電動汽車產(chǎn)業(yè)研究分析報告2009

1 電動汽車產(chǎn)業(yè) 研究分析報告 2 目 錄 第一章 新能源汽車行業(yè)概況 一 、新能源汽車的時代即將來臨 二、新能源汽車發(fā)展的主要方向 三、鋰離子電池 在 動力電池 中 的 地位 四、 動力鋰離子電池 正極材料的 選 擇 五、政策 對新能源 汽車產(chǎn)業(yè)化 的推進 六、 新能源 汽車產(chǎn)業(yè)鏈的核心價值 七、技術優(yōu)勢將決定企業(yè)未來 第二章 純電動汽車的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展 概況 一、國外企業(yè)產(chǎn)業(yè)化概況 二、國內企業(yè)產(chǎn)業(yè)化概況 第三章 純電動汽車的發(fā)展歷程及地區(qū)概況 一、歷史變革 二、地區(qū)發(fā)展 第四章 純電動汽車面臨的瓶頸問題 一、技術爭議 二、運行經(jīng)濟性 三、基礎設施裝備 四、政府政策支持 第五章 國內主要鋰離子動力電池及材料廠家概況 3 一、國內主要鋰離子動力電池廠家 二、國內主要鋰電池材料供應商 第六章 鋰電池材料的制備及生產(chǎn)工藝概述 一、當前國內鋰電池材料現(xiàn)狀 二、鋰電池材料的制備 設備 三、 鋰電池材料制備工藝的優(yōu)化及性能 第七章 動力鋰電池生產(chǎn)工藝概述 一、動力鋰電池 主要 生產(chǎn)設備 二、動力 鋰 電池 生產(chǎn)工藝 概述 第八章 電動汽車用驅動電機的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 一、引言 二、驅動電機系統(tǒng)的特點及分類 三、驅動電機系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀 四、發(fā)展趨勢 第九章 國內外電動汽車技術現(xiàn)狀分析 一、 純電動汽車的技術動態(tài) 二、電動汽車用鋰電池技術的國內外進展簡析 三、國內外鋰離子動力電池的關鍵技術及最新動態(tài) 四、鋰電動力電池組的均衡管理 五、電池管理系統(tǒng)的軟件設計 六、電池管理系統(tǒng)的硬件設計 第十章 鋰離子動力電池生產(chǎn)過程的自動化與信息化技術 4 第一章 新能源汽車 行業(yè) 概況 一 、新能源汽車的時代即將來臨 1.大力發(fā)展新能源汽車是能源與環(huán)境的必然要求 根據(jù)美國能源信息署 EIA 發(fā)布的國際能源展望，世界能源市場消耗量 2005 年到 2030年預計增加 50%。 隨著能源消耗的逐年增加，二氧化碳的排放量也將增加，目前二氧化碳排放中， 25%來自于汽車。至 2030年，將由 2005年的 281億噸增至 423億噸。在我國，汽車排放的污染已經(jīng)成為城市大氣污染的重要因素，我國的二氧化碳排放目前已居全球第二，減排二氧化碳的壓力將越來越大。 2.中國發(fā)展新能源汽車的壓力更為緊迫 近年來，我國的汽車行業(yè)發(fā)展迅速，已成為世界第四大汽車生產(chǎn)國和第三大汽車消費國。根據(jù)國務院發(fā)展研 究中心估計， 2010年，我國的汽車保有量將接近 6千萬輛， 2020年將達到 1.4億輛，機動車的燃油需求分別為 1.38億噸和 2.56億噸，為當年全國石油總需求的 43%和 57%。我國的石油資源短缺，目前石油進口量以每年兩位數(shù)字的百分比增長，預計到 2010年進口依存度將接近 50%。因此大力發(fā)展新能源汽車，用電代油，是保證我國能源安全的戰(zhàn)略措施。 因此大力發(fā)展新能源汽車是實現(xiàn)我國能源安全、環(huán)境保護以及中國汽車工業(yè)實現(xiàn)跨越式、可持續(xù)發(fā)展的需要。 二 、混合動力汽車將成為我國新能源汽車發(fā)展的主要方向 1.混合動力汽車的定義 新能源汽車是指采用非常規(guī)的車用燃料來作為動力源 (或者使用常規(guī)的車用然后、采用新型的動力裝置，包括混合動力汽車 (FCEV)、純電動汽車 (BEV)、燃料電池電動汽車(PCEV)以及其它新能源汽車等。 目前各種新能源汽車中，混合動力汽車是目前新能源汽車的研究熱點，已經(jīng)實現(xiàn)小規(guī)模的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)?；旌蟿恿ζ囀怯呻妱玉R達作為發(fā)動機的輔助動力驅動行駛的汽車。 2.混合動力汽車的分類 混合動力汽車目前主要有 3種： 以發(fā)動機為主動力，電動馬達作 為輔助動力的 并聯(lián)方式 5 低速時只靠電動馬達驅動行駛，速度提高時由發(fā)動機和電動馬達相配合的 串 -并聯(lián)方式 只使用電動馬達驅動行駛的 串聯(lián)方式 我們認為：混合動力汽車的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，通過汽車各個功能模塊的發(fā)展與組合逐步推動汽車動力化，從只具備自動啟停、怠速關機功能的 微混合 、以并聯(lián)式混合動力發(fā)動機為主體的 輕混合 和以混聯(lián)式為特征的 全混合 ，隨著設備功率的逐步提高，最終過渡到串聯(lián)式 可充電混合 ，最終實現(xiàn)純電動汽車產(chǎn)業(yè)化。 三 、車用動力蓄電池是混合動力汽車產(chǎn)業(yè)化的 關鍵，鋰離子電池將成為未來車用動力電池的明星 1.車用電力蓄電池具有極高的性能要求 發(fā)電機組 +驅動電機 +儲能裝置構成了汽車混合動力系統(tǒng)的基本技術平臺，目前發(fā)電機組和驅動電機的研制均已實現(xiàn)技術上的突破，儲能裝置成為限制混合動力汽車實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的重要瓶頸。 目前混合動力汽車使用各種蓄電池作為儲能裝置，車用動力蓄電池具有很強的性能要求： 高能量密度：至少與汽油相當， 100-1000Wh/Kg 高功率密度： 300-1500W/Kg 長壽命：與車同壽命 寬工作溫度范圍： -45-80 具有較高的安全性與可靠性 低成本： 50-100$/KWh 環(huán)保無污染 2.鋰離子電池具有極高性能優(yōu)勢，是未來動力蓄電池發(fā)展的必然方向 目前常用的二次可充電電池包括鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池以及鋰離子電池。相對傳統(tǒng)的鉛酸以及鎳氫和鎘鎳電池而言，鋰離子電池的歷史很短。鋰離子電池被稱為性能最為優(yōu)越的可充電電池，號稱 終極電池 ，受到市場的廣泛青睞。隨著手機、筆記本電腦、數(shù)碼相機、 MP3、 MP4、藍牙、 PDA 和便攜攝像機等的消 費和便攜式電子產(chǎn)品的持續(xù)走強，鋰離子電池的市場需求一直保持相當高的增長速度，市場對于鋰離子電池的巨大需求也引導鋰離子電池行業(yè)的繼續(xù)走強，也使鋰離子電池在電動車方面的應用成為可 6 能。 (1)單體電池工作電壓高達 3.7V，是鎳鎘電池 ,鎳氫電池的 3倍，鉛酸電池的近 2倍 (2)重量輕，比能量大，高達 150Wh/Kg,是鎳氫電池的 2 倍，鉛酸電池的 4 倍 ,因此重量是相同能量的鉛酸電池的三分之一到四分之一 (3)體積小，高達到 400Wh/L，體積是鉛酸電池的二分之一到三分之一。提供了更合理的結構 和更美觀的外形的設計條件、設計空間和可能性。 (4)循環(huán)壽命長，循環(huán)次數(shù)可達 1000次。以容量保持 60%計，電池組 100%充放電循環(huán)次數(shù)可以達到 600次以上，使用年限可達 3-5 年 ,壽命約為鉛酸電池的兩到三倍 (5)自放電率低，每月不到 5% (6)允許工作溫度范圍寬，低溫性能好，鋰離子電池可在 -20 +55 之間工作 (7)無記憶效應，所以每次充電前不必像鎳鎘電池、鎳氫電池一樣需要放電，可以隨時隨地的進行充電。電池充放電深度，對電池的壽命影響不大，可以全充全放 (8)無污染，鋰電池中不存在有毒物質，因此被稱為 綠色電池 ，而鉛酸電池和鎘鎳電池由于存在有害物質鉛和鎘，環(huán)境污染問題嚴重 3.3發(fā)展鋰離子電池我國具有獨特優(yōu)勢 除了鋰離子電池本身所具備的性能優(yōu)勢外，我們認為以鋰離子電池作為為混合動力汽車乃至純電動汽車的儲能設備，發(fā)展鋰電汽車我國具有得天獨厚的條件 (1)資源優(yōu)勢 鋰電汽車的最主要關鍵部件是鋰離子動力電池和永磁同步電機，鋰離子動力電池的主要原材料鋰、錳、鐵、釩等在我國都是富產(chǎn)資源。而我國更是永磁同步電機中永磁材料=稀土資源的大國，為鋰電汽車提供了材料保證。 (2)技術優(yōu)勢 我國的小功率鋰離子電池早已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化，形成了上下游結合的完整產(chǎn)業(yè)鏈，電池產(chǎn)品超過世界市場的三分之一，鋰離子動力電池技術已經(jīng)達到國際先進水平，產(chǎn)業(yè)化條件也基本成熟，深圳比亞迪更是鋰離子動力電池技術國際上的領先企業(yè)，已經(jīng)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。 因此，我們認為，無論是鋰離子電池本身特點，還是我國目前的現(xiàn)狀，發(fā)展鋰離子動力電池都將是我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)化的主要方向。 7 四 、動力鋰離子電池材料：磷酸鐵鋰將成為正極材料的首選 動力鋰離子電池是以鋰離子電池為材料的一種高能量密度電池，是專門為機動車提供動力的鋰電池，具有零污染、零牌坊、能量密度高、體積小和循環(huán)使用壽命長等優(yōu)點，是國內外動力電池發(fā)展和應用的趨勢。 1.動力鋰電池產(chǎn)業(yè)化的選擇 -磷酸鐵鋰電池 鋰離子電池內部主要由正極、負極、電解質及隔離膜組成，正負極及電解質材料上不同工藝上的差異使電池有不同的性能，尤其是正極材料對電池的性能影響最大。目前市場上的鋰離子電池正極材料主要是氧化鈷鋰 (LiCoO2)，另外還有少數(shù)采取氧化錳鋰(LiMn2O4)和氧 化鎳鋰 (LiNiO2)以及三元材料 (Li(NiCo)O2)作為正極材料的鋰離子電池。磷酸鐵鋰材料是最新研制的鋰離子電池材料。 尤其需要指出的是，作為車用動力儲能設備，安全性能尤其需要重視。由于鋰電池比能量高，材料穩(wěn)定性差，鋰電容易出現(xiàn)安全問題，目前世界上知名的手機和筆記本電腦電池 (正極材料為鈷酸鋰和三元材料 )生產(chǎn)企業(yè)，日本三洋、索尼等公司要求電池的爆噴率控制在 40個 ppb(十億分之一 )以下，國內公司能達到 ppm(百萬分之一 )級的就已經(jīng)不錯了，而動力電池的容量是手機電池容量的上百倍以上，因此對鋰電的 安全性要求極高。雖然鈷酸鋰電池和三元材料的電池具有重量更輕，體積更小等優(yōu)點，但它們是不適合作動力電池應用于電動車的。 同時鈷酸鋰的主要原材料金屬鈷在我國儲量極少，目前 80%的金屬鈷基本靠進口，在我國難以大規(guī)模使用。 從目前各種鋰離子電池的性能對比我們可以看出，磷酸鐵鋰電池是目前最適合用于電動汽車產(chǎn)業(yè)化運用的鋰離子電池。因此，掌握了規(guī)?；a(chǎn)磷酸鐵鋰和磷酸鐵鋰電池技術的企業(yè)，將在未來的電動汽車產(chǎn)業(yè)競爭中處于領先地位。 五 、政策助推，混合動力汽車產(chǎn)業(yè)化已經(jīng)來臨 1.財政補貼 大力支持混合動力汽車產(chǎn)業(yè)化 2008 年 1 月 24 日，財政部、科技部發(fā)出了關于開展節(jié)能與新能源汽車示范推廣試點工作的通知，決定在北京、上海、重慶、武漢、深圳等 13個城市開展節(jié)能與新能源汽車示范推廣工作，表示將以財政政策鼓勵在公交、出租、公務和環(huán)衛(wèi)等公共服務領域率先推出新能源汽車，對推廣與使用單位購買節(jié)能新能源汽車給予補助。 2009年 2月 5日，財政部發(fā)文，確認了中央財政對購置新能源汽車給予補貼的對象和標準，其中夠車補貼標準最高的為最大點功率比 50%以上的燃料電池公交車，每輛車可獲得 60萬 元的推廣補助。 2.財政補貼已能覆蓋部分廠商的混合動力汽車與傳統(tǒng)汽車的價差，混合動力汽車產(chǎn)業(yè)化序幕正式拉開 8 此次財政補貼標準的確立主要依據(jù)新能源汽車與傳統(tǒng)汽車的基礎差價。我們以比亞迪的 F3DM 混合動力汽車為例， F3DM 的技術參數(shù)對應補貼金額為 5 萬元，該車型的市場定價為 14.98 萬元，其中磷酸鐵鋰電池成本為 5 萬元，財政補貼后定價為 9.98 萬元，相同配置的傳統(tǒng)汽車 F3市場定價為 7萬元。比亞迪表示， F3DM實現(xiàn)年產(chǎn)量 20萬臺后，磷酸鐵鋰電池成本降至 3 萬元，考慮補貼后，屆時 F3DM的售價為 7.98萬元，財政補貼已經(jīng)能覆蓋混合動力汽車與傳統(tǒng)汽車的差價。 我們通過 F3DM與傳統(tǒng)汽車的對比可以看出，汽車行駛 10萬公里后， F3DM與傳統(tǒng)汽車相比支出減少 3.42 萬元，實施財政補貼后， F3DM 與傳統(tǒng) F3 的差價為 2.98 萬元，已經(jīng)體現(xiàn)出良好的經(jīng)濟效益。我們認為，除了財政補貼外，后續(xù)可能推出的政策支持包括減免新能源汽車購置稅等，屆時，新能源汽車的經(jīng)濟效益將進一步凸現(xiàn)。 F3DM續(xù)航里程達到 430 公里，其中純電模式下行駛 100公里，混合動力模式行駛 330公里，最高時速達 160 公里 /小時。 輸出功率達 125KW，達到 3.0L發(fā)動機的水平。 六 、混合動力汽車產(chǎn)業(yè)鏈的核心價值在于磷酸鐵鋰電池及材料的制造 1.混合動力汽車產(chǎn)業(yè)鏈分布 整個混合動力汽車行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈大致分為 4個部分 金屬原材料 -電池材料 汽車用動力電池電池 混合動力汽車 混合動力汽車產(chǎn)業(yè)作為當前汽車工業(yè)第三次技術革命的代表，是當今汽車產(chǎn)業(yè)中技術的最前沿。作為一個新興的產(chǎn)業(yè)，我們認為誰在技術上有擁有領先優(yōu)勢，誰就將占領這一新興行業(yè)的制高點。 整個混合動力汽車的產(chǎn)業(yè) 化的技術制約主要是兩點：汽車用動力電池和電池材料的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。磷酸鐵鋰材料和磷酸鐵鋰電池是未來混合動力汽車行業(yè)發(fā)展的最主要方向，掌握生產(chǎn)技術的企業(yè)將有潛力成為未來的行業(yè)明星。 2008年 9月底，巴菲特旗下公司購買了深圳比亞迪股份有限公司 (1211HK)10%的股份，出價 2.3億美元，每股價格 8港元。比亞迪是目前國內唯一掌握車磷酸鐵鋰電池規(guī)模化生產(chǎn)技術的企業(yè)，在世界上處于領先地位。從巴菲特的投資思路我們可以看出，技術上的領先優(yōu)勢是我們選取投資標的的首要考慮因素。 2.金屬原材料：碳酸鋰 -潛在產(chǎn)能巨大，盈利能力將低于預期 碳酸鋰是生產(chǎn)二次鋰鹽和金屬鋰的基礎材料，廣泛應用于電池、玻璃、陶瓷、鋁制品、潤滑劑、制冷劑及光電等新興應用領域。 9 從碳酸鋰的下游分布來看，電池行業(yè)的需求大致占 25%左右，但從其它行業(yè)分布來看，都屬于強周期行業(yè)，在目前全球經(jīng)濟步入衰退的狀況下，需求將面臨下滑。因此碳酸鋰行業(yè)也屬于強周期行業(yè)，與 GDP增速高度正相關。 碳酸鋰行業(yè)具有極高的資源門檻，因此全球的產(chǎn)能高度集中。目前世界上主要的碳酸鋰廠商主要有 3家，智利的 SMQ，產(chǎn)量 2.8萬噸，德國的 Chemetall 和美國的 FMC產(chǎn)量分別為 2 萬噸，合計 7.8 萬噸，占據(jù)全球產(chǎn)量的 90%以上。目前上市公司中，中信國安和西藏礦業(yè) 2008年合計產(chǎn)量不會超過 4000噸。 我們認為，鋰電池行業(yè)規(guī)模擴大后，難以帶動國內碳酸鋰生產(chǎn)企業(yè)盈利大幅上升 （ 1） 、碳酸鋰下游分布中，電池行業(yè)比例只占 25%，其余大部分都屬于強周期行業(yè)，短期內電池需求擴大難以彌補其它行業(yè)需求下滑，碳酸鋰整體需求不會出現(xiàn)大幅波動，碳酸鋰的價格難以大幅提升。 （ 2） 、國際上， 3 大碳酸鋰生產(chǎn)廠商均有擴產(chǎn)計劃，其中， SMQ 計劃將 產(chǎn)能由 2.8 萬噸擴充到 4萬噸， Chemetall 計劃從目前 1.8萬噸擴產(chǎn)到 3萬噸， FMC擴產(chǎn)到 2.5萬噸，如果全部達產(chǎn)，總產(chǎn)能將超過 9萬噸。 （ 3） 、國內方面，上市公司中，中信國安設計產(chǎn)能 2 萬噸遠期，目標 3.5 萬噸 ；西藏礦業(yè)設計產(chǎn)能 1 萬噸，遠期目標 2.5 萬噸 ；其它青海鋰業(yè)和鹽湖集團設計產(chǎn)能分別為 1萬噸。僅計算現(xiàn)有產(chǎn)能已達 5萬噸，遠期潛在產(chǎn)能 8萬噸。 短期內 A股上市公司中，西藏礦業(yè)和中信國安由于生產(chǎn)技術上存在問題，年產(chǎn)量分別只有 2000 噸，占主營業(yè)務收入比例較低，難以帶動業(yè)績大幅上升。長期 看，由于全球碳酸鋰的潛在產(chǎn)能巨大，即使電池行業(yè)需求上升，也難以帶動碳酸鋰價格大幅上升。 3.電池及電池材料生產(chǎn)：磷酸鐵鋰技術是未來的方向， 2010年將出現(xiàn)爆發(fā)性需求增長 目前磷酸鐵鋰電池材料的主要競爭廠商來自于 美國的 valence、 A123和天津的斯特蘭 。 美國 valence 及其在華企業(yè)威能美國的 valence 公司 2003 年開始磷酸鐵鋰的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，并且和中國的部分鋰離子電池廠家進行合作，并且以 OEM 方式生產(chǎn) 3-10AH 的聚合物天吃，同時在蘇州建設生產(chǎn)基地 (威能和威泰 )，自己生產(chǎn)聚合 物電池。但對國內客戶并不出售電池材料。 美國 A123 及其在華企業(yè)威博公司主要從事攙雜金屬離子的磷酸鐵鋰材料的商品化運做，部分產(chǎn)品已在臺灣的廠家使用。 A123與 valence 類似，也是以 OEM 的方式和國內的電池廠家進行合作，在常州建設生產(chǎn)基地 (高博 )。對國內客戶同樣不提供電池材料。 天津斯特蘭公司目前擁有年產(chǎn) 500 噸磷酸鐵鋰的生產(chǎn)能力，并計劃擴產(chǎn)到 2000 噸，從公司公開資料看，我們無法獲得公司磷酸鐵鋰產(chǎn)品的技術參數(shù)，但目前國內唯一的磷酸鐵鋰電池規(guī)模化生產(chǎn)廠家深圳比亞迪的磷酸鐵鋰材料主要向公 司采購，因此我們認為，天津斯特蘭的磷酸鐵鋰材料技術上已經(jīng)基本符合規(guī)?；a(chǎn)的需要。 10 根據(jù)我們統(tǒng)計，目前全國實現(xiàn)磷酸鐵鋰批量生產(chǎn)的企業(yè)有 12家，年產(chǎn)量 2400噸 根據(jù)科技部的規(guī)劃，我國混合動力汽車的發(fā)展將分三個階段階段 近期發(fā)展階段 (2008-2012 年 )：混合動力汽車大批量產(chǎn)業(yè)化，年產(chǎn)量達到百萬輛級，占到汽車總產(chǎn)量的 10%以上。以技術相對成熟、成本增加較少的 微混合 和 輕混合 動力汽車構成混合汽車的主流。 中期發(fā)展階段 (2012-2020 年 )：隨著電池技術的進步及其 價格的降低，節(jié)能效果更加顯著的重度混合動力汽車和純電動汽車在混合動力汽車中占據(jù)主要地位， 微混合 和 輕混合 動力汽車共同構成混合動力汽車其余的組成部分 長期發(fā)展階段 (2020-2030年 )：混合動力汽車呈大幅增長態(tài)勢，占到汽車總產(chǎn)量的 50%以上，傳統(tǒng)的燃油汽車包括代用燃料汽車產(chǎn)量將會下降到汽車總產(chǎn)量的 25%左右 在國外方面，美國 2001-2007 年混合動力銷售數(shù)據(jù)來看， 2001-2007 年混合動力汽車的銷售量復合增長率達到驚人的 58.4%，市場處于高速增長期，奧巴馬上臺后更是宣布到 2015年，美國的混合動力汽車的保有量將超過 100萬輛。 目前國內每年磷酸鐵鋰的需求量為 8000噸左右，產(chǎn)量為 2500噸，酸鐵鋰生產(chǎn)技術門檻很高，大多數(shù)生產(chǎn)廠商在批量生產(chǎn)時產(chǎn)品的穩(wěn)定性無法保證，我們預計目前國內磷酸鐵鋰目前實際的年產(chǎn)量更低。隨著混合動力汽車產(chǎn)業(yè)化的來臨，磷酸鐵鋰將面臨一個巨大市場蛋糕。從國內來看，深圳比亞迪的混合動力汽車 F3DM在 2008年底正式上市，并在 14 個城市展開銷售，其后續(xù)的 E6、 F6 等車型將在 2010 年上市，混合動力汽車產(chǎn)業(yè)化的時代已經(jīng)來臨。 根據(jù) 統(tǒng)計 2008-2009 年，國內共有 50-60家電芯廠商即將或已經(jīng)完成生產(chǎn)線的購置，進行產(chǎn)能擴張， 2010年，磷酸鐵鋰的需求將出現(xiàn)爆發(fā)性增長。 預計，到 2010 年，國內混合動力汽車產(chǎn)業(yè)化初期，磷酸鐵鋰的年需求量將超過 1.5萬噸。 根據(jù)美國 A123公司的預測，到 2010年，全球磷酸鐵鋰的供給缺口將達到 10萬噸。 4.混合動力汽車制造企業(yè)：缺乏核心電池技術難以享受行業(yè)增長 混合動力汽車的關鍵技術在于車載動力蓄電池，車載動力蓄電池的成本占到全部成本的 30-50%，目前 A股中混合動力汽車的生產(chǎn)企 業(yè)基本缺乏車載動力蓄電池的生產(chǎn)能力，基本采用外購?？紤]國家財政補貼后，混合動力汽車的毛利率與傳統(tǒng)汽車的毛利率相差不會太大，難以享受行業(yè)增長帶來的超額利潤。 目前國內同時具備車載電力蓄電池與整車生產(chǎn)能力的只有比亞迪一家企業(yè)，巴菲特投資該企業(yè)正是看中其擁有的混合動力汽車的核心技術 -磷酸鐵鋰電池。 11 七 、尋找鋰電行業(yè)未來的明星企業(yè)：技術優(yōu)勢將決定企業(yè)未來 1.混合動力汽車產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)投資價值判斷 上游金屬原材料方面：西藏礦業(yè)和中信國安由于生產(chǎn)技術上存在問題，年產(chǎn)量分別只有 2000 噸，占主營業(yè)務收入比例較低，難以帶動業(yè)績大幅上升。長期看，由于全球碳酸鋰的潛在產(chǎn)能巨大，即使電池行業(yè)需求上升，也難以帶動碳酸鋰價格大幅上升。 中游電池及電池制造方面：中信國安控股的盟固利主要生產(chǎn)鈷酸鋰電池，并不是未來車載動力蓄電池的發(fā)展方向 ；科力遠的主要產(chǎn)品是鎳氫電池，雖然目前大部分的車載動力蓄電池采用鎳氫電池，但我們認為鋰離子動力電池必將取代目前的鎳氫電池。 下游混合動力汽車制造方面：目前國內大多數(shù)混合動力汽車制造企業(yè)缺乏混合動力汽車車載動力蓄電池制造和生產(chǎn)的核心技術，難以享受 行業(yè)增長帶來的商機。比亞迪擁有混合動力汽車的核心磷酸鐵鋰電池技術的生產(chǎn)能力，將在未來的市場競爭中脫穎而出。 2.具有潛力成為未來鋰電行業(yè)明星企業(yè)的公司：杉杉股份 公司目前擁有完整的鋰離子電池材料產(chǎn)品體系，電池材料的收入已經(jīng)占到公司主營業(yè)務收入的 49%，是目前 A股中唯一掌握磷酸鐵鋰生產(chǎn)技術的上市公司。 正極材料方面：擁有目前全部 4種磷酸鐵鋰正極材料的生產(chǎn)能力，更是 A股中唯一掌握磷酸鐵鋰生產(chǎn)技術的企業(yè)，目前公司已經(jīng)成為國內最大，世界前三甲的正極材料供應商。 負極材料方面： 公司擁有 1200 噸鋰電負極材料 中間相炭微球 (CMS)的生產(chǎn)能力，是國家 863高科技研究發(fā)展計劃項目，被列為國家高新技術產(chǎn)業(yè)示范工程項目。 電解液方面：公司控股的東莞杉杉的銷售額與銷售量目前已排名全國第三。 在下游客戶拓展方面，深圳比亞迪與公司建立了長期穩(wěn)定的客戶關系。 作為 A股中掌握鋰離子電池材料核心生產(chǎn)技術的唯一公司，擁有完整的電池產(chǎn)品體系，具備成為未來行業(yè)龍頭企業(yè)的基本條件，我們將重點關注公司電池材料業(yè)務尤其是磷酸鐵鋰產(chǎn)品的規(guī)劃及發(fā)展。 12 第二章 純電動汽 車 的 產(chǎn)業(yè)化發(fā)展 一、國外企業(yè)產(chǎn)業(yè)化概況 1、第一代純電動汽車階段 在純電動汽車的第一個發(fā)展階段，截止到 1998 年底，全世界有 9個大型汽車廠 10種純電動汽車投入小規(guī)模生產(chǎn)。如通用汽車開發(fā)的純蓄電池電動汽車 EV1最高時速可達128km/h，從靜止加速到 96km/h只需 9s，一次充電可行駛 144km，其后通用 IMPACT電動車一次充電續(xù)駛里程達到 190 km；還有福特汽車公司和通用電氣公司聯(lián)合開發(fā) EXE-、 EXE-電動汽車；豐田公司生產(chǎn)的 RAV4電動汽車由鉛酸電池改為鎳氫電池，一次充電可行駛 200 km，零售價 4.2萬美元 /輛（同型的汽油車零售價為 2萬美元 /輛），其中電池成本占整車成本的 40%；日產(chǎn)汽車公司 1998年在日本和美國銷售的 ALTRA電動車采用鋰電池，循環(huán)壽命長，可反復使用 1200 次，續(xù)駛里程 124 km； 1997年法國雷諾公司推出裝備鋰電池的標致 106電動汽車；大眾汽車公司在第 18屆國際電動汽車展會上推出的電動汽車能量來自 300kg的充電電池，在 12s內可從 0加速到 100 km/h，最高車速 140 km/h。 表：國外 10種純電動車的基本情況 年份 生產(chǎn)廠商 車 型 1994 日本 大發(fā)汽車公司 電動微型面包車 Hi-Jet EV 1995 法國標致雪鐵龍公司 電動 4座小型轎車 P106.SAXO及其客貨車 1996 美國通用汽車 EV-1 1996 日本豐田公司 電動 5座小型轎車 RAV4EV(氫鎳 ) 1996 日本豐田公司 電動 4座小型轎車 Plus(氫鎳 ) 1996 法國雷諾公司 電動 4座小型轎車 Ctio(鉻鎳電池 ) 1997 美國福特公司 電動 2座輕型皮卡 (客貨車 )Ramger 1997 美國克萊斯勒公司 電動 4座小型轎車 Epic 1997 美國通用公司 電動 2座輕型皮 卡 S-10 1998 日本日產(chǎn)公司 電動 4座輕型轎車 Aitra 2、第二代純電動汽車階段 活躍在第二代純電動汽車研發(fā)活動中的企業(yè)，不僅有 Heuliez、三菱、富士重工、通用這樣的汽車企業(yè)，也有屬于電力系統(tǒng)的法國電力公司、東京電力公司，以及東芝、日立、東洋電機、三洋電機、旭化成、 NEC等機電跨國公司。 13 2001年，法國電力公司和博洛爾集團（ Group BOLLORE）成立了一個聯(lián)合子公司 BatScap，開發(fā)了采用高性能聚合金屬鋰蓄電池（ LMP） 的電動藍色轎車（ Blue car），最大行程200多公里，最高時速 125公里 /時， 6個小時必須 100%的充電，但是只需要充電幾分鐘即可再獲得一次安全的最大行程。達索飛機制造公司與生產(chǎn)汽車車體的 Heuliez公司合作生產(chǎn)四座電動汽車，裝備下一代的鋰聚合物蓄電池和一臺擴大汽車自主性的輔助動力機，最高時速可達 130 公里，自主行駛里程可以達到 300公里。 2005年 5月，日本三菱公司推出了屬于世界首創(chuàng)的交流電動輪轎車（第二代純電動轎車） 運動型小馬（ Colt）牌 5人座的低中級電動輪轎車。其重要特征是采用了具有高能量密度，可急速充電，能在車輛使用的各種環(huán)境下 使用，空車重量只有 1.15噸，裝有兩臺最高轉速為 1500轉 /分，功率為 20千瓦，最大扭矩為 600Nm的永磁式三相交流同步伺服電動機。 Colt的驅動電機的電源為鋰離子蓄電池組，由 22個鋰離子蓄電池模塊并聯(lián)組成。每次充電可行駛 150公里，最高時速 150公里每小時。 2005 年 8月，富士重工將下一代乘用車目標定位為純電動轎車。它將層狀單體錳鋰蓄電池組應用到 R1e牌微型純電動汽車上，最高車速為 120公里每小時，一次充電的續(xù)行里程為 120公里，將來擬達到的目標是 200公里。還有日本著名大學慶應義塾和一些民間企業(yè)共同研發(fā) 的八輪電動轎車 艾利卡（ Eliica），從靜止狀態(tài)加速到 100公里 /小時僅需 4.2秒，最高車速則可達 370公里 /小時，但其成本很高。 還有通用在 2007上海國際汽車工業(yè)博覽會推出新款雪佛蘭 Volt概念車，采用了最新研發(fā)的 E-Flex 動力推進系統(tǒng)，在 110 伏電源上充電約六小時即可充滿鋰電池，使用 220伏電源充電所需時間更短。使用純電動模式可在城市道路上行駛約 64 公里，當內置電池組中的電能耗盡后， E-Flex動力推進系統(tǒng)可以將汽油、乙醇、生物柴油、氫氣等能源轉化成電能，從而為車輛的行駛確保有足夠的電力 驅動能力。根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，如果使用汽油內燃機，通過能源轉換后， Volt的最大續(xù)航能力超過 1000公里，每升汽油可以使汽車行駛 17公里，超過傳統(tǒng)汽車的兩倍。 二、國內企業(yè)產(chǎn)業(yè)化概況 國內企業(yè)從事純電動汽車研發(fā)、少量產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)與試運營的有東風、天津清源、北京理工科凌、比亞迪、萬向等企業(yè)。 2006年，我國第一批純電動轎車取得了產(chǎn)品準入公告，吸引更多企業(yè)加入蓄電池或純動力汽車的研發(fā)或試運營，如咸陽威力克能源有限公司、博信電池（上海）有限公司、上海瑞華集團、深圳雷天綠色電動源有限公司、中信國安黃金有限公司、合肥工業(yè) 大學等。 東風公司是國內最早從事電動汽車研發(fā)的汽車企業(yè)之一，開發(fā)了游覽車、多功能車、工業(yè)專用車和高爾夫球車等 4大系列、近 20個品種的純電動車，包括東風純電動轎車（ EQ7160EV）、純電動富康轎車（ EQ7140EV）、純電動客車（ EQ6690EV）等。 2003年東風純電動車實現(xiàn)商品化銷售以來，已累計銷售 1000 余臺，進入行業(yè)前三甲。截止到 2005年 11月，參與示范運營的東風純電動小巴有 93 臺。到 2010年，東風電動車公司計劃實現(xiàn)純電動場地車銷售 5000輛的年產(chǎn)銷量。 14 “十五”期間，國家 863 計劃電動 汽車重大專項項目中純電動轎車研制點之一在天津汽車。天津市電動車輛研究中心與天津一汽產(chǎn)品開發(fā)中心聯(lián)合眾多汽車技術研究中心與大學資源，組建天津清源電動車輛有限責任公司，承擔 863計劃重點項目“ XL-2純電動轎車”研發(fā)工作，各項技術指標達到了國際先進水平，全車總重 1600公斤，最高時速達到 140千米 /小時，續(xù)駛里程超過 260千米， 0千米 /小時 50千米 /小時的加速時間 6.8秒，被認為是國內水平最高又最接近產(chǎn)業(yè)化的電動車型。 2005年，清源公司開發(fā)的 6輛“幸福使者”純電動汽車出口美國，這是國內電動汽車整車第一次出口 。根據(jù)美方要求，該車作為美國家庭用車，最高時速限定為 40公里，最大續(xù)駛里程 100公里 ，整車定價近 1萬美元。之后，清源公司繼續(xù)向美國出口純電動轎車， 2005年出口總數(shù)達到112輛， 2006年銷往歐美 500輛， 2007年國際市場訂單已超過 1000輛。 2006年底，清源公司在天津濱海新區(qū)建設電動汽車研發(fā)制造基地，將形成一條年產(chǎn) 2 萬輛純電動汽車的生產(chǎn)線。 “十一五”期間，北京理工大學作為整車總體單位承擔了 863 電動汽車重大專項“純電動客車項目”，作為技術依托單位承擔了北京市科技奧運電動汽車特別專項“電動汽車運行示范、研究開發(fā)及產(chǎn)業(yè)化”等項目。已完成純電動準低地板公交車、純電動中巴客車、純電動旅游客車、純電動超低地板公交車等四種車型的整車開發(fā)、型式認證和定型設計，并進行了 40 余輛的小批量試生產(chǎn)，各項動力性、經(jīng)濟性、續(xù)駛里程、噪聲等指標已達到或接近國際水平；組建電動汽車示范車隊，在北京市開展“一線一區(qū)”兩種模式示范運行。目前，北京理工大學等單位已經(jīng)完成了北京理工科凌電動車輛股份有限公司密云電動車輛產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)基地的建設，初步形成了關鍵技術的研發(fā)能力和產(chǎn)業(yè)化配套能力。 著名電池制造商比亞迪在動力電池方面的研 究成果一直處于世界的前沿，該公司最新研發(fā)的車用產(chǎn)品的充電時間已縮短到 8 9小時，最高續(xù)駛里程可達 450 500公里，最高時速可達 120 180公里 /小時， 0 100公里 /小時加速時間小于 13秒。 2006年 7月，比亞迪為加速純電動汽車的商業(yè)化步伐，推出一款全新技術的電動轎車 F3e。這款車基于 F3平臺而開發(fā)，裝載比亞迪在全球首家推出的技術“鐵”動力電池“ ET-power”，一次充電能夠行使 350km，單次充電時間 22分鐘?！?ET-power”是以比亞迪在電池領域里的最新發(fā)明“鐵電池”為核心技術支持的純電動汽 車動力體系。（注： E表示環(huán)保和電力 environment和 electric 的首字母， T則表示技術 technology， power 則表示動力和能量）同時，比亞迪計劃首批 200臺純電動出租車于 07年投入示范性商業(yè)運營。目前比亞迪已經(jīng)在北京、上海、深圳、西安等四大基地完成了內部實驗性電動汽車充電站的建設，計劃先在企業(yè)內部進入“電動汽車”時代。 萬向集團公司從 1999年開始涉足電動汽車領域，目前已經(jīng)研制出了純電動轎車和純電動公交車，運行總里程已經(jīng)超過了 15萬公里。其純電動轎車最高時速為 126公里，經(jīng)濟時速下最大 續(xù)駛里程為 380公里，百公里平均耗電量為 11千瓦時；純電動公交車最高時速為 90公里，經(jīng)濟時速下的最大續(xù)駛里程為 280公里，百公里平均耗電量為 70千瓦時，充電方式采用設置換電站快速更換電池組方式。 2006年 4月，萬向集團公司研制的鋰離子電池驅動純電動汽車在杭州開始示范運行。 15 第三章 純電動汽車的發(fā)展歷程及地區(qū)概況 純電動汽車以車載電源（充電蓄電池）作為儲能方式、用電動機為動力來驅動車輪行駛，不僅具有節(jié)能、環(huán)保的特性，還有動能來源廣泛的優(yōu)點，可以利用水力、風力、核能等發(fā)電或利用電力系統(tǒng)低谷期給蓄電池充電，從 而提高電網(wǎng)效能。 一、 歷史沿革 純電動汽車在電動汽車中發(fā)展時間最長。自 19 世紀 90年代美國人制造出世界上第一輛純電動汽車以來， 20世紀初第一次達到生產(chǎn)高峰，占領了 40%的汽車市場。后來由于電子啟動器的發(fā)明以及純電動汽車動力性差的原因，在 30年代中期結束了早期的純電動汽車生產(chǎn)而進入燃油汽車的黃金時期； 1974年 -1975年和 1979年 -1982 年歐美兩次能源危機推動純電動汽車的研制重新進入高峰。這一階段汽車電力電子學尚未建立，既沒有完善的科學理論做指導，更缺乏高科技含量的汽車電力電子裝置可供采用。特別是，當時 僅有鉛酸蓄電池可供使用，而鉛酸蓄電池體積大、質量重，能量密度小、功率密度低，充電時間長，每次充足電后續(xù)駛里程較短，再加上電力傳動系統(tǒng)的制造成本過高等因素困擾， 1997年以后絕大多數(shù)公司對純電動汽車的研發(fā)基本處于停滯狀態(tài)。 第二代純電動汽車的出現(xiàn)，是以汽車電力電子學的最新發(fā)展為基礎的，其技術亮點包括高能量密度鋰離子蓄電池、鋰離子電容器等的發(fā)明，以及乘用車電動輪技術的開發(fā)和實用化等。雖然，純電動汽車離真正商業(yè)化還有一定的距離，但與第一代純電動汽車相比，它已經(jīng)在充電時間、續(xù)駛里程、動力性、快速充放電能力等方面 取得了可喜的進展。與傳統(tǒng)內燃機汽車及混合動力汽車、氫燃料汽車相比，第二代純電動汽車也顯示出了一定的“比較優(yōu)勢”：控制精確度高于混合動力車，風阻系數(shù)可降至 0.19，整車質量大大低于燃料電池車， CO2排放量低于同級別汽油車，使用過程的能耗費用低于汽油車。當然還存在技術瓶頸和若干問題。 二、 地區(qū)發(fā)展 在新能源汽車的發(fā)展戰(zhàn)略中，各個國家、地區(qū)和世界各大汽車公司都依據(jù)自己的評估作了不同的選擇，對純電動汽車的研究采用了不同的策略。從當前整體情況看，重視混合動力汽車和燃料電池汽車技術的國家與企業(yè)較多，選擇重點研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化 純電動汽車的較少。 1、美國 1991年，美國通用汽車公司、福特汽車公司和克萊斯勒汽車公司共同協(xié)議，成立了“先進電池聯(lián)合體”（ USABC），共同研究開發(fā)新一代電動汽車所需要的高能電池，并且與美國能源部簽訂協(xié)議在 1991 1995年間投資 2.26億美元來資助電動汽車用高能電池的研究。 20世紀 90年代中期，美國克林頓政府曾制訂了發(fā)展電動車的“新一代汽車伙伴(PNGV)計劃”，集中研究電池驅動的純電動汽車。但鑒于當時蓄電池技術還未能獲得關 16 鍵性突破，純電動汽車一次充電后的續(xù)駛里程短，充電時間長，降低電池造價 困難，在技術上也難以解決處理廢舊電池二次污染、回收困難的問題，而且電池價格昂貴，商業(yè)化進展緩慢。美國加州經(jīng)過 13年在環(huán)保及環(huán)保車輛的探索實踐，表示不再積極鼓勵發(fā)展純電動汽車，而轉向了燃料電池。 EV1、 Chrysler EPIC 等相繼停產(chǎn)，通用曾經(jīng)也宣布不再繼續(xù)加大對純電動汽車研究的投入，只是對已經(jīng)在路上使用的電動汽車進行維護。不過美國國家實驗室還在繼續(xù)進行純電動汽車先進驅動系統(tǒng)、先進電池及其管理系統(tǒng)等的深入研究。 2002年，美國能源部批準經(jīng)費 l500 萬美元，用于“工業(yè)研究、開發(fā)和演示使用電池的電動汽車”的費 用共擔項目，包括使用效率和動力儲存、供電質量等。小型、低速、特種用途的純電動汽車不斷發(fā)展。 2、歐洲 與美國相比，歐洲更崇尚追求完美零污染的純電動汽車。成立于 1990 年的歐洲“城市電動車”協(xié)會至今在歐共體組織內已有 60座城市參與，幫助各城市進行電動汽車可行性的研究和安裝必要的設備，并指導城市的電動汽車運營。其中最為成功和著名的就是電動標致 106車型，這種以鎳鎘電池為動力的電動汽車已經(jīng)在歐洲各國，尤其是在政府部門當中擁有大量的用戶。這與法國政府給予純電動汽車高度重視和支持，出臺了許多鼓勵研發(fā)和生產(chǎn)產(chǎn)業(yè) 化的優(yōu)惠、支持、補貼和扶持政策密切相關。法國政府、法國電力公司、標致 -雪鐵龍汽車公司和雷諾汽車公司簽屬協(xié)議，共同承擔開發(fā)和推廣電動汽車，共同合資組建了電動汽車的電池公司 薩夫特（ SAFT）公司承擔電動汽車的高能電池的研究和開發(fā)，以及電池的租賃和維修等工作。但它終究還是沒有能成功地解決一次充電后的續(xù)駛里程短的問題，因此也沒有進行更大規(guī)模的擴張，而是更多地轉向清潔柴油車的產(chǎn)業(yè)化。目前，還有一些機構繼續(xù)在做純電動汽車的研究開發(fā)，例如體現(xiàn)法國政府意向的法國重要的國營企業(yè)，法國電力公司與達索集團簽約了純電動汽車的合 作開發(fā)項目。追隨法國進行理論研究和產(chǎn)品開發(fā)的是比利時，主要集中在高等院校之中，例如布魯塞爾和列日（ Liege）大學。但是比利時沒有自己的汽車工業(yè)，沒有很多的企業(yè)投資，只有有限的政府資助，缺乏實際運用效果。此外還有意大利著重兩輪純電動車的研發(fā)和運營，瑞士則側重研究超級電容器，尤其是電動城市輕軌方面的研究。 3、日本 日本從 70年代開始開發(fā)純電動車，許多汽車企業(yè)都陸續(xù)進行了一些產(chǎn)品發(fā)布與銷售運行，但堅持下來進行研發(fā)和銷售的只有大發(fā)和鈴木兩家。到了 90年代之后，由于環(huán)境等問題，一些大汽車企業(yè)重新開始研發(fā)第 二代純電動車，豐田、本田、日產(chǎn)等陸續(xù)進行了一些產(chǎn)品發(fā)布與銷售運行。然而由于技術與價格等方面的原因，在新能源汽車研發(fā)戰(zhàn)略中，更多的日本汽車企業(yè)選擇了混合動力汽車作為重點發(fā)展方向，堅持純電動汽車蓄電池技術研發(fā)的重點落在三菱重工、富士重工等動力裝備類企業(yè)。純電動汽車的產(chǎn)品開發(fā)向小型化發(fā)展，單人和 2人車型成為主力車型，車輛技術、零部件技術、充電設施技術都已相對成熟。截止到 2002年，日本純電動汽車的保有量為 2696臺。目前，日本電動車輛協(xié)會、汽車協(xié)會、汽車電子協(xié)會等部門已經(jīng)初步建立了一些純電動汽車共同利用系統(tǒng)，進行 實用化試運行和試運營。 17 4、中國 我國純電動汽車的研究開始于 20世紀 60年代，到了 90年代掀起了一股電動汽車熱，部分高校、汽車研究所以及生產(chǎn)企業(yè)聯(lián)合開發(fā)充電電池和純電動汽車，并取得了一些成果。 2001年，我國確立“十五”國家高新技術研究發(fā)展計劃（ 863計劃）電動汽車重大專項項目，明確了我國的電動汽車戰(zhàn)略發(fā)展基本原則，即燃料電池汽車發(fā)展居首位、第二為混合動力電動汽車、純電動汽車兼顧一下，提出“三橫三縱”研發(fā)布局，并招標確定純電動轎車由上汽奇瑞、天津汽車來牽頭研制。 2006年開始實施的國家中長期科技規(guī)劃 對電動汽車研發(fā)戰(zhàn)略也大體相同。按照項目規(guī)定進程，純動力電動汽車功能樣車已經(jīng)實現(xiàn)，純電動轎車和純電動客車在國家質檢中心的型式認證試驗中各項指標均滿足有關國家標準和企業(yè)標準的規(guī)定，關鍵零部件高功率鎳氫電池、鋰離子電池性能有了較大提高。因此，雖然在傳統(tǒng)汽車的開發(fā)上，我國與世界先進水平相比有 30 年以上的差距，但在純電動汽車技術開發(fā)上的差距并不大，幾乎站在同一起跑線上，而且關鍵零部件技術平臺相同，有專家認為研發(fā)水平最大差距不超過 5年。甚至在某些領域，如鋅 -空氣電池和鋰電池研究方面，已經(jīng)達到世界領先水平 18 第四章 純電動汽車 面臨的瓶頸問題 目前第二代純電動汽車在技術、運行經(jīng)濟、基礎設施配套、政府政策支持等方面還存在著產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的瓶頸，在轎車領域的發(fā)展還沒有達到預期目的，大部分產(chǎn)品集中于短途低速、城區(qū)公共交通及旅游區(qū)交通等特定用途，包括高爾夫球場場地車、公園游覽車、工廠內的牽引車或兩輪電動自行車等。純電動汽車的產(chǎn)業(yè)化進程才剛剛起步，要能夠大批量生產(chǎn)，并且質量穩(wěn)定、符合標準，還有較長的路要走。 一、技術爭議 這幾年，通過實施 863 計劃，我國純電動車的研發(fā)能力大大提高， 技術難點正逐步克服，檢測手段也不斷增強，整車技術已能夠達到或非常接近國際水平，部分技術能夠達到國際先進水平。比如雙 CAN 總線控制器網(wǎng)絡系統(tǒng)，交流感應電機和永磁電機的全數(shù)字四象限矢量控制技術，分布式、網(wǎng)絡化電池管理系統(tǒng)，以及智能化高壓電安全管理系統(tǒng)等，都基本上已是當前國際上最先進的技術。因此，有專家認為我國純電動汽車的產(chǎn)業(yè)化已不存在近期難以克服的重大技術問題。 但是，也有專家認為當前的純電動汽車技術還存在不少問題，如蓄電池的使用壽命不長而更換成本高；國產(chǎn)零部件尚未完全過關，關鍵元器件均需進口；低溫條件下電 池超快充電技術未根本解決等。而且，當前純電動汽車開發(fā)還基本以實驗室研發(fā)為主，各項關鍵技術指標在實際復雜運行環(huán)境下缺乏批量化的質量控制，不能保證達到測試時的數(shù)據(jù)值一致性。此外，雖然目前某些關鍵技術有所突破，但關鍵技術的突破并不意味著市場化的可能性，汽車是一個完整的、復雜的大系統(tǒng)，純電動車更是由計算機控制，對電動機、變速器等零部件的要求很高。只有關鍵技術和傳統(tǒng)技術、關鍵部件和傳統(tǒng)配件的全面發(fā)展，才能開發(fā)出先進的、可以市場化的純電動汽車。而且這種換掉整個 能源 體系、不要燃油機的方式將會給汽車產(chǎn)業(yè)鏈帶來巨大變化，無論發(fā)達國家還是發(fā)展中國家都不是幾年內能夠接受得了的，因此存在很多爭議。 二、運行經(jīng)濟性 純電動汽車不使用燃油，不受油價飛漲的影響。但是由于純電動汽車需要改變整個動力體系，要花一部分額外的成本來裝電機、電池，而電機控制系統(tǒng)的成本較高，帶動整車銷售價格也提高。從目前各國試運行和部分產(chǎn)業(yè)化的情況來看，包括低性能兩輪電動車在內的小型純電動汽車產(chǎn)業(yè)化情況較好，而高性能較大型純 電動汽車的設計目的本就有較遠距離、較大速度的需求，直接的后果的就是加大車身重量、對電機功率和電池容量要求比較大、成本加重、經(jīng)濟性下降。在這種情況下，與同時也在不斷進步的內燃機節(jié)能技術相比，如果沒有政府的政策鼓勵性經(jīng)濟補貼，用戶選擇購買價格昂貴的純電動汽車并不見得劃算。這也成為純電動汽車產(chǎn)業(yè)化的瓶頸之一。當然，隨著電池價格下降和純電動車產(chǎn)量增大，購買價格會逐漸降低。日本經(jīng)產(chǎn)省制定計劃，與日本汽車產(chǎn)業(yè)、電機產(chǎn)業(yè)、各大學和研究所共同研發(fā)高性能、低價格的充電電池技術，在 2015年將裝配 19 高性能電池的電動汽車成本降低到 目前微型車的水平。屆時可以大大提高純電動汽車的運行經(jīng)濟性。 三、基礎設施裝備 純電動汽車商業(yè)化的基礎設施包括充電站網(wǎng)絡、車輛維修服務網(wǎng)絡、多種形式的電池 營銷 、服務網(wǎng)絡等。建立一定數(shù)量的公用充電站、配備專用電纜及插座等是延長行駛里程、實現(xiàn)純電動汽車產(chǎn)業(yè)化的關鍵。這些公用設施，由當?shù)卣?guī)劃，由發(fā)電廠和當?shù)爻鞘泄╇姽竟餐顿Y建設，由充電站企業(yè) 來獨立經(jīng)營，利潤不會低于加油站。在一個城市內建設十幾個或數(shù)十個公用充電站，市區(qū)內的出租汽車、私家車、商務車均可在公用充電站快速充電。公交公司也可在終點站、始點站自行建設充電站，為本線路公交車提供充電服務，環(huán)衛(wèi)車輛可在本企業(yè)的停車場內充電，同時私家車還可在晚上回家充電。 這里就有一個電力供應問題。有專家認為近幾年電力建設突飛猛進，國內裝機容量大幅增加，未來 1-2年內在建電力項目均可形成發(fā)電，電力盈余局面即將出現(xiàn)。如果將城市公交車、出租車、私家車、市內環(huán)衛(wèi)車、企業(yè)商務車等在市區(qū)內行駛的原燃油車輛改為純電動汽 車，利用夜間電網(wǎng)的廉價谷電來進行充電，既省電又可平抑電網(wǎng)的峰谷差。目前已有汽車企業(yè)與電網(wǎng)公司探討由電網(wǎng)公司制作標準化電瓶，利用波谷電將電蓄到電瓶，再將電瓶租給電動車、公交公司的方式。 2006 年，上海比亞迪研發(fā)中心建成第一個電動汽車充電站并通過檢測，隨后在北京、深圳、西安等三個基地也完成了內部電動汽車充電站的建設。還有國家電網(wǎng)公司除了進行純電動汽車電池技術研發(fā)、電動汽車改裝和示范應用之外，在奧運會和世博會中心區(qū)域投資建設電動汽車充電站，對充電站的建設進行統(tǒng)一規(guī)范，實現(xiàn)充電機生產(chǎn)和充電接口的標準化，建成公司內部 充電網(wǎng)絡，完成社會用公交車、出租車以及其他社會用車配套的供、充電系統(tǒng)建設。按照其“十一五”車輛替換和運行計劃，將以北京、上海、天津、山東、浙江、湖北、湖南等?。ㄊ校樵圏c區(qū)域，按照試點省（市）電力公司現(xiàn)有公用車 5%的比例，其他?。ㄊ校╇娏粳F(xiàn)有公用車 2%的比例，四年內完成公司系統(tǒng) 1979 輛電力車輛的替換，建成內部充電網(wǎng)絡。但是，也有專家認為，純電動汽車對于法國等核電充足的國家來說比較合適，因為核電是保持恒定發(fā)電的，但我國核電比例很小，電能仍然缺乏。 四、政府政策支持 正因為純電動汽車在技術上、運行經(jīng)濟上、 基礎設施上還存在著產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的瓶頸，需要政府相關政策支持，營造市場啟動階段的政策環(huán)境，推動電動汽車的商業(yè)化過程，順利完成示范宣傳 政府主導的批量需求 大批量生產(chǎn) 國家逐漸淡出四個階段。在這里，政府政策支持主要集中在 3個環(huán)節(jié)。首先是研發(fā)環(huán)節(jié)，設立國家專項資金支持，吸收汽車企業(yè)、電池制造企業(yè)與研發(fā)單位組建共同的研發(fā)平臺，形成官、產(chǎn)、學、研結合模式，集中財力、物力加快技術研發(fā)速度。我國在這方面做得較成功。第二是銷售環(huán)節(jié)，借鑒世界各國發(fā)展高新技術產(chǎn)業(yè)的通用做法，建立一套完整的稅收補貼政策，免收 20 養(yǎng)路費、免征購置 稅和進口稅，開征燃油稅。這方面，美國、日本等國的例子很多，我國還沒有相關政策措施。第三是使用環(huán)節(jié)，制定配套優(yōu)惠政策措施，包括無償提供停車場地、發(fā)行正式營運牌證、提供充電基礎設施等，促進電動汽車的消費與使用環(huán)境。這方面我國正在積極探索與進行中。 21 第五章 國 內 主要鋰離子動力電池 及材料 廠家 概況 一、 國內主要鋰離子動力電池廠家統(tǒng)計： 深圳比亞迪， 天空能源（洛陽） ， 蘇州星恒，深圳雷天，河南環(huán)宇，青島澳柯瑪，武漢力興，天津力神，北京盟固利， TCL金能，北京中潤恒動， 浙江興海，山西光宇，天津航力源，蘇州迪耐特，雙一力（天津）新能源，深圳興科特，江西美亞能源，天津藍天雙環(huán)，湖南海星高科，深圳德朗能電池 二、 國內 鋰電池 材料供應商統(tǒng)計： 1、正極： 北京當升、中信國安、湖南衫衫、湖南瑞祥、北大先行，無錫博節(jié)能、沈陽北泰集團、西安榮華、美特、鎢業(yè)、博杰、深圳振華、河南思維、重慶普瑞格斯、天驕、恒力電源、新鄉(xiāng)創(chuàng)佳、濟寧 *、浙江黃巖江口、冀州遠新、鹽光科技、青島乾運高科、廣州洪森、深圳源源、余姚金和、煙臺卓能、西安鐵虎能源新材料有限公司 新鄉(xiāng)華鑫能源材料股份有限公司（原新鄉(xiāng)八化） ，正極：磷酸鐵鋰，三元；負極：石墨 西安鐵虎能源新材料有限公司 (TIHOO) 電池正極材料 磷酸鐵鋰（ LiFePO4 2、負極： 杉杉、 BTR、長沙海容、汕頭誠翔、湖南輝宇、青島大華、遠東、弘光、紅頂、金卡本、瑞富特、華容、斯諾、湖南星光、余姚宏遠、北京創(chuàng)亞、佛山三高、 3、電解液： 張家港國泰華榮化工新材料有限公司、東莞市杉杉電池材料有限公司、深圳宙邦化工有限公司、廣州天賜高新材料股份公司、汕頭金光高科有限公司、北京創(chuàng)亞恒業(yè)新材料科技有限公司、北京化學試劑廠、天津金牛電源材料有限責任公司、福祿（蘇州） 新型材料有限公司（ Ferro美資企業(yè)）、河北香河昆侖、上海圖爾實業(yè)、珠海賽維 4、 PVDF:廈門物投、深圳市華爾電子科技有限公司、 5、 CMC:美國斯比凱可、赫克力士 6、 SUP:上海匯普工業(yè)化學品有限公司 7、 S-O:青島星遠、中橡集團炭黑工業(yè)研究設計院 8、 NMP:偉源 9、 SBR:廣州石油化工 22 10、鋁箔：福來順、深圳市振鑫箔電子包裝材料有限公司、四方達公司、中南鋁業(yè)、上海美鋁 11、銅箔：聯(lián)合、梅雁、佛岡、深圳市國興銅箔有限公司、佛岡建滔實業(yè)有限公司 12、鋁帶：惠華 13、鎳帶 ：無錫廣翔合金材料、宜興市大宏電子有限公司、湖南德先新材料有限公司、 14、復合帶：宜興市惠華復合材料有限公司 15、隔膜：恩太克、環(huán)島科技（東莞）有限公司、深圳市納光科技有限公司 16、鋁殼：同力高科、日亞星、深圳市億進利科技發(fā)展有限公司、常熟市高科電池材料有限公司、溫州市高科鎖具有限公司、深圳市新洋電器有限公司、溫州市鹿城巨星鋰電池殼體廠、余姚市岳華塑膠制品廠、深圳市龍?zhí)炜萍加邢薰尽?17、蓋板：深圳市億進利科技發(fā)展有限公司、同力高科、溫州市宏藝鋰電池配件有限公司 23 第六章 鋰電池材料的制備及生產(chǎn)工藝概述 一、當前國內磷酸鐵鋰現(xiàn)狀 目前國內外已經(jīng)能實現(xiàn)量產(chǎn)的合成方法均是高溫固相法 ,高溫固相法又分傳統(tǒng)的 (以天津斯特蘭、湖南瑞翔、北大先行等為代表 )和改進的 (以美國威能、蘇州恒正為代表 ,也稱碳熱法 )兩種 .本項目的合成方法與美國 valence公司的合成方法相近 ,即采用碳熱法 .與大多數(shù)生產(chǎn)廠家不同之處有原材料選擇和燒結工藝 . 1.市場前景需求 國內方面 ,山東海霸通訊設備有限公司投資 3億人民幣 ,新建廠房占地 350 畝 .擬建成國內最大的磷酸鐵鋰動力電池生產(chǎn)基地 .萬向集團實測了山東 海霸的磷酸鐵鋰聚合物動力電池 ,發(fā)現(xiàn)其性能比錳酸鋰電池性能還要好 ,通常所擔心的低溫性能在 -20 已經(jīng)達到 80%設計容量 ,而高倍率放電 10C時也可達到 80%容量 ,僅溫升過快而已 .這表明 ,磷酸鐵鋰已經(jīng)基本達到電動汽車的使用要求 !當然磷酸鐵鋰要大行其道 ,可能還有一些工藝完善 ,產(chǎn)品質量穩(wěn)定化的過程 ,但據(jù)預測 ,2-3年內必是磷酸鐵鋰作為動力電池的主流 ,這個觀點是絕大多數(shù)動力鋰電池生產(chǎn)者和研究者的共識 .另外 ,深圳市比亞迪電池股份有限公司正致力于研究動力汽車 ,目前該公司大批量采購國內生產(chǎn)的磷酸鐵鋰 ,凡是能批量生產(chǎn)的 ,比亞迪 公司都成噸的采購 ,據(jù)稱目前磷酸鐵鋰月需求是 40噸 .該公司已經(jīng)先購入三條不同的燒結設備準備進行中試研究 .此外 ,ATL 廣東新能源目前每月對磷酸鐵鋰的需求是 10噸 ,天津力神在經(jīng)過長時間的為 ValenceOEM 后 ,每月也有固定的磷酸鐵鋰需求 .河南環(huán)宇集團和青島澳柯瑪都希望能尋找到供應磷酸鐵鋰材料的國內生產(chǎn)廠家 .還有一些鋰離子電池生產(chǎn)廠家都已經(jīng)對磷酸鐵鋰系列的電池進行了較長的研究 ,已經(jīng)獲得了使用經(jīng)驗 ,市場已經(jīng)逐漸成熟 .歐美、臺灣、日本方面對磷酸鐵鋰材料也有很大的需求量 ,目前磷酸鐵鋰材料在國內和國際市場上都處于供不應求 狀態(tài) ,蘇州恒正科技制備的磷酸鐵鋰材料售價高達 30多萬 /噸 ,另外 ,臺灣必翔愿意獨家包銷湖南瑞翔的磷酸鐵鋰材料 5年 ,足見國際市場磷酸鐵鋰的需求之旺盛 . 據(jù)某公司的一份磷酸鐵鋰生產(chǎn)可行性分析報告估計 ,至 2006年 ,鋰離子動力電池總需求量為 50.69億 Ah(單體電池工作電壓 3.6伏 ),折算為正極材料其消耗量為 36200噸 .而以上數(shù)據(jù)僅僅只包含了國內市場 ,考慮到國外市場的拓展及電動轎車的潛在發(fā)展 ,對動力型鋰離子電池正極材料的需求量要遠遠超出 36200噸 .綜合上述分析 ,磷酸鐵鋰作為新型高能鋰離子電池的正極活性材料及電子 材料產(chǎn)品 ,隨著電池工業(yè)及電子工業(yè)的發(fā)展 ,具有廣闊的市場前景 .在未來的兩三年內 ,磷酸鐵鋰的市場需求量將達 5萬噸以上 ,尤其是在動力型電池應用方面對磷酸鐵鋰的需求將大幅增加 . 但目前磷酸鐵鋰還沒有達到像鈷酸鋰這樣的應用廣度 ,主要原因是鋰離子電池生產(chǎn)廠家沒有穩(wěn)定的貨源供應情況下 ,也不能進行電池生產(chǎn)線的擴產(chǎn) ,問題解決的關鍵還是在于磷酸鐵鋰材料產(chǎn)量的提高和產(chǎn)品質量穩(wěn)定性的解決 .解決產(chǎn)品的穩(wěn)定性也正是本技術團隊的優(yōu)勢所在 . 2.目前消費需求和潛在客戶 目前磷酸鐵鋰尚沒有達到大規(guī)模商品化的主要原因是磷酸鐵鋰產(chǎn)品質量的穩(wěn)定性 ,這一問題正被某些公司所解決 .正由于部分技術問題尚未得到完美解決 ,磷酸鐵鋰材料目前主要用在高爾夫球場推車用電源 ,礦燈 ,電動摩托 ,電動自行車 ,動力工具、以及電動汽車 24 等方面 . 3.推廣應用領域 磷酸鐵鋰的應用領域主要有 : (1) 儲能設備 太陽能、風力發(fā)電系統(tǒng)之儲能設備 ； 不斷電系統(tǒng) UPS ； ? 配合太陽能電池使用作為儲能設備 (比亞迪已經(jīng)在生產(chǎn)此類電池 )； (2) 電動工具類 高功率電動工具 (無線 ) ； 電鉆、除草機等 ； (3) 輕型電動車輛 電動機車 , 電動自行車 , 休閑車 , 高爾夫球車 , 電動推高機 , 清潔車 ； 混合動力汽車 (HEV),近期 2-3年的目標 ； (4) 小型設備 醫(yī)療設備 :電動輪椅車 ,電動代步車 )； 玩具 ( 遙控電動飛機 ,車 ,船 )； (5) 其它小型電器 礦燈 ； 植入性的醫(yī)療器械 (磷酸鐵鋰無毒性 ,鋰電池僅鐵鋰可滿足要求 ) ； 替代鉛酸 ,鎳氫 ,鎳鎘 ,鋰鈷 ,鋰錳類電池在小型電器上的應用 (2007鎳鎘將全面退出市場 )； 目前已經(jīng)實現(xiàn)的應用 :1.8Ah及以下的 18650型圓柱電池 .應用市場 :18650型是一種通用標準 ,可用于小型電器 .全球需求為 5000萬個電池 /年 ,折算為正極材料需求 600噸 . 磷酸鐵鋰的總生產(chǎn)能力預計到 2007年底將達到 3000-4000噸 /年左右 . 磷酸鐵鋰市場價格目前比較高 ,國內售價為 18萬 /噸 ,國外公司和董明的價格為 30萬 /噸 .主要原因有 1)鋰源上漲 ,目前 Li2CO3和 LiOH等價格均在 6.5萬 /噸左右 ,而 2005年價格為 3萬多 ,2006年初為 4萬左右 .(2)生產(chǎn)成本高 ,生產(chǎn)企業(yè)采用 LiH2PO4(磷酸二氫鋰 )作為鋰源 ,解決了環(huán)境污染問題 ,但原材料成本提高 .(3)目前這個材料應用主要是出口 ,正極材料能提供更好的安全性和穩(wěn)定性 ,價格因素不太敏感 . 預計近 3年內 ,將會出現(xiàn)磷 酸鐵鋰和錳酸鋰 ,三元系材料在市場并存的局面 ,主要看誰能提供批量穩(wěn)定的正極材料 ,誰就能占領更多的市場份額 .預計 3年后磷酸鐵鋰的應用將會有一個很大的增加 ,并將會占據(jù)主導地位 .據(jù)國內大型鋰離子電池正極材料供應商的預測 ,磷酸鐵鋰的實際需求有望在三年內達到上萬噸 /年 . 3.4 競爭性分析 主要競爭來自于美國 valence、美國 A123公司 ,天津斯特蘭 . (1)美國 valence公司及在華企業(yè)威能 美國 Valence公司 2003年開始 LiFePO4的產(chǎn)業(yè)化 ,解決了其電池的倍率放電及低溫性能等問題 ,并和中國的部分鋰離子 電池廠家進行合作 ,并以 OEM方式生產(chǎn) 410Ah 的聚合物電池 ,同時 ,在中國蘇州擬建生產(chǎn)基地 (威能和威泰 ),自己生產(chǎn)聚合物電池 . 但是由于 Valence公司面對國內的客戶并不出售電池材料 .而與其合作的電池廠家利潤空間和主動性受到了限制 ,因此對能夠提供穩(wěn)定的正極材料的廠家非?？释?. 預計近幾年 ,Valence還不足構成實質競爭 . (2)美國 A123公司及其在華企業(yè)高博 25 A123公司主要從事?lián)诫s金屬離子的 LiFePO4材料的商品化運作 ,但相關網(wǎng)站上涉及技術指標的公開資料不多 ,部分產(chǎn)品已在臺灣的部分廠家試用 ,但據(jù)稱 無量產(chǎn)能力 ,且批次穩(wěn)定性差 .A123公司與 Valence公司類是 ,也是以 OEM的方式和國內的一些電池廠家進行合作 .A123公司在中國的常州建設生產(chǎn)基地高博 .A123 公司目前定位為潛在的競爭者 . (3)其它企業(yè)的競爭 國內的其它企業(yè)例如天津斯特蘭 ,湖南瑞翔 ,北大先行和恒正納米科技也都進行了中試實驗 ,但是他們的生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品各有不利的方面 .其中 ,湖南瑞翔和北大先行據(jù)稱是較早地完成中試的廠家 ,但是他們目前尚不能解決產(chǎn)品批次間穩(wěn)定性的問題 .他們用的原料和技術路線都不是最具有競爭力 .原料主要是運用鐵的有機鹽 ,工藝存在 煅燒時間長 ,而生產(chǎn)的產(chǎn)品批次間不穩(wěn)定 ,產(chǎn)品在做成品電池的時候粘著性差 .恒正納米科技目前在產(chǎn)量上還未形成規(guī)模 ,而且在最終產(chǎn)品中為了提高導電性 ,添加了價格昂貴的 Ni、 Co和 Mn過渡金屬層狀材料 ；并且廣泛采用進口設備和原材料 ,因此成本很高 .因此他們的產(chǎn)品價格是目前商業(yè)價格的兩倍還要多 .天津斯特蘭收購了北京中輝振宇 ,目前有 4條網(wǎng)帶式燒結爐 ,計劃 07年擴產(chǎn)至 20條 ,產(chǎn)品質量已經(jīng)基本成熟 ,目前產(chǎn)品供不應求 ,預計 3年后會有一定的競爭威脅 . 總之 ,目前磷酸鐵鋰產(chǎn)品正處于行業(yè)的萌芽階段 ,而中國環(huán)境問題突出 ,能源問題緊張 ,因此 磷酸鐵鋰產(chǎn)品潛在市場巨大 ,而國內外的電池材料廠家要么不具備穩(wěn)定的生產(chǎn)能力要么生產(chǎn)的產(chǎn)品質量存在諸多問題或產(chǎn)量太小 .結論 :磷酸鐵鋰的生產(chǎn)在近 2-3年不會發(fā)生爭奪客戶的競爭 ,目前的市場現(xiàn)狀是客戶尋找市場 .從事磷酸鐵鋰生產(chǎn) (中試或者生產(chǎn) )的主要單位 (排名不分先后 ): 北大先行 完成中試 ,年產(chǎn) 60噸 天津斯特蘭 (原北京中輝振宇 ) 年產(chǎn) 200噸 ,計劃 07年擴產(chǎn)至 2000噸 /年 青島乾運 年產(chǎn) 30噸 山西力之源 年產(chǎn) 30噸 橫店東磁 15噸 /年中試線建設批準階段 山東海霸 中試 ,已購入推板式燒結爐 ； 湖南瑞翔 中試完 成 ；計劃 07年實現(xiàn) 300噸 /年產(chǎn)量 ；后期擴產(chǎn)到 1000噸 /年 深圳比亞迪 中試線生產(chǎn) (購買了三條不同的燒結爐設備準備進行中試 ) 余姚金和 中試 寧波彬彬 中試 廣州鵬輝 日產(chǎn) 100公斤級小批量生產(chǎn) ,據(jù)說準備量產(chǎn) . 新鄉(xiāng)八化 小批量試生產(chǎn) 蘇州恒正 07年 1Q實現(xiàn)年產(chǎn) 500噸 (生產(chǎn)設備已經(jīng)到位 )； 蘇州威能和威泰 (美國 valence公司分公司 ,擴產(chǎn) ) 鎮(zhèn)江高博 (美國 A123公司分公司 ,正在建廠擴產(chǎn) ) 常州高博 (美國 A123公司分公司 ,正在建廠擴產(chǎn) ) 二、 鋰離子動力 電池材料磷酸鐵鋰制備設備 1 引言 常規(guī)鋰離子電池正極材料的研究集中于層狀的過渡金屬氧化物 LiMO2 (M=Co,Ni,Mn 等 )與尖晶石型的 LiM2O4 （ M=Co,Ni,Mn 等）。然而，鈷資源的嚴重缺乏造成鈷價格的高昂，同時，鈷酸鋰 (LiCoO2)安全性能差，很難滿足大眾化的鋰離子動力電池的需求；而比容量低和高溫性能差又成為長期以來困擾錳酸鋰 (LiMnO2)實現(xiàn)商品化的關鍵技術難題；三方晶系的鎳酸鋰 (LiNiO2)在制備的過程中很容易生成無電化學活性的立方晶系的鎳鋰， 26 實用化的難度較大；新型的三元復合氧 化物鎳鈷錳酸鋰 (LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2) 因兼有LiNiO2 和 LiCoO2 的優(yōu)點，一度被人們認為是最有可能取代 LiCoO2 的新型正極材料，但仍存在合成條件較為苛刻、安全性較差、綜合性能有待改進、成本也較高等缺點；正交晶系橄欖石型的磷酸鐵鋰 (LiFePO4)材料由于具有比容量高、價格低廉、無環(huán)境污染、安全性和熱穩(wěn)定 性好等優(yōu)點而成為一種最有潛力的鋰離子動力電池材料。熱合成工藝是制備鋰離子動力電池材料最重要的工序，它對于鋰離子動力電池的最終性能具有決定性的影響，圖 1 給出了制備鋰離子動力電池 材料的典型工藝流程。制備設備是支撐新一代鋰離子動力電池正極材料產(chǎn)業(yè)良性發(fā)展的基礎。 2 制備設備簡介 磷酸鐵鋰的合成方法主要采用高溫固相反應法：將 FeC2O4、 2H2O、 Li2CO3 和 NH4H2PO4 或(NH4)2HPO4按化學計量比混合 ,在氬氣或氮氣等惰性氣氛保護下 , 于 300 左右使混合物初步分解 , 然后升溫到 600 800 ,保溫 12 h 以上 ,就可以得到橄欖石晶型 LiFePO4 材料。如何在熱處理的過程中防止二價鐵的氧化是合成的關鍵控制點，也是制備設備必須解決的關鍵問題。相對于鈷酸鋰、錳酸鋰 而言，磷酸鐵鋰材料的制備對設備要求極高。目前，國際上磷酸鐵鋰材料的制備基本上都是采用間歇式設備：如氣氛保護鐘罩爐、氣氛保護箱式爐等。近來，也有采用氣密保護回轉窯合成的報道。國內我們最早在這方面進行了自主研發(fā)，在對試驗型和小規(guī)模生產(chǎn)型的合成設備取得階段性成果的基礎上，研制開發(fā)了大規(guī)模連續(xù)式氣密保護制備設備，該型設備主要技術指標 : 設備長度： 20 000 mm 有效口徑 : 680 mm（ W） 140 mm（ H） 最高工作溫度 : 1 000 常用工作溫度 : 700 900 溫度穩(wěn)定度： 10 Pa 年生產(chǎn)能力 : 200 噸 3 關鍵技術研究 大規(guī)模連續(xù)式磷酸鐵鋰材料制備設備是將熱工制造技術與材料生產(chǎn)工藝緊密融合的多學科交叉技術設備。它包含先進的密封隔離技術、獨特的爐內氣氛凈化技術、特別的內襯材料和加熱體抗腐蝕技術、先進的智能自動控溫技術、復雜的自動送料控制技術等。 3.1 氣氛場模擬分析技術 在大型反應室中特別是動態(tài)的反應室中，為保證所制備的產(chǎn)品性能的一致性，對氣氛 的動態(tài)平衡控制技術提出了更高的要求，這就要求我們能精確地掌握氣氛場的主要參數(shù)及其關系，氣氛場模擬分 析技術必不可少。氣氛的動態(tài)平衡控制主要通過壓力閉環(huán)自動控制技術、氣源的低擾動輸送技術、高密封技術等來實現(xiàn)，全部控制過程均采用計算機發(fā)布指令，實現(xiàn)設備操作和參數(shù)最佳化的全自動控制，全方位地滿足氣體傳輸與氣氛精密控制的系統(tǒng)要求。利用氣體動力學和流體力學等學科建立氣氛場模型，分析合成室內氣氛的流動狀況，從而獲取最佳氣氛控制參數(shù)。 3.1.1 氣密結構設計技術 為滿足直通式的窯腔通道內氧分壓要求，設備采用全密封爐體、 氣氛隔離倉（前后各 1 個）與氣幕 27 相結合的方式進行密封。為了確保制備設備內穩(wěn)定的氧分壓和氣流走向，設備除爐體采用全密封結構外，在制品出、入口處設置相互聯(lián)鎖的雙閘門過渡密封倉結構。同時設置大流量惰性氣體垂直氣幕封門，使空氣不能進入爐體內。當密封倉內的產(chǎn)品出來后，兩閘門都緊閉時，對密封倉進行強制性換氣凈化，并在內閘門再次打開之前，將倉內氧分壓從 21%降低到 0.01%以下。嚴格保證在密封倉換氣凈化之后，內閘門打開之前，密封倉內部的惰性氣體壓力和氧分壓等同于爐體與密封倉相接處的壓力和氧分壓值。運行過程中，爐體出、入 口處的氣幕始終保持，從而阻止外界氣流對合成區(qū)域的干擾。 3.1.2 氣氛穩(wěn)定、均勻性技術 采用多點小流量均勻送氣的設計思路，沿設備長度方向，設置保護氣體總輸入管，在各區(qū)段的分支，經(jīng)過調節(jié)閥的必要調節(jié)和流量計的流量監(jiān)測，向加熱室輸入所需要的高純氬氣或高純氮氣，并經(jīng)過加熱組預熱后進入合成區(qū)段。同時，在設備各控制段都設置氧分壓和壓力抽樣檢測點，隨時檢測窯 腔橫截面上各點的氧分壓和氣氛壓力。窯體進氣全部采用下部進氣，廢物排放區(qū)上部排氣方式：保護氣體進入窯內后，先進入下加熱室，經(jīng)加熱室預熱以后分多點層流式進入爐膛。 3.1.3 爐內氣氛凈化技術 為了達到合成室內的氧含量要求，除了設備嚴格密封外，加熱室空腔及耐火保溫材料釋放的氣體如何排出也是設備必須解決的關鍵問題。本設備采用獨特的爐內氣氛凈化技術：下加熱室逐個凈化；上加熱室由一路保護氣體送入后，再分別送入該區(qū)其余各加熱室，同時，制備設備頂部、加熱室等處都預留放氣閥，當制備設備初次啟用并充入保護氣體時，以較大的壓力通以較大流量的保護氣體，同時打開設備各頂蓋板、加熱室蓋板上的放氣閥，以排除窯內襯所吸收的氧氣，保證合成室內的氣氛要求。 3.2 抗腐蝕技術 磷酸鐵鋰電池材料在合 成過程中會產(chǎn)生腐蝕性氣體（主要是 NH3 和 H2O），在高溫下對爐襯材料和加熱元件的損害非常強烈，故制備設備必須解決腐蝕氣氛下的加熱元件和內襯的抗腐蝕技術。對加熱元件采取特殊的保護措施 獨特的馬弗式加熱結構，即加熱元件與合成室內腐蝕氣體隔離，從而防止腐蝕氣體的侵入，同時加熱室通有保護氣體進行保護，使加熱元件的使用壽命大大延長，降低用戶的使用成本。 3.3 熱場模擬分析技術 電池材料制備設備的開發(fā)熱工計算是關鍵。然而各種耐火材料的理化指標與實際的使用條件差距較大，計算非常復雜，很難做到精確，因此需要對各種不 同的使用條件下實際的熱場進行模擬，建立科學的模型進行分析，掌握熱場溫度變化的關鍵，提高制備時溫度的精確性和一致性，更加有效地利用熱能。對磷酸鐵鋰電池材料而言，其電性能指標取決于在制備設備中的合成質量，即制備設備中的反應溫度、反應時間和反應氣氛三大要素。這三者之間是相互關聯(lián)又相互制約的，即制備設備必須按一定的合成制度對材料進行合成。合成制度是根據(jù)材料制備工藝要求并考慮到熱工、經(jīng)濟等方面因素而制定的工藝技術，它包括：溫度制度、氣氛制度和壓力制度。本設備采用新的自動控制方式和方法來控制制備設備同一斷面的溫差，并設 計相應的控制系統(tǒng)和控制軟件，使熱場溫度、氣氛控制更精確和穩(wěn)定，制備設備自動控制程度更高。 4 效果 2006 年，中國電子科技集團公司第四十八研究所根據(jù)某知名鋰離子電池材料生產(chǎn)企業(yè)的特殊制造工藝，開發(fā)了磷酸鐵鋰正極材料連續(xù)式制備推板窯，在國內首次實現(xiàn)磷酸鐵鋰正極材料的連續(xù)式生產(chǎn)。我們研發(fā)的制備設備具有合成工藝先進、產(chǎn)品成本低、設備運行穩(wěn)定、溫度氣氛均勻和產(chǎn)能大等特點，其生產(chǎn)工藝和合成技術均屬國內首創(chuàng)，處于 28 國際先進水平，填補了國內空白。目前，我們已完成中試，通過該設備所制得的 LiFePO4 正極材料可逆容量高 達 155 (mA h) /g 以上，大電流性能十分優(yōu)良， 10C 放電時，放電容量在 97 (mA h)/g 以上。高溫性能更佳，采用 C/10 倍率的電流充放電時可逆容量達 161 (mA h)/g，且循環(huán)過程中容量衰減甚少。采用該工藝技術和制備設備我們成功地實現(xiàn)了 LiFePO4 的批量生產(chǎn)（產(chǎn)量可達 120 噸 / 年）。測試結果表明，中試生產(chǎn)的材料性能與實驗室制備材料的性能是一致的，從而使該材料走向產(chǎn)業(yè)化應用邁出了關鍵一步。 5 發(fā)展趨勢 大規(guī)模連續(xù)式制備代表了磷酸鐵鋰材料制備的發(fā)展方向，今后對磷酸鐵鋰制備設備的 研究以下幾個方面值得我們的重視：磷酸鐵鋰制備時的特殊氣氛要求，制備設備氣密結構設計技術和氣氛凈化方 式的研究；爐襯材料和加熱元件的抗腐蝕技術研究；既能提高材料電導率又能降低材料粒徑的制備工藝及制備設備的研究；納米級磷酸鐵鋰正極材料的制備技術研究等?？傊?，今后對磷酸鐵鋰材料的研究工作將集中于通過合適的制備設備、制備工藝和元素摻雜的方法改善其電子電導率。正是由于磷酸鐵鋰低廉的價格和與鈷酸鋰不相上下的電化學性能，使其有望在對安全性和溫度要求較高的動力型二次電池領域獲得廣泛應用，磷酸鐵鋰動力電池材料制備設備的研究也 將會得到長足發(fā)展。 三、 LiFePO4 / C 制備工藝的優(yōu)化及其性能 1 引 言 正極材料是決定鋰離子電池性能的關鍵因素 ,目前 90 %以上的鋰離子電池的正極材料都是用鈷酸鋰 (LiCoO2 ) ,由于鈷資源有限且有毒、價格昂貴、存在一定的安全問題等不足 ,不能滿足人們的需要 ；鎳酸鋰 (LiNiO2 ) 雖然容量較高、自放電率低 ,但是材料制備困難 ；尖晶石型錳酸鋰 (LiMn2O4 ) 雖然具有良好的耐過充能力 ,但是由于錳在電解液中會溶解 ,且其高溫循環(huán)性能差等不足限制了其實際應用。 1997 年 ,Goodenough 科研小組首先報道了具有橄欖石結構的磷酸鐵鋰 (LiFePO4 ) 能夠可逆地嵌入和脫出鋰離 子 ,LiFePO4 就以其低廉的價格、良好的循環(huán)性能、安全無毒、較高的理論容量、原材料來源廣泛等優(yōu)勢 ,引起電化學工作者的廣泛關注。 LiFePO4 的理論比容量是 170mAh/ g , 其理論真實密度是 3. 6g/ cm3 ,Fe2 + / Fe3 + 相對金屬鋰的電壓是 3. 4V ,具有非常平穩(wěn)的充放電平臺。本文應用液相共沉淀法聯(lián)合固相焙燒法來制備 LiFePO4 / C 復合材料 ,以材料首次放電比容量為考察標準 通過正交實驗來優(yōu)化制備工藝 ,并對材料的理化性能和電化學性能進行了測試。 2 實 驗 2. 1 磷酸鐵鋰的制備 以硫酸亞鐵、磷酸二氫銨、氨水為原料 ,檸檬酸為分散劑 ,用共沉淀法通過嚴格控制體系的 p H 值、物料流速、攪拌速度和反應體系溫度等來制備球形磷酸亞鐵銨 ,充分洗滌和干燥后按一定的 x (Li) x ( Fe) 與碳酸鋰混合 ,再加入適量的葡萄糖 ,在高速球磨機上進行球磨 ,然后將球磨好的樣品置于預抽真空高溫爐中進行高溫焙燒 ,用 N2 氣保護 ,控制升溫速率為 5 / min ,恒溫一段時間后 ,在爐中自然冷卻 ,得 到 LiFePO4 / C復合材料。 2. 2 材料性能測試與表征 用日本 Hitachi 公司 S2550 型掃描電子顯微鏡 (SEM) 觀察合成產(chǎn)物顆粒的形貌 ,采用日本理學 D/MAX2PC2200 X 射線衍射儀 (Cu 靶 , = 0. 15405nm)對產(chǎn)品進行物相晶體結構 29 分析 , 電壓 40kV , 電流 20mA ,掃描范圍為 10 60 ,掃描速度 2 / min 。用北京第二光學儀器廠 WQF2510 型傅立葉變換紅外光譜儀 (F TIR) 測試產(chǎn)品的組成 ,分辨率為 4cm- 1 ,掃描范圍為 400 4000cm- 1 。 2. 3 電化學性能測試 用涂布法制備正極片 ,將得到的 LiFePO4 與乙炔黑、 PVDF 按 80 15 5 的質量比攪拌均勻 ,以無水乙醇為溶劑 ,混合成漿料 ,然后將漿料涂布在鋁箔上 ,充分干燥后制成正極片 ,以金屬鋰為負極 ,Celgard2400聚丙烯多孔膜為隔膜 , 1mol/ L LiPF6 / EC2DMC(體積 比為 1 1) 為電解液 ,在充滿 Ar 氣的手套箱中組裝成電池 ,將試驗電池置于 BS9300 型充放電儀 (廣州擎天實業(yè)有限公司 ) 上進行電化學性能測試 ,充放電電壓范圍是 2. 2 4. 2V 。 3 結果與討論 3. 1 正交實驗 在單因素分析實驗的基礎上 ,為得到以球形磷酸亞鐵銨為前驅體用固相焙燒法制備LiFePO4 的最佳工藝條件 ,考察了球磨時間、