子电池市场动态与投资战略分析报告.doc

Transcription

1 年中国新能源汽车 锂电池市场动态 与投资战略分析报告 - - 1

2 目录 第一章锂电池相关概述 锂电池的定义及分类 锂电池的定义 锂电池的分类 锂电池的主要特点 锂离子蓄电池的结构与特性 锂离子蓄电池工作原理 锂离子蓄电池的构造 锂离子蓄电池的特性 锂离子蓄电池的控制...14 第二章 2009 年国内动力电池运行新格局透析 铅酸蓄电池 铅酸蓄电池简介及分类 铅酸蓄电池全球市场规模 中国铅酸蓄电池生产消费及出口状况 国内主要铅酸蓄电池竞争企业 铅酸蓄电池市场预测及其未来发展障碍 镍氢电池 我国镍氢电池简介 我国镍氢电池生产与出口 国内外镍氢电池主要竞争企业 镍氢电池领域的主要技术发展趋势 镉镍蓄电池 燃料电池 其他电池...38 第三章锂电池产业发展分析 国际锂电池市场发展概况 北美地区锂电池市场预估分析...40 一 北美地区电动车市场规模预估...40 根据去年 12 月初在美国由 EDTA(Electric Drive Transportation Association) 举行 Powering Sustainable Transportation 研讨会, 以电动车及氢燃料车为主轴, 深度探讨充电式混合动力车 (PHEV) 电动车 (EV) 及氢燃料车 (FCEV) 的技术发展趋势与未来商品化时间表

3 图一国际车厂预计推出 PHEV 与 EV 时间表...40 全球主要车厂推出的电动车计划, 主要以插电式混合动力车 (PHEV) 电动车 (EV) 的研发设计 其中, 插电式混合动力车 (PHEV) 以电力驱动, 续航力约在 公里 电动车 (EV) 完全由电池提供动能, 以电代油 驱动动力系统 之交通运输工具, 续航力约介于 150~250 公里之间, 续航力主要决定于电池 组的容量 现阶段国际车厂预计推出 PHEV EV 的时间表如图一...40 从厂商策略分析, 电动车发展并非是唯一策略, 而是维持产品线以因应市场 需求 故在北美地区的电动车市场规模预估上, 根据 EPRI (EPRI(Electric Power Research Institute, Inc) 的预估, 可能需要到 2020 年以后, 才较有机会 达成年产量 1 佰万台以上的规模, 如图二...41 二 全球主要车厂与电池厂的合作关系...41 在电动车关键零组件部份, 主要包括电池 马达 马达电力控制 煞车电力回收等关键技术, 其中, 以电池的成本最高, 预估约占整车成本的四到五成 为掌握电池的技术与降低成本, 全球的主要车厂无不与电池厂商进行合资关系 或成为策略联盟的合作伙伴等, 合作关系如图三...41 在日系厂商中, 车厂主要与本土电池厂进行合资, 如丰田汽车的电池供货商 是 Panasonic EV, 分别由丰田及松下集团各投资六成及四成 而日产的电池 供货商是 AUTOMOTIVE, 分别由日产与 NEC 集团投资五成 至于三菱汽 车的电池供货商为 LITHIUM ENERGY, 分别由汤浅电池 (GS UASA) 持股 五成一, 三菱集团持股四成九的比例 而在美系车厂中, 则以 GM 与韩国电 池厂乐金化学公司 (LGChem) 合作为代表, 乐金化学是 GM 开发 Chevy Volt 电动车的锂电池供货商, 但整车研发技术由 GM 掌握...41 图三全球车厂与电池厂的联盟或合作版图...42 从日本汽车与电池厂的合作模式, 或乐金化学供应 GM 电池的合作关系可以 看出, 车厂为了掌握电动车的开发技术, 确保关键零组件供应链及成本 实行模式皆是车厂与电池厂商合资或达成联盟关系, 以确保在整车开发过程中, 车厂可以以主导产品规格与研发技术...42 相较于上述合作模式, 另一种电动车发展模式是电动动力系统 (Electric - - 3

4 Propulsion) 厂商专注于电动车动力系统模块开发, 包括马达控制系统 电池 管理系统及整车的电源管理系统等 其角色就类似开发电子产品的中央处理 器 (CPU), 并将电动动力系统高度模块化, 以节省整车厂开发电动动力系 统的时间与成本, 而车厂的角色转换为系统整合厂, 负责整车系统整合与生产制造...42 三 锂电池产业发展机会...42 在关键零组件的产业发展机会部份, 按美国公司 JSC(Johnson Controls -Saft Advanced Power Solutions) 的分析, 电池模块供应链将由全球分工体系完成如 图四, 不同零件的主要供应地区说明如下 :...43 电池的电子零件 : 亚洲与欧洲地区的厂商...43 电池的线材 : 亚洲 欧洲与美国地区的厂商...43 电池的散热 : 亚洲与欧洲地区的厂商...43 电池的机构组件 : 亚洲 欧洲与美国地区的厂商...43 电池组装 : 亚洲与欧洲地区的厂商...43 软件 : 亚洲 欧洲与美国地区的厂商...43 图四电池模块全球供应链的区域分析...43 从电池模块全球供应链的区域分析, 可以看出亚洲厂商将是电池模块的主要供货商, 其中, 又以日本厂商最强, 其策略是保留材料关键技术, 例如保留锂电池材料的极板 ( 正 负极 ) 的开发技术与生产在日本, 其余的电池芯生产或电池模块制造部份, 则转往中国大陆与新加坡生产, 以降低锂电池芯或电池模块的总成本...43 四 结论...43 在电动车锂电池产业的竞争上, 台湾厂商要思考的是产业价值链分工与定位, 策略上除了要积极攻入整车厂或电动动力控制系统厂商取得合作机会, 以提高锂电池芯或电池模块的生产规模外 更应在关键技术开发或产品定位上有别于日本或中国大陆的发展策略, 朝上游的原料技术发展, 降低锂电池的材料成本, 或强化与国际车厂合作关系, 透过系统设计, 成为车厂的长期供货商, 避免大陆厂商的价格竞争 日本大型锂电池市场规模不断扩大 德国多家企业共同开发新一代锂离子电池 中国锂电池行业发展综述 我国锂电池行业发展回顾 国内锂离子电池行业发展的有利条件 我国锂离子电池需求大幅增长 我国锂电池发展取得的成果 金融危机对锂电池行业的影响 年 1-11 月全国及主要省份锂离子电池产量分析 中国动力锂电池产业发展分析 动力锂电池产业发展的重要意义 我国动力锂电池产业发展已处于国际领先水平

5 3.3.3 我国动力锂电池产业发展现状 国内动力锂电池产业发展亟待解决的问题 推动我国动力锂电池产业发展的建议 锂电池行业竞争分析 锂电池产业竞争格局 跨国巨头发力锂电池市场 中国锂电池行业竞争力浅析 中国锂电池发展面临国外巨头竞争考验 锂电池竞争趋向分析 锂电池研发进展 新一代锂离子蓄电池研发概况 电动轿车专用锂电池研究新进展 中国新型锂电池研发获得重大突破 锂电池行业发展面临的挑战与对策 中国锂电池研发存在的主要问题 锂离子电池行业发展的制约因素 我国应积极发展锂动力电池产业...80 第四章车用锂电池 新能源汽车发展概况 新能源汽车是汽车发展的未来 新能源汽车发展概述 混合动力汽车是发展趋势 混合动力汽车使用成本敏感性分析 电动汽车能源选择分析 锂电池有望引领新能源汽车革命 国外车用锂电池发展概况 国外车用锂离子蓄电池的应用与发展浅析 国际汽车厂商与电池生产商合作关系 全球车用大容量锂电池研发生产动向 新一代车用锂电池国际认证日本先行 国内车用锂电池发展 中国电动自行车用铁锂电池发展分析 我国电动自行车用锂电池发展的制约因素 我国电动自行车用锂电池发展前景展望 中国电动助力车用锂电池发展探析 现阶段锂电池用于电动助力车的关键特点 聚合物锂电池用于电动助力车的优势 电动助力车用锂电池发展对策及其路径 第五章 2009 年中国动力锂离子电池重 点应用市场分析

6 5.1 燃油汽车 摩托车领域 电动汽车领域 锂离子电池在我国电动汽车领域的应用 其他电池在电动汽车领域的应用 国家 863 计划对电动汽车用动力电池的研究进展状况 电动摩托车领域 电动自行车领域 我国电动自行车产业的发展状况 锂离子电池在电动自行车领域的应用 其他电池在电动自行车领域的应用 电动工具领域 我国电动工具市场发展状况 锂离子电池在电动工具领域的应用 锂离子电池在其他市场应用分析 矿灯电源 UPS 通信用充电电池 航天 军事及其他 第六章中国主要地区锂电池产业发展分析 深圳 深圳锂电池制造业的地位 深圳锂电池产业居全国领先水平 深圳将重点扶持发展高端锂电池产业 深圳两家锂电池新材料企业逆势扩张 河南省 河南省锂电池发展简述 河南新乡市锂电池产业发展现状及特点 河南省其它主要市县锂电池产业简况 第七章锂电池重点企业分析 风帆股份有限公司 公司简介 风帆股份已成为我国锂电池行业龙头 年 1-12 月风帆股份经营状况分析 年 1-12 月风帆股份经营状况分析 年 1-11 月风帆股份经营状况分析 咸阳偏转股份有限公司 公司简介 年 1-12 月咸阳偏转经营状况分析 年 1-11 月咸阳偏转经营状况分析 比亚迪股份有限公司 公司简介

7 年比亚迪锂电池销售额状况 比亚迪锂电池订单稳定增长 力神电池股份有限公司 公司简介 力神成为我国锂电池业增长最快的企业 年力神电池股份有限公司发展简况 力神聚合物锂电池项目获得的成就 深圳市山木电池科技有限公司 公司简介 山木锂电池发展概况 未来山木磷酸铁锂电池发展展望 山木磷酸铁锂电池发展战略规划 其他企业 苏州星恒电源有限公司 深圳雷天能源集团有限公司 河南环宇电源股份有限公司 青岛澳柯玛新能源技术有限公司 武汉力兴电源股份有限公司 深圳邦凯新能源股份有限公司 万向电动汽车有限公司 优科能源科技有限公司 宝龙工业股份 黑龙江中强能源科技有限公司 深圳市海盈科技有限公司 比克国际 ( 天津 ) 有限公司 北京盟固利动力科技有限公司 TCL 金能电池 北京中润恒动动力电池有限公司 浙江兴海能源科技有限公司 ( 汉维锂电 ) 山西光宇电源有限公司 天津市航力源科技有限公司 苏州迪耐特能源科技有限公司 双一力 ( 天津 ) 新能源有限公司 深圳市兴科特电技术发展有限公司 江西美亚能源股份有限公司 天津蓝天双环科技有限公司 中科科技有限公司 哈尔滨光宇电源有限公司 深圳华粤宝 湖南海星高科动力电池有限公司 深圳德朗能电池有限公司 第八章锂电池材料发展概况 正极材料

8 8.1.1 锂电池正极材料的性能与一般制备方法 中国锂电池正极材料市场综述 年锂电池正极材料发展概况 锂离子电池正极材料的发展趋势 负极材料 锂电池负极材料的性能与一般制备方法 锂电池负极材料产业发展现状 锂电池负极材料生产企业发展状况 隔膜 全球锂电池隔膜走上高能效之路 锂离子电池隔膜市场发展简述 锂离子电池隔膜国产化进展 锂离子电池隔膜发展建议 未来锂离子电池隔膜发展趋势 电解液 电解液生产企业发展状况 未来电解液材料发展趋势 第九章锂电池行业投资分析 投资环境 奥巴马宏大的新能源产业蓝图 全球各国的中长期新能源政策规划 中国经济发展模式面临严峻挑战 发展新能源已是大势所趋 中国新能源产业的政策导向 投资机会 锂离子电池将成未来之星 锂电池行业商机无穷 锂离子电池产业前景诱人 投资现状 全球掀起锂电池投资热潮 锂电池成为企业重点投资的对象 年我国锂电池项目投资状况 索尼投资 3.7 亿美元提升锂电池产量 投资风险 市场竞争风险 投资锂电池的技术风险 第十章锂电池行业发展前景预测 电池行业发展趋势分析 电池产业发展的三大趋势 国内电池行业长期发展趋势分析 环保电池发展潜力巨大

9 10.2 锂电池行业前景发展预测 锂电池将在 3G 中扮演重要角色 年锂离子电池将实现飞跃 年锂电池市场预测 不同类型锂电池前景展望 聚合物锂电池前景分析 磷酸铁锂电池发展前景被看好 高分子锂电池的前景展望

10 第一章锂电池相关概述 1.1 锂电池的定义及分类 锂电池的定义锂电池是一类由锂金属或锂合金为负极材料 使用非水电解质溶液的电池 最早出现的锂电池来自于伟大的发明家爱迪生, 使用以下反应 : Li+MnO2=LiMnO2 该反应为氧化还原反应, 放电 由于锂金属的化学特性非常活泼, 使得锂金属的加工 保存 使用, 对环境要求非常高 所以, 锂电池长期没有得到应用 但现在锂电池已经成为了主流 锂电池的分类锂电池分成两大类 : 不可充电的和可充电的两类 不可充电的电池称为一次性电池, 它只能将化学能一次性地转化为电能, 不能将电能还原回化学能 如锂二氧化锰一次电池 锂 - 亚硫酰氯一次电池 而可充电的电池称为二次性电池 ( 也称为蓄电池 ) 它能将电能转变成化学能储存起来, 在使用时, 再将化学能转换成电能, 它是可逆的, 如市面上常见的锂离子手机电池 1. 锂电池外型分 : 有方型锂电 ( 如常用的手机电池电芯 ) 和柱形 ( 如 18650); 2. 锂电池外包材料分 : 铝壳锂电池, 钢壳锂电池, 软包电池 ; 3. 锂电池从正负极材料 ( 添加剂 ) 分 : 沽酸锂 (LiCoO2) 电池或锰酸锂 (LiMn2O4), 磷酸铁锂电池, 一次性二氧化锰锂电池 ; 另一分 : 锂离子 LIB, 聚合物 PLB 4. 不同的性能用途方面分 : 一次性 --- 锂锰电池 -- 扣式 3 伏电池高容量 ( 高平台 )-- 用在手机数码产品上高倍率 ;--- 用在电动车和电动工具上及飞机模型高温 ;--- 矿灯, 室上灯饰, 机器内置后备电源 ; 低温 ;--- 室外环境, 北方 ( 冬天 ) 南极 ;

11 1.1.3 锂电池的主要特点 1 具有更高的重量能量比 体积能量比; 2 电压高, 单节锂电池电压为 3.6V, 等于 3 只镍镉或镍氢充电电池的串联电压 ; 3 自放电小可长时间存放, 这是该电池最突出的优越性 ; 4 无记忆效应 锂电池不存在镍镉电池的所谓记忆效应, 所以锂电池充电前无需放电 ; 5 寿命长 正常工作条件下, 锂电池充 / 放电循环次数远大于 500 次 ; 6 可以快速充电 锂电池通常可以采用 0.5~1 倍容量的电流充电, 使充电时间缩短至 1~2 小时 ; 7 可以随意并联使用; 8 由于电池中不含镉 铅 汞等重金属元素, 对环境无污染, 是当代最先进的绿色电池 ; 9 成本高 与其它可充电池相比, 锂电池价格较贵 1.2 锂离子蓄电池的结构与特性 锂离子蓄电池工作原理电池分一次电池和二次电池两大类, 前者是一次性的, 如干电池 后者是可再充电的, 也称可充电池 目前二次电池主要有 : 铅酸电池 镍镉电池 镍氢电池和锂离子电池 锂离子电池, 俗称 锂电, 是目前综合性能最好的电池体系 锂离子电池负极是碳素材料, 如石墨 正极是含锂的过渡金属氧化物, 如 LiMn2O4 电解质是含锂盐的有机溶液 通常锂离子电池并不含金属锂 充电时, 在电场的驱动下锂离子从正极晶格中脱出, 经过电解质, 嵌入到负极晶格中 放电时, 过程正好相反, 锂离子返回正极, 电子则通过了用电器, 由外电路到达正极与锂离子复合 由于锂离子电池不含任何贵重金属, 原材料都很便宜, 降价空间很大, 应该是最便宜的电池 目前媒体经常报道聚合物锂电池或固态锂电池, 实际上它的主要部件 : 正极 负极和电解质以及工作原理都和使用液体电解质的锂离子电池一样, 只是隔膜和包装材料不同, 因此, 仍属于锂离子电池 与传统的二次电池相比, 锂离子电池有突出的优点 : 工作电压高锂离子电池的工作电压

12 在 3.6V, 是镍镉和镍氢电池工作电压的三倍 在许多小型电子产品上, 一节电池即可满足使用要求 这也是与其它二次电池的重大区别, 因此只能用锂离子电池专用充电器来充电, 以免发生事故 比能量高锂离子电池比能量目前已达 140Wh/kg, 是镍镉电池的 3 倍, 镍氢电池的 1.5 倍 循环寿命长目前锂离子电池循环寿命已达 1000 次以上, 在低放电深度下可达几万次, 超过了其他几种二次电池 自放电小锂离子电池月自放电率仅为 6-8%, 远低于镍镉电池 (25~ 30%) 及镍氢电池 (30~40%) 无记忆效应可以根据要求能够随时充电, 而不会降低电池性能 对环境无污染锂离子电池中不存在有害物质, 是名副其实的 绿色电池 锂离子蓄电池的构造锂电池通常有两种外型 : 圆柱型和长方型 电池内部采用螺旋绕制结构, 用一种非常精细而渗透性很强的聚乙烯薄膜隔离材料在正 负极间间隔而成 正极包括由锂和二氧化钴组成的锂离子收集极及由铝薄膜组成的电流收集极 负极由片状碳材料组成的锂离子收集极和铜薄膜组成的电流收集极组成 电池内充有有机电解质溶液 另外还装有安全阀和 PTC 元件, 以便电池在不正常状态及输出短路时保护电池不受损坏 单节锂电池的电压为 3.6V, 容量也不可能无限大, 因此, 常常将单节锂电池进行串 并联处理, 以满足不同场合的要求 锂离子蓄电池的特性锂离子电池与锂聚合物电池两种, 其每个单体的标称电压为 3.7 伏 由于内含液体, 锂离子电池都是用金属壳密封的 ; 而锂聚合物电池则由于其基质为聚合物形态, 不含流质, 不会流失与蒸发, 所以只需要外加 1~2 层绝缘物包装即可 ( 通常用铝塑膜和热收缩薄膜 ) 理论上锂聚合物电池可以做成任何形状 ; 实用上都做成长方形薄板状 锂电池的主要特点是比能量特别大 上述两种锂电池在问世之后, 都先被人们用于通讯 摄影等设备上 ; 然后再被一些航模爱好者引用到模型飞机上 至今世界上已有不少厂家在竞相开发专门适用于航模的锂电池 我国的南方就有多家这样的电池厂 其技术上发展速度很快 ; 但优胜劣汰, 竞争也相当残酷锂离子电池目前的安全放电倍率大约公为 4~5; 而国外优秀的锂聚合物电池已能做到

13 20C 以上 国内也已有几家工厂宣称能做到 10C; 有的明确介绍说用 10C 放电可持续放到 70% 的容量, 而用 8C 放电可持续放出 80% 容量, 短时间可经受 15C 放电 ; 也有在近期宣称已做到 20C 放电的传闻 可见, 锂聚合物电池的放电倍率要明显高于锂离子电池 此外它在比能量与安全性方面都要优于锂离子电池, 价格相差也不大 ; 看来, 锂离子电池在航模上尚未站稳脚跟就已注定即将被锂聚合物电池挤出舞台 锂聚合物电池优点 1. 安全性能好聚合物锂电池在结构上采用铝塑软包装, 有别于液态电芯的金属外壳, 一旦发生安全隐患, 液态电芯容易爆炸, 而聚合物电芯最多只会气鼓 2. 厚度小, 能做得更薄普通液态锂电采用先定制外壳, 后塞正负极村料的方法, 厚度做到 3.6mm 以下存在技术瓶颈, 聚合物电芯则不存在这一问题, 厚度可做到 1mm 以下, 符合时下手机需求方向 3. 重量轻聚合物电池重量较同等容量规格的钢壳锂电轻 40%, 较铝壳电池轻 20% 4. 容量大聚合物电池较同等尺寸规格的钢壳电池容量高 10~15%, 较铝壳电池高 5~ 10%, 成为彩屏手机及彩信手机的首选, 现在市面上新出的彩屏和彩信手机也大多采用聚合物电芯 5. 内阻小聚合物电芯的内阻较一般液态电芯小, 目前国产聚合物电芯的内阻甚至可以做到 35mΩ 以下, 极大的减低了电池的自耗电, 延长手机的待机时间, 完全可以达到与国际接轨的水平 这种支持大放电电流的聚合物锂电更是遥控模型的理想选择, 成为最有希望替代镍氢电池的产品 6. 形状可定制聚合物电池可根据客户的需求增加或减少电芯厚度, 开发新的电芯型号, 价格便宜, 开模周期短, 有的甚至可以根据手机形状量身定做, 以充分利用电池外壳空间, 提升电池容量

14 7. 放电特性佳聚合物电池采用胶体电解质, 相比液态电解质, 胶体电解质具有平稳的放电特性和更高的放电平台 8. 保护板设计简单由于采用聚合物材料, 电芯不起火 不爆炸, 电芯本身具有足够的安全性, 因此聚合物电池的保护线路设计可考虑省略 PTC 和保险丝, 从而节约电池成本 聚合物锂电池在安全性 体积 重量 容量 放电性能方面均具有极大优势, 但由于目前产能较低, 制造成本高, 因此价格居高不下, 价格已成为影响聚合物锂电池普及的瓶颈 据业内人士分析, 到 2005 年, 聚合物锂电池将占据世界手机 锂离子蓄电池的控制锂离子电池是一种应用广泛的可充电电池, 它具有单体工作电压高 体积小 重量轻 能量密度高 循环使用寿命长, 可在较短时间内快速充足电以及允许放电温度范围宽等优点 此外, 锂离子电池还有自放电电流小 无记忆效应和无环境污染等优点 其全球供货量正在持续增加 根据市场调研公司的报告,07 全年锂离子可充电电池的全球供货量比上年增加了 17% 而随着锂离子电池的使用面的扩大, 对锂离子电池的充放电保护就显得愈发重要 锂离子电池的保护锂离子电池供电设备的安全性是人们目前最为关注的问题, 所以对其的保护就非常重要 锂离子电池的保护主要包括过充电保护 过放电保护 过电流及短路保护等 1 过充电保护当充电器对锂离子电池过充电时, 为防止因温度上升所导致的内压上升, 需终止充电状态 为此, 保护器件需监测电池电压, 当其到达电池过充电压时, 即激活过充电保护功能, 中止充电 2 过放电保护为了防止锂离子电池的过放电状态, 当锂离子电池电压低于其过放电电压检测点时, 即激活过放电保护, 中止放电, 并将电池保持在低静态电流的待机模式 3 过电流及短路保护当锂离子电池的放电电流过大或短路情况产生时, 保护器件将激活过电流保

15 护功能 多节锂离子电路的保护单体锂离子电池的额定电压为 3.6V, 不能满足高电压供电场合的需要, 因此就需要多节锂离子电池串联使用 为此, 各有关电源管理控制集成电路生产厂商纷纷推出了自己的多节锂离子电池 ( 电池组 ) 保护集成电路芯片, 如精工技术有限公司 (SII) 的 S-8204B (S-8204B 隶属于 S-8204 系列, 该系列的另一个产品是 S-8204A 两者的区别是 S-8204A 配合 P 沟道 MOSFET 工作,S-8204B 则配合 N 沟道 MOSFET 工作 ) 这类产品的特点是监控 3 4 节锂离子电池的充放电状态, 可实现过充 过放和过电流保护 以 S-8204B 为例, 它能对各节锂离子电池的电压进行高精度检测, 具有 3 段过电流检测功能, 通过外接电容可设置过充电检测延迟时间 过放电检测延迟时间 放电过电流检测延迟时间 1 和放电过电流检测延迟时间 2, 还能通过 SEL 端子切换 3/4 节锂离子电池串联使用 不过, 它最大的特点是可以级联使用, 下节将对 S-8204B 的这一功能进行详细说明 4 充放电时的温度控制另外, 对充放电过程的温度控制也是许多设计者需要考虑的 在高温的时候对锂离子电池充放电, 会有爆炸的危险 ; 在低温的时候充放电, 会对电芯造成损害 在上面的方案中, 在 S-8204B 的 CTLC 端子外接一温度控制开关 ( 如 S-5841), 在锂离子电池充电过程中温度过高时, 温控开关的控制信号通过 CTLC 端子送给 COP, 强行结束锂离子电池的充电过程 同样, 在 CTLD 端子外接温度控制开关, 则能对放电过程进行温度保护 市场上还有单芯片的多节锂电池充电保护解决方案, 像 Intersil 公司的 ISL9208, 就可以实现对 7 节锂离子电池的充电保护 对比多芯片串联的方案, 单芯片解决方案的优点是电路简单 比较容易实现较好的电气性能, 不过能监控的电池数量有限, 且价格较贵 采用多芯片的级联方式, 如 S-8204 系列, 则不存在这种数量上的限制, 其电路构成灵活成本也不高, 但缺点是外围电路相对复杂, 对外围元件的匹配程度要求较高 不过, 随着技术的进步, 相信这两种方案终会找到一个契合点

16 第二章 2009 年国内动力电池运行新格局透析 2.1 铅酸蓄电池 铅酸蓄电池简介及分类铅蓄电池原理图铅蓄电池 (Sealed Rechargeable Battery): 常用的充电电池除了锂电池之外, 铅酸电池也是非常重要的一个电池统 但其体积和重量一直无法获得有效的改善, 因此目前最常见还是使用在汽车 摩托车发动之上 铅酸电池最大的改良, 则是新近采用高效率氧气重组技术完成水份再生, 藉此达到完全密封不需加水的目的, 而制成的 免加水电池 其寿命可长达 4 年 ( 单一极板电压 2V) 铅蓄电池的特点 : 铅蓄电池的优点是放电时电动势较稳定, 缺点是比能量 ( 单位重量所蓄电能 ) 小, 对环境腐蚀性强 铅蓄电池的工作电压平稳 使用温度及使用电流范围宽 能充放电数百个循环 贮存性能好 ( 尤其适于干式荷电贮存 ) 造价较低, 因而应用广泛 铅蓄电池的工作原理 : 铅蓄电池由正极板群 负极板群 电解液和容器等组成 充电后的正极板是棕褐色的二氧化铅 (PbO2), 负极板是灰色的绒状铅 (Pb), 当两极板放置在浓度为 27%~37% 的硫酸 (H2SO4) 水溶液中时, 极板的铅和硫酸发生化学反应, 二价的铅正离子 (Pb2+) 转移到电解液中, 在负极板上留下两个电子 (2e-) 由于正负电荷的引力, 铅正离子聚集在负极板的周围, 而正极板在电解液中水分子作用下有少量的二氧化铅 (PbO2) 渗入电解液, 其中两价的氧离子和水化合, 使二氧化铅分子变成可离解的一种不稳定的物质 氢氧化铅 Pb(OH4 ) 氢氧化铅由 4 价的铅正离子 (Pb4+) 和 4 个氢氧根 4(OH)- 组成 4 价的铅正离子 (Pb4+) 留在正极板上, 使正极板带正电 由于负极板带负电, 因而两极板间就产生了一定的电位差, 这就是电池的电动势 当接通外电路, 电流即由正极流向负极 在放电过程中, 负极板上的电子不断经外电路流向正极板, 这时在电解液内部因硫酸分子电离成氢正离子 (H+) 和硫酸根负离子 (SO42-), 在离子电场力作用下, 两种离子分别向正负极移动, 硫酸根负离子到达负极板后与铅正离子结合成硫酸

17 铅 (PbSO4) 在正极板上, 由于电子自外电路流入, 而与 4 价的铅正离子 (Pb4+) 化合成 2 价的铅正离子 (Pb2+), 并立即与正极板附近的硫酸根负离子结合成硫酸铅附着在正极上 随着蓄电池的放电, 正负极板都受到硫化, 同时电解液中的硫酸逐渐减少, 而水分增多, 从而导致电解液的比重下降在实际使用中, 可以通过测定电解液的比重来确定蓄电池的放电程度 在正常使用情况下, 铅蓄电池不宜放电过度, 否则将使和活性物质混在一起的细小硫酸铅晶体结成较大的体, 这不仅增加了极板的电阻, 而且在充电时很难使它再还原, 直接影响蓄池的容量和寿命 铅蓄电池充电是放电的逆过程 铅酸蓄电池充 放电化学反应的原理方程式如下 : 正极 : PbO2 + 2e + SO H+ == PbSO4 + 2H2O 负极 : Pb -2e + SO4 2- == PbSO4 总反应 : PbO2 + 2 H2SO4 + Pb == 2 PbSO4 + 2H2O 按铅酸电池的性能可分为 : 1 干荷电蓄电池: 极板处于干燥的已完全充电状态的蓄电池 如 :6-QA-100 型电池 ( 主要使用在汽车上 ) 2 非干荷电蓄电池: 极板处于干燥的半充电状态的蓄电池 如 :6-Q-135J 型电池 ( 主要是使用在汽车上和轮船 动力机车等 ) 3 免维护蓄电池: 采用低锑合金, 使用期间只进行少量维护即加水期延长 如 :55B24LMF 型电池 ( 主要使用在小型轿车 ) 4 免维护蓄电池: 在使用中无需维护和添加纯水的蓄电池 ( 富液 ) 如 : 6-QW-54 型电池 ( 主要使用在小型轿车 ) 5 阀控式密封免维护蓄电池: 采用吸附式超细玻璃纤维隔板和负板活性物质过量设计 如 :MSE-500 型电池 ( 主要使用在电动车自行车 UPS 备用电源 ) 一般情况下我们把电池分为三个种类来修复, 富液式 富液式免维护式 免维护式 富液式和富液式免维护修复方法相同 富液式 : 外壳一般为白色, 壳体顶部有注液口, 侧部有电解液高度刻度线, 主要应用在大型汽车 摩托车等 富液式免维护 : 外壳一般不透明, 无注液口, 没有电解

18 液高度指示, 摇动电池能感觉到内部有水 免维护式 : 无注液口, 没有电解液高度指示, 摇动电池内部无水, 主要应用在电动自行车和备用电源 UPS 根据铅酸电池的用途可分为 : 1 起动型蓄电池: 主要应用于汽车 摩托车 舰 船等 如 :6-QA-60AH Q--- 启动用 2 小型牵引型蓄电池: 主要应用在电动车 小型电动三轮车 如 :6-DZM-10AH 3 牵引型蓄电池: 用于电动车, 电瓶车 电瓶插车 工矿电机车动力电源等 如 :6-DA-150 D--- 电动车用 启动蓄电池主要是大电流瞬间放电, 牵引蓄电池需要的平稳恒流放电 一般汽车启动电流是电池标称容量的 3 倍电流, 电动车的一般在 5A-20A 之间 铅酸蓄电池全球市场规模在美国, 欧洲 日本等发达国家, 铅酸蓄电池的使用范围非常广泛 2004 年全球年销售额为 198 亿美元, 美国年产量达 70 亿美元, 占全球产量的 1/3 在发达国家, 对铅酸蓄电池的生产 销售 使用 日常维护和保养 废旧电池复原技术处理 废旧电池的回收再利用等, 都有一套极其严格和规范的管理体系并形成产业化 在美国, 仅铅酸蓄电池的日常保养和维护及废旧电池的复原处理和回收利用的从业人员即达数十万之众, 年创效益达千亿美元之巨 在日本, 铅酸蓄电池的从业人员达 10 余万, 年创效益达数百亿美元 中国铅酸蓄电池生产消费及出口状况 1 中国铅酸蓄电池生产消费情况通过研究发现 : 目前蓄电池消费主要集中在汽车和摩托车市场, 两者占据大多数比重, 消费份额为 74%; 电动自行车其次, 为 8%; 出口占据 7% 的消费份额, 其他的占据余下的 11% 不过随着我国汽车和摩托车的保有量进一步的扩大, 以及国家主要城市对电动自行车行驶的解禁, 这讲进一步刺激铅酸蓄电池产品在该领域的消费 各类蓄电池的细分市场 ( 简要 )

19 起动用蓄电池 : 起动用蓄电池一直是我国铅酸蓄电池行业的主导产品, 无论产量 产值 规模都占这个行业第一位, 由于近年来我国轿车行业的兴起, 推动了起动用蓄电池的发展与需求, 按蓄电池行业协会介绍,2002 年我国汽车行业受轿车大量进入家庭的影响, 使汽车年产量达 325 万辆, 其增幅达 38%, 增幅平均仅按 10% 保守速度预测,2005 年的起动用蓄电池需求量不低于 2150 万只 ( 不含出口需求量 ) 工业牵引用蓄电池 : 按行业协会对 13 家企业的汇总,2002 年产量为 万 KVAH, 由于这个产量不是全国所有蓄电池产量的统计, 约占统计量的 70%, 所以我国牵引用蓄电池的实际需求量约为 45.7 万 KVAH, 根据我国实际发展情况定平均年增长率为 9%, 从而预测 2005 年需求量为 万 KVAH 工业铁道用蓄电池 :2002 年对全国七家企业的汇总年产量为 万 KVAH, 其增长幅度与上一年比达 55.25% 增长速度比较快, 所以 2002 年实际产量约为 万 KVAH 按年增长率 10% 预测,2005 年需求量为 万 KVAH 工业电站用固定蓄电池按行业汇总 2002 年其产量为 万 KVAH, 虽然不少电站的电源逐步改用大型密封蓄电池, 但是实际需求市场仍不会减少,2002 年实际需求约为 万 KVTH, 按年增长 5% 估计,2005 年需求可达到 万 KVAH 摩托车用蓄电池我国摩托车产业 80 年代就开始发展, 生产增长速度迅猛上升, 到 1996 年年产就达 917 万辆, 拥有量为 2600 万辆, 但因摩托车尾气 噪声对城市污染严重, 加上容易造成交通事故等使其发展受到一定程度限制 2005 年摩托车用蓄电池为 327 万 KVAH

20 密封型蓄电池密封型蓄电池是近 10 年来发展的新产品, 它有着无需维护和无酸气排放, 电池可在任何方向存放和使用等优点, 因生产过程比较复杂, 原材料消耗比常规产品大, 所以售价高, 比较适合于与高附加值产品配套出厂, 当前在邮电 通讯 电力 固定电源 计算机 UPS 电源 灯具 仪器 电动车辆等场合广泛应用 参照电工电器行业的 " 十五 " 发展规划和铅酸蓄电池市场预测数据估算,2005 年需求量约为 万, 其中生产通讯需求 142 万, 电源需求 38 万, 灯具需求 36.5 万 ( 不含矿灯需求量 ) 今后如在生产成本上有所突破, 这个产品的市场前景会更好, 并有取代常规产品之势 电动车辆用蓄电池 : 由于北京和上海等重点城市对电动自行车行驶解禁, 电动自行车细分行业迎来了一个消费的旺盛时期,2005 年中国电动自行车年生产量将近 700 万辆, 同时依然有一些城市对电动自行车上路的限制, 像广州等, 及其它多方面原因, 影响了这个产业的迅猛发展 其它用途蓄电池, 除了以上 7 类用途以外的蓄电池需求量也是很大的, 其中军工用蓄电池 2002 年行业协会仅统计了两家企业, 其年产量为 6.5 万 KVAH, 经了解船舶总公司下属有三家蓄电池厂, 总后及地方军工单位下属蓄电池也有十几家, 所以军工用蓄电池 2006 年有 50 万 KVAH( 不含军工特种电池需求量 ) 另外, 蓄电池企业商品极板规模也是很大的, 因为它推动了蓄电池行业一大

21 批蓄电池组装厂的发展, 以全行业 2002 年 10.1 万 KVAH 规模为基础, 以年增长率 8% 推算,2006 年需求达 92.3 万 KVAH 铅酸蓄电池出口情况铅酸蓄电池属于高污染产品, 其制粉和加酸两个生产环节对周边环境污染较大, 国内生产企业虽有一定的防护措施, 但其制铅粉时形成的大量粉尘和硫酸灌注过程中产生的酸雾仍会有部分弥散到空气中, 严重时会引起铅中毒或易导致酸雨的形成 欧盟 美国等发达国家出于保护本国环境的考虑, 早已限制铅酸蓄电池制造业在本国的发展, 转而主要自我国等发展中国家采购 2005 年我国铅酸蓄电池出口金额就高达 8.2 亿美元, 比 2004 年增长了 40% 以上 起动用铅酸蓄电池 :2005 年, 我国起动用铅酸蓄电池的出口量与上年持平, 出口金额却同比增长了 34.6%, 这主要是因为铅价格的居高不下导致电池出口价格上涨所致 今年上半年, 我国起动用铅酸蓄电池出口量为 980 万只, 出口金额 8750 万美元, 预计 2006 年全年出口量将增长 7%~10% 近几年来, 我国起动用铅酸蓄电池的出口量始终没有出现明显增长, 建议政府主管部门限制铅等高耗能原材料的出口, 提高我国铅酸蓄电池产品在国际市场的竞争优势 其他铅酸蓄电池 : 其他铅酸蓄电池主要指阀控密封铅酸蓄电池, 近几年来我国这类产品的出口量增长很快 上半年, 我国阀控密封铅酸蓄电池出口量为 7187 万只, 出口金额达到 4.07 亿美元, 预计 2006 年全年出口量将增长 15%~20%, 出口量将超过 1.6 亿只 2 中国铅酸蓄电池生产消费及出口状况一 铅酸蓄电池行业历史进出口量及均价情况汇总从 2000~2006 年铅酸蓄电池进口量整体呈增长态势, 只有 2005 年较上年有所下降, 进口量为 万个, 同比下降了 5.39%,2006 年进口量为 万个, 同比增长了 13.96% 2007 年 1~6 月进口量达到了 万个 从 2000~2006 年铅酸蓄电池出口量与金额呈增长态势, 由 2000 年的 万个, 增长到 2006 年的 万个, 增长了 5 倍左右, 年平均增长率为 30% 出口金额由 2000 年的 万美元, 增长到 万美元, 年

22 平均增长率为 36% 起动用铅酸蓄电池进口均价大于出口均价,2001 年均价差为 2.16 美元 / 个, 到 2002 年增长到 美元 / 个,2003~2006 年均价呈逐年稳步递增趋势,2003 年为 4.81 美元 / 个,2006 年达到了 美元 / 个 二 铅酸蓄电池进出口均价变动带来的启示 1 起动用铅酸蓄电池进出口均价差越来越大趋势从上面的我国起动用铅酸蓄电池进出口均价变动可知, 起动用铅酸蓄电池进口均价和出口均价都呈逐年增长态势, 但进口均价相比出口均价增长较快, 且均价差呈增长趋势,2006 年均价差达到了 美元 / 个 从数据上可知, 起动用铅酸蓄电池的高端产品需大量进口, 且进口价格较高, 而我国主要以中低端产品出口为主 铅酸蓄电池企业不仅要注意我国出口均价的变动, 更要注意进出口均价差的变动 铅酸蓄电池企业应提高产品档次, 有效开发高端产品, 以满足国内需求 2 铅酸蓄电池应不断提高技术我国铅酸蓄电池行业在全球不仅是产量大国, 且出口大国, 因此, 面对国外频频设置的 绿色壁垒, 相应企业应积极改进生产工艺, 加快淘汰落后产能的步伐, 从而使企业面对不断变化的市场环境中不被淘汰 3 铅酸蓄电池企业应不断转型升级铅酸蓄电池属于高污染产品, 其制粉和加酸两个生产环节对周边环境污染较大, 国内生产企业虽有一定的防护措施, 但其制铅粉时形成的大量粉尘和硫酸灌注过程中产生的酸雾仍会有部分弥散到空气中, 严重时会引起铅中毒或易导致酸雨的形成 欧盟 美国等发达国家出于保护本国环境的考虑, 早已限制铅酸蓄电池制造业在本国的发展, 转而主要自我国等发展中国家采购 国家拟对蓄电池出口取消出口退税, 并禁止加工贸易进出口, 将对我国铅酸蓄电池行业发展产生较大影响 对此, 企业转型升级, 引导蓄电池产业健康发展, 相关生产企业应积极面对此次调整, 采取应对措施渡过难关 且 2006 年以来, 铅酸蓄电池不可缺少的生产原材料金属铅 镍的价格大幅度上涨 由于上述原因, 对铅酸蓄电池企业出口利润空间有一定积压作用, 企业

23 应重视出口均价上升背后的其他因素 国内主要铅酸蓄电池竞争企业由于铅酸蓄电池具有成本低 技术成熟等优势, 在近期国家产业发展中仍将占主流地位 在我国电池行业 十一五 发展目标规划中, 到 2010 年铅酸蓄电池的发展目标为 万 kvah 发展加快目前, 国内大多数蓄电池生产厂的设备利用率已经超过 90%, 有的甚至达到 100% 以风帆 骆驼 统一为代表的汽车蓄电池企业产量稳步增长, 启动用蓄电池产量分别达到 544 万 196 万 230 万和 52 万 kvah, 其中风帆的产量占行业总额的 27.2% 为满足不断增长的市场需求, 风帆公司已将年产能提高了 15%, 还对生产技术进行升级换代, 并引进先进技术和先进测试设备来提高生产效率, 技术改进主要集中在功率更高免维护的高端 SLA( 密封铅酸电池 ) 产品上 扬州华富实业有限公司在扩大产能的同时, 研发重点是具有更快放电速度和更长寿命的轻量和高容量 SLA 电等 近年来, 通过兼并重组, 蓄电池企业生产规模不断扩大, 一些大型企业发展迅速, 产业集中度在 40% 以上 早在上世纪 90 年代, 蓄电池行业就开始资产重组与兼并收购 南都蓄电池公司与舟山蓄电池厂实行资产重组, 成功将舟山蓄电池厂变为南都公司密封式蓄电池的又一生产基地 紧接着, 哈尔滨光宇集团公司兼并安图蓄电池厂, 改制后成为光宇延边蓄电池公司 1999 年, 北京蓄电池厂被北京首创集团收购 2003 年, 哈光宇集团公司与沈阳东北蓄电池股份公司达成重组协议, 哈光宇入主沈阳东北蓄电池股份公司 在大型铅酸蓄电池生产企业不断扩大生产规模的同时, 大量民营企业异军突起 比如,2003 年浙江灯塔集团股份公司被浙江卧龙集团收购, 改制后更名为浙江卧龙灯塔蓄电池公司 铅酸蓄电池市场预测及其未来发展障碍 1 铅酸电池发展前景广阔铅酸蓄电池应用领域相当广泛, 在汽车启动 通信 铁路 牵引等诸多领域都有应用, 铅酸蓄电池已有 140 多年的历史, 虽然与技术先进的锂电池 镍氢电池等相比能量低 深循环寿命短, 但由于功率特性好 自放电小 高低温性能优

24 越 生产和回收技术成熟以及具有廉价优势, 该电池目前仍然是二次电池的主流产品, 销售额居二次电池之首 铅酸电池发展前景广阔目前, 我国铅蓄电池仍以汽车电池为主, 约占总量的六成, 由于中国汽车产业的迅速崛起, 汽车电池消费高速增长, 近 5 年年均递增达 17%; 呈高速增长的还有电动自行车和摩托车电池, 年均递增达 50% 随着全球经济复苏, 电信及 IT 网络等基础建设将加快, 各种备用电源 贮能电源 ( 风力 太阳能发电 ) 以及特殊用途的牵引电源等, 其需求将进一步增长 ; 中国还面临着电信 IT 网络电源的大面积更新以及铅蓄电池出口市场的高速增长, 其他工业发展将拉动铅蓄电池工业同步发展 铅价上涨对公司业绩的压制行将结束铅酸蓄电池行业的快速发展使得其成为用铅大户, 当前全球超过 70% 的铅应用于铅酸蓄电池制造, 而铅也成为铅酸蓄电池成本的最主要部分, 当铅价从 2004 年初的每吨不足 5000 元上涨到 2006 年底的 元, 其占铅酸蓄电池成本的比重也就从不到 45% 增长至 70% 近年来, 全球性铅价上涨和中国结构性的供求矛盾造成铅价大幅上扬, 使铅酸蓄电池行业各主要公司的业绩面临巨大压力, 除少数公司外, 大多数行业内的主流公司处于亏损或微利状态 根据市场人士和有色研究员的估计, 未来两三年铅价有望呈现稳中有降的趋势, 对公司的业绩压制行将结束 2 挑战严峻欧盟 美国等发达国家和地区出于保护本国环境的考虑, 早已限制铅酸电池制造业在本国发展, 转而向中国等发展中国家采购 目前, 我国已成为最大的铅酸蓄电池出口国 铅酸蓄电池出口退税政策在 2006 年被取消, 出口市场竞争力降低, 一些缺乏竞争力的中小企业严重亏损甚至面临倒闭, 在一定程度上加速了企业兼并重组以及行业重新洗牌 曾经具有中国本土优势的汽车蓄电池行业, 目前面临着外资企业的严峻挑战 跨国蓄电池公司看好中国市场的巨大潜力, 纷纷在中国投资建厂 美国江森自控公司 索尼 三洋 日立等知名企业纷纷在中国建立了蓄电池生产基地, 还

25 将市场从大城市逐步拓展到中小城市 NEC 博世等以生产软件与电器为主的企业也开始将业务触角延伸到蓄电池生产领域 跨国公司涌入, 使国内蓄电池生产企业面临更加激烈的竞争 虽然国内一些蓄电池企业产量很高 规模较大, 但是大而不强,80% 以上的产品徘徊在中低端, 而在高新技术 高附加值产品领域的竞争力还非常薄弱 业内人士表示, 跨国蓄电池公司在中国抢占高端蓄电池市场, 加剧了市场竞争 未来铅酸蓄电池技术的三大趋势当前, 车用铅酸蓄电池的用量大约占整个铅酸蓄电池用量的 80%, 其技术发展呈现三大趋势 一是生产免维护电化学系统 目前, 只有阀控式铅酸蓄电池能满足这个要求 阀控式蓄电池大大减少了维护甚至完全免维护, 因此, 它比富液式蓄电池便宜 在循环寿命和比能量输出方面, 阀控式铅酸蓄电池性能比富液式铅酸蓄电池差 二是提高输出功率 当前, 一般采用包铅的铜扩展式板栅替代负极铅板栅来提高输出功率 另外一个发展较快的设计趋势是采用卷绕式箔片极板的高功率蓄电池 例如, 美国 EXIDE 公司开发了汽车启动用卷绕式 VRLA 电池, 西班牙 EXIDE 公司开发了高能 Orbital 密封阀控铅酸蓄电池 作为提高铅酸电池比功率和比能量的目标, 更高级的改进技术是双极式极板蓄电池 三是提高铅酸蓄电池可靠性 蓄电池的可靠性来自生产技术, 也来自充电方法 采用适用于各种类型蓄电池的充电方法, 提高其循环寿命, 是蓄电池技术发展的另一个重要趋势 提高安全性 舒适性以及降低能耗是汽车业发展的趋势, 汽车蓄电池也将向高功率 轻量化 小型化方向发展 同时, 企业必须进一步提高汽车蓄电池的免维护性能, 研究新技术 新工艺, 完善阀控电池性能, 降低阀控蓄电池对温度的敏感性, 以保持铅酸蓄电池在化学电源中的主导地位, 应对新汽车技术的挑战 2.2 镍氢电池 我国镍氢电池简介虽然锂电池越来越受欢迎, 但镍氢 (NiMH) 电池继续在电池市场中占有相当大

26 的份额, 大陆镍氢电池的年产量一直稳步增长 2005 年, 中国镍氢电池产量超过 9.6 亿只, 预计今年产量继续以超过 15% 的速度增长, 达到 11 亿只左右 镍氢电池组件目前占总体电池组件产量的 20%, 随着锂离子电池组件继续扩大市场, 镍氢在大陆的市场份额预计也会不断下降 举例来说, 以前镍氢电池组件约占手机电池组件市场的 10% 左右, 但随着锂电池应用的增长, 镍氢电池在手机产业中的份额在 2005 年降至只有 5% 虽然面临锂离子电池和电池组件的威胁, 生产厂商仍然对于今年镍氢电池及电池组件的前景充满信心 实际上, 大中华地区的多数供应商正在计划提高今年的产量 例如, 辽宁九夷三普电池有限公司 (Union Suppo) 今年将把月产能从去年的 1,440 万个提高到 1,700 万个 同时, 三普电池还于去年 10 月建成一家新厂, 该厂拥有较多的粘贴 装配和分级设备, 今年将再投资 37.5 万美元安装更多的制造设备 去年年中, 江门三捷电池实业有限公司 (JJJ) 投资了 10 万美元安装新的测试设备 到年底的时候, 该公司已把镍氢电池的日产能从 30 万个提高到 50 万个, 现在则可以月产 180 万个镍氢电池组件, 而且还将进一步改善制造工艺和整合工艺流程 江苏海四达化学电源有限公司 (Highstar) 据称是中国大陆主要的烧结型镍镉 (NiCd) 和镍氢电池及电池组件生产商 该公司已投资大约 123 万美元新建一条生产线, 计划近期开始量产, 预计这条新生产线将使今年的产量提高 25~30% 为了避开电池产业中的激烈竞争, 已有部分厂商目前致力于提供 OEM 服务, 而不是生产标准电池 不少香港电池生产商已转向环保的可充电电池, 例如在镍氢和锂电池及电池组件方面 随着消费者和产业的环保意识增强, 镍氢电池已成为碱性电池的良好替代品 Jeff Power 有限公司表示 据介绍, 电动汽车和电动自行车 摩托车和玩具是对其镍氢电池需求最强劲的应用领域, 同时,Jeff Power 的电池也可以用于便携产品和电动工具 该公司在广东东莞拥有一家工厂, 有 300~350 名工人, 可以月产 100 万个镍氢电池 便携电子 玩具, 以及数码相机等耗电量较高的产品, 继续推动对镍氢电池及电池组件的需求 据香港万顺电子有限公司 (Vanson) 表示, 该公司的镍氢电池

27 广泛用于数码相机 MP3 播放器和其它音频产品 万顺电子在东莞也有一家工厂, 占地面积达 24,262 平方米, 拥有 2,500 名员工 工厂已通过 ISO 9001 标准认证, 镍氢电池及电池组件还通过了 TüV CE UL CUL CSA SAA SEMKO NEMKO KEMA 和 CB 认证 同样, 香港正源电池有限公司 (Minamoto) 的镍氢电池及电池组件的主要应用领域是玩具 便携收音机 CD 播放器和其它消费电子产品 正源电池在杭州的工厂大约有 800 名工人, 每年可生产 1 亿只电池, 其中, 镍氢电池约占总体产量的 30%, 并通过了 UL 认证 该公司最近在武汉新建成一家工厂, 生产面积达 3,000 平方米, 装备了六条自动生产线 但据透露, 这家新厂将偏重于生产锂电池, 计划每月生产 1,000 万个 这家公司多数原材料采购自中国大陆, 不过也有一部分来自日本 美国和德国 多数厂商都认为, 去年产品价格普遍持稳, 但利润率略有下降, 主要是因为原材料价格上涨 随着原材料价格上涨, 厂商也提高了镍氢电池的价格, 未来价格趋势仍系于原材料价格走势, 预计产品价格仍将上涨 例如, 三捷电池去年把镍氢电池及电池组件价格提高了 10%, 江苏海四达的多数关键原材料, 如正 负极和隔离材料, 是从加拿大 英国 日本 德国 俄罗斯 韩国和比利时进口 由于原材料价格持续上涨, 该公司也考虑在未来数月内提高镍氢电池及电池组件的价格 部分公司预测镍氢电池组件的价格今年将上调 5% 左右 目前 AA 电池报价是 5 美元 ; 工业电池组件的报价是每组 10~20 美元, 或每节 20 美分至 10 美元 ;EV 电池组件的价格是每组 50~300 美元 产品开发目标是高容量电池尽管大陆地区生产镍氢电池和电池组件的企业众多, 但多数在批量生产低成本产品 从行业角度来看, 日本厂商继续控制全球镍氢电池产业, 尤其是在关键材料与技术方面, 台湾地区厂商受日本和大陆同行的双重竞争压力, 数量在逐年减少, 或者转向锂电池等其它领域, 或者退出电池产业 研发高功率镍氢电池及电池组件已经成为目前大陆厂商的重点和首要任务 除了拥有自己的研发队伍以外, 各厂商还与大学和研究院所建立了技术合作, 以获得额外的研发资源 例如, 三捷电池与哈尔滨工业大学建立了技术合作, 致力

28 于提高其镍氢电池的标称容量 该公司目前能够批量生产 AA2400 镍氢电池, 容量为 2.4Ah, 额定电压为 1.2V, 计划在数月内把容量提高到 2.6 Ah 江苏海四达把销售收入的 3~5% 用于研发活动 除了拥有一支由 55 人组成的研发队伍以外, 该公司还与中国科学技术大学 南开大学 复旦大学和南京大学建立了技术合作, 以开展镍氢电池及电池组件的研发工作 三普电池公司的研发重点是具有高容量和超长充电保持能力的电池组件 此外, 三普电池表示, 在其电极制造工艺中将专注于使用 湿粘贴 (wet pasting) 方法, 尽管这会导致制造成本上升, 但利用这种技术将减少镍氢电池组件的性能变化 三普过去曾与美国能量转换公司签署了一项专利授权协议, 通过支付专利费的方式获得了生产 使用和销售镍氢电池的权力, 其获得专利的 HV 系列具有 5C 的快速充电和大约 130A-200A 放电率 另一个研发重点是开发工作温度范围更宽的电池 Jeff Power 的研发队伍有 20 人, 该公司专注于改善电池的电气性能和机械属性, 还致力于开发寿命更长 功率更高和工作温度范围更宽的电池 Jeff Power 主要生产镍氢和镍镉电池及电池组件, 其 AAA 和 AA 尺寸的镍氢电池, 容量高达 2Ah;F 尺寸的镍氢电池, 额定电压为 1.2V, 标称容量高达 12Ah 万顺电子的镍氢电池尺寸包括 AAA AA C D, 还有 9V 型号, 容量从 1.3Ah 至 2.6Ah 正源电池公司也表示目前在开发高容量电池: 我们的电池用于高功率应用, 例如遥控汽车, 就需要真正的高功率电池 我国镍氢电池生产与出口镍氢 (NiMH) 电池继续在电池市场中占有相当大的份额, 中国镍氢电池的年产量一直稳步增长 2006 年中国镍氢电池产量超过 9.6 亿只,2007 年产量继续以超过 15% 的速度增长, 达到 11 亿只左右 而在 规则 中被限制的锂离子电池自 1992 年由索尼公司产业化以来, 全球锂离子电池市场基本由日本独霸天下 2000 年以前, 日本锂离子电池产量约占世界总产量的 95% 以上 2003 年, 中国电池总产量已达 262 亿只, 约占全球电池总产量的一半以上, 中国已是名副其实的电池制造大国, 目前的电池产量和出口量都位居世界第一 如果电动汽车是石油用完后汽车的主流, 那么电动汽车用锂离子电池肯定会大行其道, 而在锂电池方面有深入研发与投资的企业将会成为未来汽车零部件行

29 业的巨头, 甚至可能改变全球汽车零部件供应商格局 近几年将投产汽车用锂电池的企业很多都不在全球汽车零部件百强之列, 现有的汽车零部件企业百强中只有博世 大陆集团 麦格纳 江森自控 日立 ( 汽车业务 ) 等还力图在锂电池领域占据领先地位, 而且大都通过合资或收购方式来实现对这一陌生 但潜力巨大的市场的掌控 排名 企业 产品 07 产量 ( 万只 ) 1 深圳比亚迪股份 镍氢 汤浅 ( 天津 ) 实业有限公司 镍氢 深圳市联科实业有限公司 镍氢 深圳市豪鹏科技有限公司 镍氢 河南环宇电源股份有限公司 镍氢 无锡松下电池有限公司 镍氢 东莞市迈科科技有限公司 镍氢 三洋能源 ( 天津 ) 有限公司 镍氢 中山欧力工业有限公司 镍氢 惠州时代电池有限公司 镍氢 三洋能源 ( 苏州 ) 有限公司 镍氢 湖南科力远高技术有限公司 镍氢 国内外镍氢电池主要竞争企业一 小型 Ni-MH 电池的现状与发展方向 1. 市场趋势镍氢电池于 1988 年进入实用化阶段,1990 年在日本开始规模生产, 此后产量成倍增加 目前在日本, 三洋 松下和东芝形成了三足鼎立的局面, 所占市场份额分别为 40% 30% 和 20%, 生产能力已达到 1500 万只 / 月 最近报道, 三洋公司出资 9000 万美元购买了东芝镍氢电池生产线, 使三洋公司镍氢电池的生产能力占日本总生产能力的 60% 以上 从表 1 中可以看出,Ni-MH 电池实际产量一直超过市场推测值, 这表现了 Ni-MH 电池良好的发展态势

30 我国在 863 计划推动下, 用于信息领域的镍氢电池产业已初步形成 目前我国小型镍氢电池的生产能力已达到 1.6 亿只 / 年 1998 年国内生产量已达 5000 万只 AA 型镍氢电池容量已达 1600mAh, 研究水平进入国际先进行列, 并取得了一系列有创新性的技术成果 建立了一条中试示范生产线, 两条生产示范线, 并带动了一批镍氢电池生产企业的发展 表 年日本对镍氢电池市场的推测与实际产量年 推测值 实际产量 性能状况能量密度体积比能量 : 提高材料性能和增加电池内填充密度, 镍氢电池体积能量密度从 1990 年的 180W h/l 增长到 1997 年的 360Wh/L, 与锂离子电池相当 镍氢电池的高比能量使其在移动电话 笔记本电脑等领域内具有非常大的竞争力 质量比能量 : 从开始的 55Wh/kg 上升到 77Wh/kg, 但电池的单位质量仍然是锂离子电池的 1.5 倍 目前轻型贮氢合金如 V-Ni 基和 Mg-Ni 基合金正在开发研究之中 电池的成本成本已降低至最初的 1/3, 几乎达到了与镍镉电池相同及低于锂离子电池成本的 1/2 功率特性在保持镍镉电池 1.5 倍的能量密度前提下, 放电性能从 5C 率提高到 20C 率 现在, 高功率镍氢电池已经进入长期被镍镉电池垄断的电动工具市场 环境保护对镍镉电池的限制给镍氢电池提供了一个很好的进军电动工具市场的机会 这个市场大约需电池 5 亿只 / 年 目前, 提高 Mm-Ni 5 基合金功率特性的研究正在进行 高功率镍氢电池已经在 HEVs 找到了新的市场 3. 发展方向在小型二次电池领域,Ni-MH 电池在市场竞争中面临镍镉电池和锂离子电池两面夹击 在价格方面镍镉电池占据优势 ; 在比能量方面 Ni-MH 电池不如锂离子

31 电池, 在与镍镉电池的竞争中,Ni-MH 电池通过实现规模化生产, 降低了生产成 本, 迅速取代了部分镍镉电池市场, 并在近年来发展迅猛的移动通讯 便携式电 脑领域站稳脚跟 为了与锂离子电池竞争,Ni-MH 电池正在向高容量化方向发展 目前,AA 电池容量已达 1400~1800mAh,4/3A 电池容量达到 3 500~4500mAh, 体积比能量达 360Wh/L 以上, 已超过了目前锂离子电池产品 表 2 为近年来日本 东芝公司镍氢电池容量上升情况 表 2 日本东芝公司镍氢电池容量上升情况 (mah) 电池型号 1997 年 1997~1998 年 1999 年 AAA L-AAA /5AA AA /3A 日本汤浅 (Yuasa) 公司圆筒型 AAA750 型 ( 单 4 型 ) 镍氢电池达到世界最高容 量,AAA850 型将于今年 10 月开始上市出售 ( 样品已于 5 月开始出厂 ) 该电池可 与锂离子电池匹敌, 具有优良的体积能量密度和耐高温性能 自放电量与原来的 产品相比减少了 1/2 同时采用该公司具有专利权的游离球状镉和高密度氢氧 化镍活性物质 虽然镍氢电池的体积比能量已超过了锂离子电池, 但其质量比能量仍然低于 锂离子电池, 所以轻型贮氢合金和高比容的正极活性物质正在开发之中, 以提高 镍氢电池的质量比能量 表 3 日本汤浅 (Yuasa) 公司高容量电池的技术指标 型号 形式 电压 容量 AAA750 单 1.2V 750mAh(Lowest700mAh) AAA V 850mAh(Lowest800mAh) 另外, 由于移动电话继续向小型化 低电压趋势发展,AAAA 型 Ni-MH 电池 产品现已问世

32 总之, 小型 Ni-MH 电池将朝着低成本化 高容量化 轻型化 新品种化等方向发展 二 镍氢动力电池的现状与发展方向 1. 电动车用动力电池发展背景除作为电子信息领域迫切需求的小型移动电源外, 镍氢电池可能成为电动车的电源之一 近年来, 人们对城市空气质量及地球石油资源危机等问题日趋重视, 保护环境, 节约能源的呼声日益高涨, 促使人们高度重视电动车及其相关技术的发展, 美国 法国 中国的上海市等均相继通过立法限制燃油车, 大力发展电动车 受国情影响, 欧美等发达国家如美国 德国 法国 日本等国家开发的电动车以电动汽车为主, 同时包含一部分电动摩托车和电动自行车 ; 发展中国家尤其是中国内地以及中国的台湾 香港地区, 近期的电动车市场主要为电动摩托车和电动自行车 据统计, 国内已有 200 家公司 企业着手小型电动车的开发 生产和应用, 同时, 部分单位开展了电动汽车的开发应用 迄今为止, 制约整个电动车行业发展的主要因素是电动车用电池 从 20 世纪 90 年代初, 日本 美国 法国 德国等国家纷纷制定了相应的电动汽车用动力电池发展计划, 如美国能源部 (DOE) 国家电源研究所与通用 克莱斯勒 福特三大汽车公司组成的先进电池联合体 (USABC) 于 1991 年底签定一项协定, 计划在 4 年中投资 262 亿美元用于电动车电池的开发, 现第一阶段的合同已完成, 其中以 Ni-MH 动力电池为中期发展目标的 DOE-USABC 计划指标基本达到,1997 年底,GM-Ovonic 公司已开始批量生产 Ni-MH 动力电池, 并装备了 30 辆 Chevy S-10 电动汽车进行试车运行 ;1998 年该公司又进一步扩大了 Ni-MH 动力电池的年产量, 日本政府也有一个由 11 家公司参加的投资近 16 亿美元的计划, 开发电动车用蓄电池 根据美国 USABC 和日本公司对各种电动车用电池的性能以及发展潜力比较论证, 综合考虑电池的可靠性 安全性 电池材料的资源与环境问题以及电池性能的发展趋势, 确定镍氢电池是近期和中期电动车用首选动力电池 电池的开发研究状况

33 美国 Ovonic 公司开发了从 20Ah 至 150Ah 系列高能方形密封镍氢电池 ( 吸氢合金为 AB 2 系 ), 电池能量密度可达 70~90Wh/kg, 已在电动助力车 摩托车 工具车和 4 人座轿车上试用 另外, 美国 Ovonic 公司与通用公司合作开发的 HEV-20(20Ah) HEV-30(30Ah) HEV-60(60Ah), 均为方形密封高功率型电池 日本松下公司开发了 HEV-6.5 电池 (6.5Ah), 其功率密度高达 500W/kg 1996 年松下与丰田合作推出 EV-95( 容量 100Ah) 电池用于 RAV 电动车, 一次充电可行驶 215km, 最高时速 125km; 松下 汤浅 东北电力 / 古河公司分别推出电动汽车用 95~100Ah 方型镍氢电池 ;1999 年日本研制的高能型镍氢动力电池驱动一辆四轮 5 座电动轿车, 一次充电行驶距离达 500km, 平均时速 100km, 将于 6 月份进行 2 万 km 的环球旅行 1998 年 京都新闻 报道日本蓄电池公司首次推出电动汽车用 100Ah 镍氢圆柱型电池, 输出功率达 200W/kg 电池直径 57mm, 高 230mm, 耐压能力是方型电池的 5 倍 该电池可能成为 EV 的候选电池之一 ; 松下 汤浅 古河公司分别推出电动汽车用 95~100Ah 方形 Ni-MH 电池 ;1999 年 3 月, 三洋公司将 D 型 7Ah Ni-MH 电池用于电动助力自行车, 投放市场 5000 辆 表 4 为松下电动车用镍氢电池的主要性能指标 表 4 日本松下电动车用镍氢电池的主要技术指标性能参数 EV-95 EV-28 HHR650D 标称电压 /V 标称容量 /Ah 比能量 /Wh kg 比功率 (80%DOD)/Wh kg 质量 /kg 尺寸 /mm φ 德国 Varta 公司开发的 HEV-10(10Ah) 电池, 其能量密度为 50~70Wh/kg, 功率密度为 500W/kg 法国 Saft 公司开发研制的电池, 容量为 100Ah, 电池能量密度在 50~70Wh/kg 之间

34 我国的北京有色金属研究总院早在 20 世纪 80 年代末就对电动车用 Ni-MH 动力电池及其相关材料进行了大量研究,1993 年成功运行由 0.84kWh(35Ah,24V) 动力电池组带动的电动三轮车 ;1996 年又运用 14.4kWh(120Ah,120V) 电池组, 在国内首次成功驱动电动汽车 在国家 863 计划支持下, 开展了系列密封 Ni-MH 动力电池的开发工作, 电池比能量均达到 50~70Wh/kg 我国开发的系列小型圆柱型动力电池已装配电动助力车投放市场 开发动向及趋势大容量 ( 高比能型 )Ni-MH 动力电池仍占据重要地位, 它主要用于纯电动汽车 (EVs) 虽然纯动汽车目前离商品化还有一段距离, 但各国都投入大量的财力 物力进行研究开发 其中美国的 Ovonic 法国的 Saft 德国的 Varta 日本的古河 汤浅 松下等公司在此方面开展工作较多, 表 5 为国外几家公司研究机构开发的电动车用大容量 Ni-MH 动力电池的性能情况 目前, 美国 Ovonic 公司已与通用公司 日本松下已与丰田公司合作计划实现电动车用 Ni-MH 动力电池的产业化 表 5 电动车用大容量 Ni-MH 动力电池性能情况对比 公司名称 电池容量 /Ah 电压 /V 电池尺寸 /mm 电池比能量 /Wh kg -1 美国 Ovonic 公 司 100,90, ,13.2, ,70 Saft 法国公司 日本古河电池 公司 日本汤浅公司 日本松下电池 公司 混合型电动车 (HEV) 的发展促进了高功率 Ni-MH 动力电池的发展 混合型电 动车被认为是目前最实用 最具有前景的清洁车型 日本松下与丰田合资生产的 混合型电动汽车采用 1.4L 高效发动机,6.5Ah 电池 240 只串联, 电池组总重 40kg,

35 耗油下降 1 倍, 行程 700 多公里, 排污为汽油机的 1/20 该混合型电动汽车于 1997 年上市, 现月产 5000 辆, 售价每辆 215 万日元 据估计到 2010 年, 将生产 150 万辆电动汽车, 其中 95% 将为混合型电动汽车 美国能源部调查结果也表明,HEV 将成为市场的主流产品 估计 2020 年 HEV 将占世界汽车总数的 50% 据日本野村综合研究所分析, 镍氢电池由于技术成熟, 今后 5 年内 (2005 年前 ), HEV 所用电池将以镍氢电池为主 ( 占 95%), 从 2006 年至 2020 年锂离子电池的应用比例将上升至 40%, 镍氢电池仍将占 60%, 高功率 Ni-MH 电池成为今后发展的趋势 表 6 为近年来高功率型 Ni-MH 动力电池的开发情况 德国 Varta 公司也开发了 HEV-10 混合型电动车用高倍率 (HP) 及超高倍率 (UHP)Ni-MH 动力电池, 研制的电池最高比率可达 800W/kg(UHP) 表 6 高功率 Ni-MH 动力电池开发概况美国 Ovonic 公司 ( 方形电池 ) 日本 National 公司 ( 圆柱形电池 ) 150Ah:290W/kg,800W/L 120Ah:355W/kg,1100W/L 90Ah:225W/kg,600W/L 60Ah:630W/kg,1700W/L 6.5Ah/1.2V:530W/kg,1820W/L 6.5Ah/7.2V:500W/kg,1730W/L 30Ah:600W/kg,1450W/L 20Ah:570W/kg,1600W/L 为使 Ni-MH 动力电池尽快步入商业化应用, 在考虑动力电池大容量, 又必须兼顾电池高功率, 同时希望将现有成本下降 1/3 以上 如此综合因素促使人们不仅在原材料及电池结构上开展大量艰苦的研究工作, 同时也在不断探求能否以更加新型的方式研制出新型的 Ni-MH 动力电池 目前美国能源公司开发了一种用于电动车的双极型 Ni-MH 动力电池 这种电池成本为 158 美元 /kwh, 批量生产后还可以进一步降低, 而且该电池具有优良的高倍率放电特性, 同时寿命长 不漏液 近年来我国研究开发的热点是电动自行车用 Ni-MH 动力电池 由于我国是自行车生产大国, 自行车的保有量上亿辆, 若其中 10% 能成为电动自行车, 对电池的需求量将十分可观, 市场发展潜力巨大 目前, 由于成本及技术成熟度等问

36 题, 国内研制的电动助力车采用的动力电池大多为铅酸电池和镍镉电池, 进一步降低镍氢电池的成本及提高电池性能的稳定性, 才能迅速抢占此巨大市场 2. 电动工具用动力电池电动工具市场长期以来被具有高倍率放电特性的镍镉电池垄断 由于该电池负极材料镉有剧毒, 对环境造成污染, 世界各国将禁止使用 由于电动工具市场的庞大, 大约需电池 5 亿只 / 年, 因此世界各国都在致力于开发电动工具用镍镉电池的替代品 绿色环保型镍氢电池与镍镉电池具有互换性, 且容量密度是其 1.5 倍以上 随着 Ni-MH 电池制备技术的日益成熟, 其高功率特性也得到很大提高 所以, 电动工具电池市场不久的将来会被镍氢电池所挤占 目前, 日本松下推出 HHRSc 300P 3500mAh 镍氢电池性能将是镍镉电池电动工具市场的取代品 美国发展了 SC 型电池, 容量可达到 2.2~2.4Ah, 且能在 10~20C 率放电, 因此已进入电动工具市场, 逐步取代高功率镍镉电池 永备公司的 2.2Ah Ni-MH 电池已实用化, 它比镍镉电池在电动工具中的工作能力有显著提高 德国 Varta 公司也开发了用于电动工具的超高功率型 (UHP)Ni-MH 电池 我国的天津津川公司 江苏海四达 广东佳力等开发出电动工具用高倍率放电的 Ni-MH 电池, 并已开始投放市场 中国电动工具生产量占世界总产量的 30% 而且每年对欧美均有大量的出口 2003 年欧洲不再允许使用镍镉电池, 这给镍氢电池提供了一个良好机会 目前世界各国 Sc C D 型电池由于热平衡问题均未得到很好解决, 因此生产规模均未形成 我们必须抓住这一大好时机, 抓紧高功率 Ni-MH 电池的研制, 才能在市场竞争中取得有利地位 镍氢电池领域的主要技术发展趋势研究低成本 高性能 高稳定性贮氢合金材料, 使其对提高比能量和比功率有明显作用 如低钴廉价动力电池用贮氢合金的研制, 以及准快速冷凝贮氢合金生产新工艺的研究 研究高表面导电性 Ni(OH)2 材料如表面镀 Co(OH)2 技术, 进一步提高正极的利用率和高倍率放电性能 目前, 我国研制的覆铅球型 Ni(OH)2 5C 放电容量超 过国标高倍率放电容量标准的 15%; 清华大学研制的球型 a Ni(OH)2, 放电电 压几乎 100% 都在 1.2V 以上

37 随着市场的需求, 新型绿色环保型镍氢电池正朝着高容量 小型化 高功率方向发展 镍氢电池产业将成为 21 世纪能源领域的重大产业之一 镍氢电池产业的发展可获得城市环境的改善, 使国民经济可持续发展 ; 有助于移动通讯, 无污染电动车等的高新技术产业的发展 ; 将带动上游原材料工业的发展 如为配套 23 亿 Ah 的镍氢电池产业, 将年耗混合稀土金属 7636 吨, 金属镍 吨, 金属钴 吨, 金属锰 1725 吨, 金属铝 吨 建立镍氢电池回收体系, 将有利于保护环境和充分利用有色金属资源 2.3 镉镍蓄电池 燃料电池使用第三代燃料电池技术的城市客车日前在京亮相 据介绍, 这款名为福田欧 V 的低地板客车配置镍氢电池组, 能源利用效率超过 50%, 真正实现了高效率 零排放 动力系统平台由清华大学组织联合开发, 为国家 十一五 863 科技成果装车验证 该车的发布标志着中国汽车的环保技术已经达到世界领先水平 在发布现场进行的 尾气水养鱼 试验, 让参观者真切感受到了科技带来的震撼 从燃料电池客车排气管中排放出来的尾气, 直接注入鱼缸, 而鱼丝毫没有感受到生存环境的改变, 依然游动活跃 进食正常 专家指出, 燃料电池客车排放的是洁净的水蒸汽, 没有任何有害气体 从某种意义上, 燃料电池客车甚至可以起到净化空气的作用 排放的尾气比空气更清洁 在全球范围内, 节能 减排正逐渐成为汽车行业准入和使用的刚性标准 燃料电池客车 混合动力客车, 将成为国内汽车厂商通向未来的通行证 此次发布的福田欧 V 客车使用了中国第三代燃料电池技术, 为国家 十一五 863 项目的研究成果, 由清华大学项目团队联合开发 据福田技术人员介绍, 先进的燃料电池及匹配技术是欧 V 客车达到 零排放 的秘密 欧 V 燃料电池客车通过燃料电池发动机, 将氢气与氧气的化学能转换形成电能, 其能量转换率可达 50% 以上 驱动能量产生的过程就是化学反应过程, 但排放物只有水蒸汽, 真正达到汽车的环保极限 零污染 清华研究团队确定的 电电混合技术 代表了燃料电池发展的新方向, 既响应了 2008 北京奥运的绿色主题, 更具有 中国环保车 的特殊意义

38 两年前, 同属国家 863 计划 燃料转换效率为 41% 的燃料电池试验轿车发动机曾在上海同济大学诞生 据了解, 当时通过科技部专家组验收的为第三代燃料电池发动机, 总输出功率达到 48 千瓦, 净输出 36 千瓦 ; 运行稳定, 可以满足轿车运行的要求 ; 发动机从怠速到额定功率的响应时间不到 20 秒, 系统效率达到 41% 目前, 最接近量产的燃料电池轿车当数本田的 FCX 2002 年 12 月, 本田同时向日本政府和美国洛杉矶市政府交付了首批 FCX, 成为世界上第一家实现商品化销售的燃料电池车生家实现商品化销售的燃料电池车生产厂家 今年年底或 2009 年年初, 以 FCX 概念车为原型的量产车将同时投放日本和美国市场 本田 FCX 的动力系统采用高压纯氢式燃料电池系统和本田独有的超大容量电容机相配合驱动电动机 为了使燃料电池车也具备紧凑型小轿车驾乘方便的特点, 本田开发了专用平台, 将由多种要素构成的动力系统合理地布置在车体前部 下部和后排座椅后部 其紧凑的车身, 既确保碰撞安全性能, 又实现了轻松容纳四个成年人的乘坐空间 其他电池金属氢化物镍电池是 20 世纪 90 年代刚投放市场的新型碱性蓄电池, 它与传统的镉镍电池具有良好的互换性 ( 标称电压同为 1.2V), 用电器具无需更改, 即可采用金属氢化物镍电池, 金属氢化物镍电池采用贮氢合金材料替代有毒物质镉, 消除了 镉污染, 因此被誉为 绿色环保电源 近十几年来, 消费者对移动式产品的需求及依赖性愈来愈大, 举凡生活消费用的照相机, 摄像机, 随身听及电动玩具, 个人通讯用的行动电话, 无绳电话, 与工作相关的笔记本计算机及电动汽车, 电动自行车等, 似乎所有高科技产品都向 无绳式 移动式 方向发展, 而这些产品都有共同的基本需求 - 可重复使用 小型 轻便 长工作时间 长使用寿命和对环境友好的移动电源, 基本上述迫切需要, 在 20 世纪 80 年代后期世界上逐步掀起一股研究新型蓄电池的热潮, 金属氢化物镍电池正是以镉镍电池技术为借鉴, 结合利用储氢材料及其在电池中应用研究取得重大成果的基础上研制成功的新型蓄电池, 因此它是集能源科学, 环境科学和材料科学于一体的新型电源 公司通过自己的不懈努力, 研制和生产出各种规格的二次电源, 广泛应用于

39 对讲机 摄像机 笔记本电脑, 数码相机 仪器仪表等领域 产品主要特点 : (1) 电池容量大, 是同尺寸镉镍电池的 倍 (2) 能够进行 1 小时快速充电 (3) 具有较长的循环寿命 (500 次以上 ) (4) 电压为 1.2V, 与镉镍电池具有互换性 (5) 密封不漏液, 无需维护, 具有高可靠性 (6) 电池一致性好 (7) 无污染, 被誉为绿色环保电源

40 第三章锂电池产业发展分析 3.1 国际锂电池市场发展概况 北美地区锂电池市场预估分析一 北美地区电动车市场规模预估根据去年 12 月初在美国由 EDTA(Electric Drive Transportation Association) 举行 Powering Sustainable Transportation 研讨会, 以电动车及氢燃料车为主轴, 深度探讨充电式混合动力车 (PHEV) 电动车(EV) 及氢燃料车 (FCEV) 的技术发展趋势与未来商品化时间表 图一国际车厂预计推出 PHEV 与 EV 时间表全球主要车厂推出的电动车计划, 主要以插电式混合动力车 (PHEV) 电动车 (EV) 的研发设计 其中, 插电式混合动力车 (PHEV) 以电力驱动, 续航力约在 公里 电动车 (EV) 完全由电池提供动能, 以电代油 驱动动力系统之交通运输

41 工具, 续航力约介于 150~250 公里之间, 续航力主要决定于电池组的容量 现阶段国际车厂预计推出 PHEV EV 的时间表如图一 从厂商策略分析, 电动车发展并非是唯一策略, 而是维持产品线以因应市场需求 故在北美地区的电动车市场规模预估上, 根据 EPRI (EPRI(Electric Power Research Institute, Inc) 的预估, 可能需要到 2020 年以后, 才较有机会达成年产量 1 佰万台以上的规模, 如图二 二 全球主要车厂与电池厂的合作关系在电动车关键零组件部份, 主要包括电池 马达 马达电力控制 煞车电力回收等关键技术, 其中, 以电池的成本最高, 预估约占整车成本的四到五成 为掌握电池的技术与降低成本, 全球的主要车厂无不与电池厂商进行合资关系 或成为策略联盟的合作伙伴等, 合作关系如图三 在日系厂商中, 车厂主要与本土电池厂进行合资, 如丰田汽车的电池供货商是 Panasonic EV, 分别由丰田及松下集团各投资六成及四成 而日产的电池供货商是 AUTOMOTIVE, 分别由日产与 NEC 集团投资五成 至于三菱汽车的电池供货商为 LITHIUM ENERGY, 分别由汤浅电池 (GS UASA) 持股五成一, 三菱集团持股四成九的比例 而在美系车厂中, 则以 GM 与韩国电池厂乐金化学公司

42 (LGChem) 合作为代表, 乐金化学是 GM 开发 Chevy Volt 电动车的锂电池供货 商, 但整车研发技术由 GM 掌握 图三全球车厂与电池厂的联盟或合作版图 从日本汽车与电池厂的合作模式, 或乐金化学供应 GM 电池的合作关系可以看出, 车厂为了掌握电动车的开发技术, 确保关键零组件供应链及成本 实行模式皆是车厂与电池厂商合资或达成联盟关系, 以确保在整车开发过程中, 车厂可以以主导产品规格与研发技术 相较于上述合作模式, 另一种电动车发展模式是电动动力系统 (Electric Propulsion) 厂商专注于电动车动力系统模块开发, 包括马达控制系统 电池管理系统及整车的电源管理系统等 其角色就类似开发电子产品的中央处理器 (CPU), 并将电动动力系统高度模块化, 以节省整车厂开发电动动力系统的时间与成本, 而车厂的角色转换为系统整合厂, 负责整车系统整合与生产制造 三 锂电池产业发展机会

43 在关键零组件的产业发展机会部份, 按美国公司 JSC(Johnson Controls -Saft Advanced Power Solutions) 的分析, 电池模块供应链将由全球分工体系完成如图四, 不同零件的主要供应地区说明如下 : 电池的电子零件 : 亚洲与欧洲地区的厂商 电池的线材 : 亚洲 欧洲与美国地区的厂商 电池的散热 : 亚洲与欧洲地区的厂商 电池的机构组件 : 亚洲 欧洲与美国地区的厂商 电池组装 : 亚洲与欧洲地区的厂商 软件 : 亚洲 欧洲与美国地区的厂商 图四电池模块全球供应链的区域分析从电池模块全球供应链的区域分析, 可以看出亚洲厂商将是电池模块的主要供货商, 其中, 又以日本厂商最强, 其策略是保留材料关键技术, 例如保留锂电池材料的极板 ( 正 负极 ) 的开发技术与生产在日本, 其余的电池芯生产或电池模块制造部份, 则转往中国大陆与新加坡生产, 以降低锂电池芯或电池模块的总成本 四 结论在电动车锂电池产业的竞争上, 台湾厂商要思考的是产业价值链分工与定位, 策略上除了要积极攻入整车厂或电动动力控制系统厂商取得合作机会, 以提高锂电池芯或电池模块的生产规模外 更应在关键技术开发或产品定位上有别于日本或中国大陆的发展策略, 朝上游的原料技术发展, 降低锂电池的材料成本,

44 或强化与国际车厂合作关系, 透过系统设计, 成为车厂的长期供货商, 避免大陆厂商的价格竞争 日本大型锂电池市场规模不断扩大富士经济公布了用于电动工具 电动助力自行车 汽车及蓄电设备等大型产品的大容量充电电池和部件的市场调查结果 调查对象为汽车及运输设备领域 蓄电设备及负荷平衡装置领域 家电及 DIY 设备领域 产业用设备及机床领域的 4 个领域 35 种产品 预计 2008 年度大型充电电池的日本国内市场规模将比上年增长 3.2%, 达 3136 亿日元, 而 2014 年度将比 08 年度增长 69.7%, 达 5321 亿日元 目前占整个市场 50% 以上的为铅蓄电池, 不过到 2014 年之前混合动力车方面的需求将会扩大, 因此镍氢充电电池将超过铅蓄电池 另外, 锂离子充电电池及电双层电容器市场也有望增长 富士经济预测,2014 年度之前增长最快的将是锂离子充电电池市场, 预计将比 2008 年度增长 552.4%, 达到 946 亿日元 其次为电双层电容器市场, 估计将同比增长 311.1%, 达到 111 亿日元 镍氢充电电池市场将同比增长 130.1%, 达到 2078 亿日元 按种类来看, 预计 2008 年度锂离子充电电池的日本国内市场规模为 145 亿日元 由于锂离子充电电池能够替代镍氢充电电池 镍镉 (NiCd) 电池及铅电池等, 因此可应用于各个领域 按领域来看, 预计汽车及运输设备领域占市场整体的 53%, 家电及 DIY 设备领域占 46% 汽车及运输设备领域方面, 锂离子充电电池多半应用于电动助力自行车 2011 年以后将正式用于混合动力车, 随后将在汽车及输送设备领域迅速扩大

45 预计 2008 年度镍氢充电电池的日本国内市场规模为 903 亿日元 其中 9 成以上应用于汽车及运输设备领域 今后混合动力车方面的需求将进一步扩大, 因此富士经济预测, 该领域的比例将进一步提高 另外, 在蓄电设备及负荷平衡装置领域, 还在太阳能发电及风力发电等方面进行了实证试验, 但预计 2014 年度所占的市场比例将减少 2008 年度电双层电容器的日本国内市场规模为 27 亿日元 其中, 汽车及输送设备领域将占市场整体的 53%, 产业用设备及机床领域占 42% 混合动力车应急电源 ( 电子控制制动器的辅助电源 ) 方面的需求正在迅速扩大 另外, 预计 09 年 ~2010 年内, 配备无空转机构的汽车将全面采用起动机驱动方式 因此, 今后汽车及运输设备领域的市场将进一步扩大 在产业用设备及机床领域, 电双层电容器将广泛应用于不间断电源装置 (UPS) 德国多家企业共同开发新一代锂离子电池德国多家公司合作研究新一代锂离子电池如今全世界各大公司都加大了对锂离子蓄电池的资金投入, 这表示应用于插电式混合动力和电动车的新一代的高能电池开始了研发 在 BASF Future Business 有限公司的领导下,18 个来自工业和科学领域的合作伙伴共同开始了名为 "HE-Lion" 的项目, 打算在未来四到六年内研制出效率更高, 更安全的锂离子电池并且在市场上推广 德国教育研究部门 (BMBF) 在创新联盟 "Lithium Ionen Batterie LIB 2015" 的出资 2100 百万欧元赞助 HE-Lion 项目 这一同盟对于加强德国的创新地位是必须的 在这次的研发进程中, 我们必须尽可能早的取得电池材料的决定性突破 这样才能降低电池的成本,BAS 的董事会成员兼此次研发项目的发言人 Andreas Kreimeyer 说道 第一和第二代锂离子电池已经成熟应用于笔记本电脑, 智能手机, 数码相机, 而第三和第四代锂离子电池的研发目标是更稳定的系统 而能否成功的决定性因素是新电池安全性和效率是否高, 价格是否合理 并且力争使能量密度比现有的电池提高两到五倍 这样才能使插电式混合动力和电动车的行驶距离提高到人们可接受的程度 BASF, Freudenberg Vliesstoffe 和 SGL Carbon 公司负责材料研发 而电池技术则由 Fraunhofer Institut Itzehoe 以及 Gaia, Leclanché 和 Bosch 公司

46 提供 而汽车设计则交给了大众汽车公司和能源集团 EnBW, 让高能电池能完美的整合入能源供给系统 Berlin, Bonn, Clausthal, Darmstadt, Giessen, Hannover, Münster 等地的大学以及瑞士的 Paul-Scherrer 学院和 Dresden 的 Leibniz 学员合作开展基础理论研究 3.2 中国锂电池行业发展综述 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 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 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 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

47 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一 磷酸铁锂上取得进展 按照产业链, 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 钴酸锂 锰酸锂 镍钴锰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 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

48 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 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 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 盟固利是中国最大的锰酸锂电池生产商 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 (Total Battery Consulting) 总裁梅纳海姆 安德曼 (Menahem Andaman) 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

49 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 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 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镍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 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 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 镍氢电池 镍镉电池和锂离子二次电池, 铅酸电池和镍氢电池应用尤为广泛 但从电化学性

50 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 120Wh/kg 以上, 循环寿命在 1000 次以上, 能量密度是铅酸和镍氢电池的 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,160kWh 电动公交车用电池总成本价格低于 60 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 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 90Wh/kg 适用于 11M 以上的电动公交车用 160kWh 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% 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

51 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 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 镍电的市场份额将快速增长, 我国国内锂电池 镍电池企业还拥有巨大的市场增长空间 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

52 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 3.6%, 与韩国相近, 而当时日本已达年产 5.12 亿块, 占 93.9% 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%, 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 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 安时高功率型锰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

53 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池常用的钴酸锂做为锂离子电池的正极材料 钴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 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 寻找替代钴酸锂的正极材料, 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 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锰酸锂正极材料, 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锰酸锂材料, 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 ㄤ 340 毫安时 / 克, 性能指标已经达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

54 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在于 : 充放电过程中, 随着锂的反复嵌入脱出, 体积变化高达 300% ㄤ 400%, 导致电极的机械稳定性降低, 材料也因发生粉化逐渐失效, 因此循环性能很差 黄学杰说, 纳米合金化可以克服锡基材料这一弱点, 已在 sony 的 nexlion 中获得应用, 物理所在 1998 年即发表论文指出纳米化是提高此类材料循环性能的有效途径 国内中国钢研科技集团公司在 863 的支持下已初步开发出具有一定循环稳定性的锡基材料 在世界范围内, 具有高比容量的非碳负极活性材料正处于大规模商业化应用的起步阶段, 采用三维集流体材料提高锂离子电池负极材料的电化学性能, 是目前国际锂离子电池领域的一个主要研究热点 与传统二维铜箔相比, 三维集流体材料能够为活性物质提供更加良好的导电环境, 缩短多孔电极内部平均电子传输距离, 从而降低极片内阻, 减小大电流充放电产生的电极极化现象 ; 更重要的是, 三维基体还能在一定程度上缓解高比容量活性材料的 体积效应, 减少内应力对电极结构的破坏, 从而改善电极的循环寿命与充放电效率 目前, 苏州星恒电源有限公司锂离子动力电池的比功率已达到 120wh/kg, 已占国内电动自行车锂离子动力电池市场的 80% 以上, 部分产品已进入国际市常 十一五 期间,863 计划继续给予了支持, 针对车用动力电池和储能电池关键材料的研发, 启动了一系列项目 黄学杰说, 随着动力型锂离子电池材料的产业化进程的深入, 必将大大促进动力电池产业的技术进步, 无论从安全性 高温循环性 使用寿命, 还是从制造成本上讲, 都将把动力电池的产品推广和市场开发推向新的高度 另一方面, 新的 动力型锂离子电池正极材料的发展又对上游原材料生产企业提出了更高的要求, 促进了上游产业在产品纯度以及制造成本等方面的技术进步与发展

55 相信未来几年, 锂离子动力蓄电池会逐渐占领电动车市潮 黄学杰说 锂离子电池重要创新点氧空位磷酸铁锂 : 根据自主研发的一种独特的合成方法, 制备出可逆容量达 160mah/g 的氧空位磷酸铁锂正极材料, 循环 500 次容量未见衰减, 特别是具备高倍率 (10c) 放电能力 钴镍锰酸锂 : 可以取代钴酸锂的钴镍锰酸锂正极材料研制成功, 发展出独特的前驱体合成技术和加锂技术,80% 的钴被锰和镍取代, 并实现了对晶粒尺寸的控制, 合成材料的可逆容量达到 165mah/g, 比钴酸锂高 10% 以上, 循环寿命达到 500 次, 而成本不到钴酸锂的 50%, 已在小试的基础上建成了年产 150 吨的中试线 改进尖晶石锰酸锂 : 发展出了一种具有自主知识产权的 al2o3 表面修饰技术, 生产出可逆容量达到 107mah/g,55 循环 200 次容量保持率大于 90%, 是国内第一个可用于混合电池用高功率锂离子电池的材料, 保障了电动汽车重大专项高功率锂离子电池项目的顺利推进 复合负极材料 : 开发出的复合负极材料, 可逆储锂容量已经达到 600mah/g, 达到国际先进水平 石墨化纳米纤维导电添加剂 : 实现了对碳纤维直径和长度分布的控制, 开发出石墨化纳米纤维导电添加剂, 解决了此类添加剂的国产化问题 电池研制 :2004 年星恒公司基于此材料制造的高功率混合汽车用锂离子电池全面通过了 863 电动汽车重大专项组织的统一测试, 比功率达到 1200w/kg, 性能居国际先进水平, 星恒 10ah 高能量型和 7.5ah 高功率型锂离子动力电池通过美国 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, 为该类电池进入国际市场铺平了道路 金融危机对锂电池行业的影响金融危机引爆锂电池革命 ( 一 ): 锂电池产业革命在这波金融危机下, 中美等国政府不约而同地选择发展新能源汽车产业以拉动经济增长, 股神巴菲特选择新能源汽车厂商比亚迪作为投资对象 不管这是巧合还是高度的看法一致, 一场由锂电池掀起的 能源革命 和 产业革命 正在全球上演, 将彻底改变未来汽车产业竞争格局

56 在新能源汽车产业链中, 以磷酸铁锂为主要发展方向的锂电池是核心环节, 这也是资本能够攫取最大价值的所在, 其中, 锂电池正极将成为这条产业链中最耀眼的明珠 利润率最高 市场容量最大 就投资而言, 锂电池产业链下游的电池 电极材料将具有制造业特点, 盈利能力将呈现下降趋势 ; 上游矿产品 冶炼等将具有采掘业特点, 盈利能力随原材料价格波动 2006 年, 全球最大的电动手工具公司 Black&Decker 推出了一款新型电工手工具包, 该产品上市后, 就由于其高速充电 功率强大 电池循环寿命长以及安全性高而掀起一波销售热潮 该款产品所用的电池正是磷酸铁锂电池 如今, 当磷酸铁锂电池与汽车相结合时, 新能源汽车时代由此开启了 股神巴菲特对比亚迪 (1211.HK) 的投资, 也许正是看中了这一点 这是一场 能源革命 和 产业革命, 中国工程院院士陈立泉如是说 几乎与奥巴马政府的新能源经济政策同步, 中国政府超出行业预期地大力推广新能源汽车 这是一条产业升级的新路径, 而且, 由于汽车产业拥有足够长的产业链条, 又被赋予了拉动经济增长的使命 有券商研究员认为, 以磷酸铁锂电池为动力的混合动力汽车将成为下一阶段新能源汽车的主流, 整个锂电池产业链是新能源汽车投资的重点, 而锂电池正极材料将成为这条产业链中最耀眼的明珠 陈立泉院士认为, 中国发展锂电汽车既有可与发达国家竞争的技术优势, 又有发达国家所没有的资源优势和市场优势, 是中国在激烈的国际竞争中难得的一次历史机遇 在这一 历史机遇 下, 国内整车厂商们的混合动力 纯电动 燃料电池汽车计划纷纷 下线, 汽车零配件企业加紧扩建产能, 各类电池厂商火速研发适用于新能源汽车的动力电池和电池组技术, 材料供应商们则迅速展开新一轮攻关推广和生产线建设 资本市场中, 锂电池所驱动的新能源汽车产业链更成为一场财富盛宴 整车制造厂商福田汽车 (600166, 股吧 )(600166), 拥有上游锂资源的西藏矿业 (000762, 股吧 )(000762), 锂电池组件及电解液供应商杉杉股份 (600884, 股吧 )(600884)

57 中国宝安 (000009) 江苏国泰 (002091, 股吧 )(002091), 包括另一条技术路径 镍氢电池生产厂商科力远 (600478) 等各相关上市公司股价均涨幅巨大 虚荣过后回归价值, 新能源汽车产业链上的各企业业绩能否有爆发性增长? 他们真实的经营状况和未来前景如何? 中国新能源汽车能否在全球汽车业第三次技术革命中走到世界前列? 证券市场周刊 记者自下而上地对混合动力汽车及动力电池整条产业链龙头企业展开调研, 以期寻找未来希望之星 金融危机引爆锂电池革命 ( 二 ): 500 亿元的电池市场新能源汽车可分为混合动力车 纯电动车和燃料电池车三种 在目前的技术条件下, 由于纯电动汽车的电池介质 续航能力 性能以及相关配套设施不健全 ( 如充电站建设 ), 混合动力汽车成为当前发展新能源汽车的过渡选择 以丰田的镍氢混合动力汽车 Prius 为代表的日本, 在新能源汽车领域起步较早, 其厂商的战略核心就是发展混合动力车 2006 年, 混合动力车的市场份额占日本全部新能源汽车销量的 94.2% 从美国 年混合动力汽车销售数据来看, 其复合增长率达到 58.4%, 处于高速增长期 奥巴马就任后宣布, 到 2015 年, 美国混合动力汽车的保有量将超过 100 万辆 科技部部长万钢在 2008 中国绿色能源汽车发展高峰论坛 也给出了中国新能源汽车的发展目标 到 2012 年, 国内有 10% 新生产的汽车将是节能与新能源汽车 照此推算,2008 年中国汽车产量约为 930 万辆, 即使 2012 年产量增至 1000 万辆, 新能源汽车也将达到年产 100 万辆的规模 按每辆混合动力轿车电池成本 5 万元, 正极磷酸铁锂材料 50 公斤, 负极材料 40 公斤, 电解液 40 公斤计算 100 万辆混合动力汽车将带动 5 万吨正极材料, 4 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 500 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 目前, 中国汽车保有量已达到 万辆, 如果未来每年有 10% 的车辆更换动力电池, 又将创造出一个更具想象空间的市场 多年来, 中国汽车业一直走技术跟随路线, 此次新能源汽车的浪潮袭来, 或

58 许是一个摆脱跟随角色的机会 业界期待政府的补贴政策能够刺激新能源汽车产业走上市场化道路, 达到规模经济, 降低购置成本, 而这依赖于整个产业链的技术进步和国产化率的提高 据 证券市场周刊 调查, 国内新能源汽车产业链各环节相互制约, 甚至存在断链 目前亟待解决动力电池组电源管理系统 动力电池隔膜技术, 以及锂电池电解液最为关键的电解质成分六氟磷酸锂 (LiPF6) 的生产合成问题 只有这三项关键技术取得突破, 中国的新能源汽车产业链才能接近完善 金融危机引爆锂电池革命 ( 三 ): 整车厂商抢先机此次科技部 十城千辆 计划最直接的受益者之一莫过于福田汽车的欧 V 客车, 其与北京公交集团签订了 800 辆混合动力客车整车及底盘的采购协议, 这也是迄今国内数量最大的一笔新能源汽车采购订单 而早在 2008 年 1 月, 广州一巴士公司就订购了福田汽车的 30 辆欧 V 混合动力客车, 对方看中的正是混合动力汽车的节油率 福田集团北京客车分公司副总经理刘国强透露, 目前福田混合动力客车已形成了 2000 台 / 年的整车加底盘的产能, 占欧 V 客车总产能的四成,2009 年产量预计为 1200 台 2009 年客车计划总销量 3950 台, 混合动力客车将占到近 30% 刘国强表示, 现阶段新能源客车的推广一定要有政府支持 车辆运营企业购买混合动力客车仍有顾虑, 如能否通过节能收回额外投资? 能否维持运营等? 欧 V 普通客车约为 40 万元 / 辆, 而混合动力客车为 90 万元 / 辆, 纯电动客车则为 150 万元 / 辆, 政府此次对混合动力客车的补贴为 万元 / 辆 按此标准, 车辆运营企业购买混合动力客车至少要比普通客车多付出 20 万元 目前, 各汽车厂商混合动力客车的补贴比例比较接近 如由大金龙客车和东风电动车股份公司联合研制的混合动力公交车也已投放市场, 武汉市首批采购 100 辆, 每辆成本为 80 万元, 比普通公交车成本高约 35 万元, 每辆车的补贴为 万元 为了尽快让市场认同, 福田汽车加大了向重点城市推广的力度, 比如在广州推出免费体验半年的活动, 一个城市可以这么搞, 但全国那么多城市, 不可能这么做 另外, 每个城市都有自己的汽车产业, 关键技术如电池 电机 电控

59 都不一样, 存在地方保护主义, 不以性价比论成败会挫伤优秀企业的积极性, 这需要政府统一规划 刘国强还认为, 目前科技部推荐的混合动力车型目录还没有出台, 因此市场还在观望 等具体车型的补贴标准明确后, 消费者可以向政府申请补贴 而如果财政资金直接补贴给用户, 并不影响汽车厂商的利润率 刘国强表示, 政府补贴政策只会影响到客车的销量, 汽车厂商想牟取暴利不太可能 目前混合动力和普通客车的毛利率差不多, 约在 15%-20% 预计 年, 等用户接受了, 产销量提升后, 毛利率才会有所提高 刘国强认为, 在混合动力汽车产业链上, 电池 电机 动力系统生产企业才是最大的受益者 据刘国强介绍, 在电机制造环节上, 中国南车 ( 行情, 股吧 )(601766, 1766.HK) 下属的南车株洲电力机车研究所有限公司的技术最成熟, 发源于动车组的技术, 比较可靠, 大部分汽车厂商在关键部件选购上都用其产品 在电池采购上, 福田的欧 V 客车目前采用的是日本日立车辆能源公司的锰锂电池 但据透露, 福田也已与国内电池生产商展开合作, 今年 6 月份就将装车实验, 计划 2010 年前开始向国内采购锂电池 但刘国强以商业机密为由拒绝透露为哪家电池厂商 对于整车厂商而言, 既然无法追求高利润, 市场占有率就成为首要争夺目标 从某种意义上说, 谁能率先实现新能源电池在汽车上的产业化应用, 谁就能占据先机 据介绍, 福田汽车的新能源汽车基地是以该公司现有一部分实体部门为依托, 以已竣工的福田欧 V 新能源客车二期工程为核心, 包括混合动力 天然气 液化石油气 清洁燃料等部门 此外, 一汽集团也与大连市政府签订了打造节能与新能源客车生产基地的战略合作协议, 计划在 2013 年达到 3000 辆 / 年的能力 据中国客车统计信息网统计, 截至 2008 年 11 月, 已有 17 个省 ( 市 ) 的 30 多家企业涉足混合动力客车 目前拥有混合动力技术的客车企业主要有宇通 厦门金旅 大金龙 一汽集团 五洲龙 安源 京华 福田汽车 东风 安凯 中通等 金融危机引爆锂电池革命 ( 四 ): 锂电池方向之战