主要被日本旭化成工业、东燃化学，及美国Celgard把持。隔膜具有典型的“高技术、高资本”特点，而且项目周期很长，投资风险较大，国内企业的投资热情并不高。

　　4 动力锂电池发展前景

　　据《2008-2010年中国新能源汽车产业分析及投资咨询报告》显示，结合中国的能源资源状况和国际汽车技术的发展趋势，预计到2012年，新能源汽车年产量将达到100万辆，而预计到2025年后，中国普通汽油车占乘用车的保有量将仅占50%左右，而先进柴油车、燃气汽车、生物燃料汽车等新能源汽车将迅猛发展。

　　未来新能源汽车替代传统汽车趋势将成为必然，动力锂电池作为新能源汽车的“心脏”，将催生庞大的产业经济效应，对电池原材料供应商和厂商来说都是巨大的商业蛋糕。

　　预计到2012年，新能源车的年产量将达到100万辆，按每辆新能源汽车电池成本7万元，动力锂电池的正极磷酸铁锂材料52公斤，负极材料41公斤，电解液40公斤计算。100万辆混合动力汽车将带动5.2万吨正极材料，4.1万吨负极材料，4万吨电解液的需求。对于国内电池厂商而言，这将是一个总产值700亿元的大蛋糕。而如果按客车计算，这一数值还将提高3倍——每辆混合动力客车的电池需求是轿车的4倍。