2020年(發(fā)展戰(zhàn)略)中國鋰電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展

1、代B鍛wfflH皿番wK-目驅(qū)題、M番mwgQ壓老槻弐同當塔械也型-i叵匱屈娛孝召裂囂E(豊帶中國鋰電池產(chǎn)業(yè)策略跟蹤國外先進技術(shù)，制定國內(nèi)統(tǒng)壹標準強化知識產(chǎn)權(quán)保護跟蹤國外先進技術(shù)，制定國內(nèi)統(tǒng)壹標準強化知識產(chǎn)權(quán)保護“鋰電池產(chǎn)業(yè)和智能電網(wǎng)等新能源和新能源汽車這倆大戰(zhàn)略型新興產(chǎn)業(yè)關(guān)系密切，中國政府將加快出臺發(fā)展規(guī)劃和政策支持細則，且鼓勵民間創(chuàng)新型高科技企業(yè)擔(dān)當研發(fā)生力軍。另外，將從財稅和信貸等方面給予支持，尤其是向中小型企業(yè)傾斜信貸政策?！敝袊鴩倚畔⒅行氖紫?jīng)濟師范劍平于7月2930日于深圳舉行的“2010鋰離子電池新材料國際論壇”上，從宏觀政策方面闡述了中國鋰電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向。圖1中國國家信息

2、中心首席經(jīng)濟師范劍平范劍平仍指出，政府推進鋰電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，重點將關(guān)注三個方面的問題：壹、跟蹤跨國XX公司最新動向，選擇正確的、有希望成為未來主流方向的技術(shù)，組織力量進行聯(lián)合攻關(guān)。二、盡快解決中國實用技術(shù)標準問題，形成聯(lián)合攻關(guān)和成果共享的統(tǒng)壹標準，為產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用創(chuàng)造基本條件。三、建立中國高標準知識產(chǎn)權(quán)保護體系。專利問題困擾中國企業(yè)專利問題困擾中國企業(yè)上面第三點關(guān)于知識產(chǎn)權(quán)保護的問題引起了出席本論壇專業(yè)人士的強烈共鳴。臺灣立凱電能科技的楊智偉用“專利：中國消失的壹塊拼圖”來形容他對中國目前專利市場現(xiàn)狀的擔(dān)憂。他表示，其實，對于知識產(chǎn)權(quán)問題，中國電池產(chǎn)業(yè)長期以來壹直面臨國外專利的商業(yè)阻礙以及技術(shù)壟斷

3、的干擾。例如，早于2000年，中國鎳氫電池企業(yè)就曾受到美國OvonicXX公司于專利侵權(quán)方面的指控。包括比亞迪、樂凱、沈陽三普、南海新力和深圳三俊等8家中國電池XX公司向Ovonic繳納了大筆專利許可費。2003年7月，索尼于北京對比亞迪提出鋰電池專利訴訟。目前，比亞迪每年用于關(guān)聯(lián)事件的法律開支大約于100萬美元。2008年7月，3M對索尼、索尼電子、聯(lián)想、聯(lián)想美國、日立、松下等11家XX公司進行了電池專利技術(shù)方面的起訴。因此，中國關(guān)聯(lián)管理部門和企業(yè)應(yīng)該于電池專利方面給予更多重視，尤其是電池外銷的企業(yè)，應(yīng)盡可能多地掌握知識產(chǎn)權(quán)方面的法律知識，保護自身的權(quán)益，以免受到巨額專利授權(quán)費的傷害。另壹方

4、面，截至2010年7月29日，中國關(guān)于磷酸鐵鋰電池的專利有201個，包括材料組成專利24個，材料工藝專利177個。從2003年到2010年，中國企業(yè)于這方面的專利申請數(shù)量壹直于上升。但從2005年起，最終核準件數(shù)和實際申請件數(shù)的比率反而呈現(xiàn)出持續(xù)下降的趨勢。針對上述情況，楊智偉指出，企業(yè)要注意專利申請的盲目性問題，因為專利數(shù)量多少且不能完全代表壹個企業(yè)的真正實力。申請專利必須注重產(chǎn)品的實用性、新穎性和創(chuàng)造性。于磷酸鐵鋰電池材料領(lǐng)域，美國掌控了關(guān)鍵專利技術(shù)。美國德州大學(xué)曾和日本NTT為磷酸鐵鋰電池材料專利問題進行過訴訟，結(jié)果NTT被迫將所擁有的磷酸鐵鋰電池材料專利授權(quán)給德州大學(xué)，且向?qū)Ψ街Ц读?

5、000萬美元的和解金。之后，臺灣很多電池企業(yè)均通過購買磷酸鐵鋰電池專利授權(quán)來避免此類紛爭。圖2目前國際上磷酸鐵鋰專利情況據(jù)蘇州恒正科技董事長、 杭州賽恩斯能源科技總裁董明博士介紹，其實，日本的松下和豐田等企業(yè)也均擁有磷酸鐵鋰電池材料的類似專利，可是由于NTT事件的影響，這些企業(yè)于實際中均沒有用那些磷酸鐵鋰材料，而主要傾向于采用錳酸鋰和三元材料。圖3蘇州恒正科技董事長、杭州賽恩斯能源科技總裁董明博士雖然日本和臺灣于磷酸鐵鋰電池材料專利方面吃了虧，可是歐洲的情況卻完全不同。2009年12月，歐洲專利裁決機構(gòu)撤銷了美國德州大學(xué)對磷酸鐵鋰電池的歐洲專利權(quán)，保護了歐洲企業(yè)今后開發(fā)磷酸鐵鋰電池技術(shù)的利益。

6、2009年9月，中國科技部“863計劃”已經(jīng)明確表示支持磷酸鐵鋰正極材料關(guān)鍵技術(shù)的開發(fā)，中國有關(guān)研究機構(gòu)和企業(yè)正于積極研發(fā)。 據(jù)董明介紹， 恒正科技的電化學(xué)活性材料制造方法的專利 （專利號:CN200910186259.9）已于2010年先后于美國、日本、韓國等全球16個國家或地區(qū)申請獲批。另外，中國專利裁決機構(gòu)能否向歐洲那樣撤銷美國于中國的磷酸鐵鋰電池專利授權(quán)，將于很大程度上決定著中國磷酸鐵鋰電池及材料企業(yè)今后的發(fā)展。不過，楊智偉表示，即便如此，對于今后產(chǎn)品外銷北美的企業(yè)，麻煩仍未消除。但于壹段時期內(nèi)，中、歐市場業(yè)會提供壹定的商機。仍有，中國企業(yè)于錳酸鋰、三元材料等方面，今后可能也會和日韓企

7、業(yè)發(fā)生專利紛爭，要提早做好這方面的準備。鋰電池正極材料鋰電池正極材料通常分為小型鋰電池正極材料和動力鋰電池正極材料。小型鋰電池正極材料主要包括鈷酸鋰、錳酸鋰和三元材料。動力鋰電池正極材料主要包括磷酸亞鐵鋰、錳酸鋰和三元材料。于動力鋰電池正極材料中，北美的電池企業(yè)主要采用磷酸亞鐵鋰材料，日本和韓國主要采用錳酸鋰和三元材料，中國則上述幾種材料均用。磷酸亞鐵鋰材料的制備方法除了碳包覆和碳熱仍原技術(shù)外，仍有共析晶和水熱合成技術(shù)。由于磷酸亞鐵鋰是絕緣的，因此均需包覆導(dǎo)電材料,即導(dǎo)電添加劑。對于水熱合成技術(shù)，存于著碳和膠摻雜匹配的平衡問題。對于共析晶方法，需要采用不和磷酸亞鐵鋰發(fā)生反應(yīng)的金屬氧化物作導(dǎo)電添

8、加劑。由于非活性物質(zhì)添加量不能超過1%，體積很小，只能存于于某些局部，這會造成電池內(nèi)部過沖過放或淺充淺放問題，從而導(dǎo)致內(nèi)部電流不均勻，使電池整體壽命不壹致。因此，金屬氧化物的分散是個亟待解決的問題。恒正科技的董明坦言，磷酸亞鐵鋰材料和三元材料等其他動力鋰電池正極材料相比，不足的是容量偏低。可是，對于動力鋰電池不同材料的選擇，容量且不是重要的衡量指標，關(guān)鍵應(yīng)該見功率和能量。盲目追求容量大小是個誤區(qū)，這也是磷酸鐵鋰電池至今未能于新能源汽車中獲得廣泛應(yīng)用的壹個主要原因，因此當下有必要認識且糾正這壹誤區(qū)。圖4恒正科技磷酸亞鐵鋰電池的主要參數(shù)指標目前，有些大功率型超級電容器的功率密度為1750W/kg，

9、能量密度為3Wh/kg，而磷酸鐵鋰電池的能量密度可達十幾幾十Wh/kg，于某些應(yīng)用中，磷酸鐵鋰電池已可替代超級電容器的作用。當下賽恩斯科技開發(fā)出的24V45Ah磷酸鐵鋰電池組可代替軍用坦克中的鉛酸電池，既然磷酸鐵鋰電池的功率和能量指標均能滿足60噸坦克的要求，對于幾噸重的電動車就更不成問題。不過，由于能量的單位使用成本降低程度有限，再加上材料結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定特性，磷酸鐵鋰電池未來的最終應(yīng)用將是儲能領(lǐng)域。圖5恒正科技24V100Ah磷酸鐵鋰電池組倍率充放電曲線董明仍提出了今后研發(fā)中需要解決的幾個問題，由于磷酸亞鐵鋰的低溫導(dǎo)電性不佳，因此必須和電解液結(jié)合進行調(diào)整；而循環(huán)壽命的關(guān)鍵又取決于負極材料，例如充

10、電過程中負極的分解。另外，蘇州星恒電源的吳曉東建議，可通過對材料的納米化、碳包覆，以及極片制備的優(yōu)化，進壹步提高磷酸鐵鋰的倍率性能，包括低溫倍率放電。他同時認為，低溫特性差是個有待解決的問題。對于動力鋰電池的另壹種正極材料錳酸鋰，其優(yōu)點是：高溫放熱反應(yīng)溫和，電導(dǎo)高，原材料豐富、價格低，對鋰電位高。缺點是高溫下晶格易破壞，比容量低。這種材料特性帶到電池中去，會使電池特性表現(xiàn)為：安全性好，倍率性能好，低溫特性好，高溫穩(wěn)定性差。造成電池高溫性能差的原因有：電芯脹氣、粘接劑粘接性能差或?qū)щ妱┦н@3個因素導(dǎo)致接觸電阻變差;負極固體電解質(zhì)界面(SEI)或正極表面發(fā)生變化，導(dǎo)致正負極界面阻抗均增加;同時，

11、負極界面阻抗變化大于正極阻抗變化。吳曉東指出，上述問題可通過6種方式加以解決：1.改善電解液脹氣性能；2.控制水分；3.提高粘接劑粘接性能；4.改善導(dǎo)電劑分散性；5.正極表面進行包覆處理，抑制變化；6.改善SEI成膜性或抑制SEI膜生長。改善后純尖晶石錳酸鋰電池的常溫4000次循環(huán)衰減約30%,高溫55C1000次循環(huán)衰減不超過30%。憑借上面這些特性，錳酸鋰材料電池可于電動自行車等輕型交通工具、電動汽車及儲能領(lǐng)域獲得應(yīng)用。據(jù)了解，星恒電源將于2011年開始電動車電池千套級的小批量生產(chǎn)，2015年小批量生產(chǎn)儲能電池。對于材料的發(fā)展，吳曉東預(yù)言：“未來3年內(nèi)，錳酸鋰材料研發(fā)不會出現(xiàn)本質(zhì)的變化，只

12、可能是小型的改進。鋰電池負極材料鋰電池的負極材料除石墨、碳、氮化物、錫基氧化物等外，鈦酸鋰是壹種很有開發(fā)前景的材料。深圳貝特瑞納米科技的鋰電池負極材料開發(fā)重點就于鈦酸鋰。鈦酸鋰電池的充電時間不到6分鐘，倍率大于50C;循環(huán)壽命周期高于20000次；工作溫度于-45C70C。單位體積能量密度45Wh/L,輸出功率密度為7000W/L，和以往采用活性炭的雙電層電容器相比，分別可提高到約4.5倍和3.8倍。圖6貝特瑞鈦酸鋰產(chǎn)品SEM圖7貝特瑞的鈦酸鋰產(chǎn)品理化指標圖8貝特瑞的鈦酸鋰電池充放電曲線鈦酸鋰規(guī)?；a(chǎn)后具有成本優(yōu)勢，且清潔環(huán)保；尖晶石鈦酸鋰的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，零應(yīng)變，有較大的離子擴散系數(shù)，較寬的高低

13、溫性能，循環(huán)性能高。因此，鈦酸鋰材料的電池于電動車和儲能系統(tǒng)方面將會有廣泛應(yīng)用。不過，仍需進壹步解決能量密度、功率密度、配套電解液及氣脹等問題。據(jù)貝特瑞總經(jīng)理梁奇介紹，鈦酸鋰電池所用的主要原材料是從世界壹流企業(yè)進口的，且采用了高壓沖擊納米制備和分散技術(shù)，液相均勻、壹致性混合控制技術(shù)，氣相霧化、均勻碳層包覆技術(shù)，先進的燒成技術(shù)和氣氛控制技術(shù)，以及固相融合、壹致性控制技術(shù)。他表示，貝特瑞今后鈦酸鋰產(chǎn)品開發(fā)的重點將放于薄層碳包覆設(shè)計、納米級均勻混合設(shè)計、納米級導(dǎo)電劑設(shè)計、分散摻雜設(shè)計、結(jié)晶度控制技術(shù)設(shè)計、先進生產(chǎn)路線設(shè)計等方面。另外，研究發(fā)現(xiàn)，負極和電解液之間的反應(yīng)是鋰電池容量衰減的主要原因。對此，

14、上海復(fù)旦大學(xué)化學(xué)系新能源和材料實驗室教授吳宇平提出，凝膠聚合物電解質(zhì)（GPE）是解決鋰電池安全問題的關(guān)鍵。能夠通過制備條件，控制凝膠聚合物電解質(zhì)的性質(zhì)，如多孔性、形態(tài)、機械強度、工藝特性、離子電導(dǎo)率，從而保證鋰電池的安全。圖9上海復(fù)旦大學(xué)化學(xué)系新能源和材料實驗室教授吳宇平圖10三明治結(jié)構(gòu)的GPE新型聚陰離子型正極材料目前，國際上關(guān)聯(lián)機構(gòu)和企業(yè)正于進行替代磷酸鐵鋰的化合物材料的研究。據(jù)廈門大學(xué)固體表面物理化學(xué)國家重點實驗室、電化學(xué)技術(shù)教育部工程研究中心教授楊勇介紹，研發(fā)新型高能密度的聚陰離子型正極材料，尤其是鐵、錳體系的聚陰離子型正極材料可能是今后5-10年電池材料研發(fā)的重要方向。聚陰離子型正極

15、材料包括：陰離子基團（PO43-、SiO44-、BO33-、SO42-）所構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和過渡金屬離子配位，進而形成的嵌鋰材料，常見的材料體系包括磷酸鐵鋰、硅酸鐵鋰等；通常的層狀或尖晶石型材料可認為是O2-離子所堆砌，且且和過渡金屬離子配位（Mn+）,進而形成的嵌鋰材料。聚陰離子型正極材料的特點為，可實現(xiàn)陰離子調(diào)控、設(shè)計；熱穩(wěn)定性高，安全性能好；原材料價格低，清潔環(huán)保。楊勇仍指出了磷酸錳鋰及關(guān)聯(lián)材料目前面臨的主要問題：材料充放電倍率及循環(huán)穩(wěn)定性，而這其中涉及到如何抑制3價錳離子的結(jié)構(gòu)畸變，及導(dǎo)致的歧化反應(yīng)和隨之的錳離子溶解問題，如摻雜或包覆。于硅酸鹽正極材料的研究中，已經(jīng)證明硅酸鐵鋰碳復(fù)合材料具有高倍率及高穩(wěn)定性，今后可能會進入商業(yè)市場。硅酸錳鋰碳復(fù)合材料能夠獲得220mAh/g的容量（恒正科技董明提供的最新數(shù)據(jù)是350mAh/g）,及2.8V的電壓。但材料易于非晶化，循環(huán)性能不夠好。通過鐵錳互摻雜，可明顯提高硅酸鐵錳鋰的循環(huán)性能及容量。不過，要商用仍有壹段距離。硅酸鹽材料的多相結(jié)構(gòu)且存及相互轉(zhuǎn)化可能是其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差的壹個原因。如何通過材料的改進提高其循環(huán)穩(wěn)定性及電壓，