王志玲 宋福杰 房學(xué)祥

青島市科學(xué)技術(shù)信息研究所

綜合分析國(guó)內(nèi)外動(dòng)力型鋰電池技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)、產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀、市場(chǎng)供需情況及發(fā)展前景，結(jié)合青島市動(dòng)力型鋰電池產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及SWOT 分析，確定產(chǎn)業(yè)發(fā)展目標(biāo)、發(fā)展瓶頸及技術(shù)研發(fā)需求，繪制產(chǎn)業(yè)技術(shù)路線圖，并提出對(duì)策建議。

鋰電池是當(dāng)今國(guó)際公認(rèn)的理想化學(xué)能源，與鉛酸電池、鎳氫電池等電池相比，鋰電池具有能量密度高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、自放電率小、無(wú)記憶效應(yīng)和綠色環(huán)保等優(yōu)勢(shì)，已成為電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池的首選，在新能源汽車時(shí)代將發(fā)揮主導(dǎo)作用，產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景廣闊。世界各國(guó)在動(dòng)力型鋰電池研究和應(yīng)用方面已取得諸多進(jìn)展及成果，但就其產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用來(lái)說(shuō)，鋰電池的安全與壽命問(wèn)題仍然是制約電動(dòng)汽車普及和大規(guī)模應(yīng)用的關(guān)鍵。我國(guó)動(dòng)力型鋰電池產(chǎn)業(yè)處于研究開(kāi)發(fā)和產(chǎn)業(yè)化起步階段，隨著新能源汽車等七大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃的實(shí)施，將進(jìn)一步帶動(dòng)國(guó)內(nèi)動(dòng)力型鋰電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

動(dòng)力型鋰電池產(chǎn)業(yè)及技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

鋰電池構(gòu)成及分類

鋰電池是一種鋰離子濃度差電池，采用兩種能可逆嵌入與脫嵌鋰離子的化合物作為正負(fù)極，依靠鋰離子在正負(fù)極之間的轉(zhuǎn)移來(lái)完成電池充放電工作。一般由正極、負(fù)極、電解液、隔膜和外殼等構(gòu)成，常用材料及成本構(gòu)成詳見(jiàn)表1。

鋰電池產(chǎn)業(yè)為儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)，廣泛應(yīng)用于通信電源、電動(dòng)汽車、兆瓦級(jí)儲(chǔ)能電源（如風(fēng)能、太陽(yáng)能、智能電網(wǎng)）等領(lǐng)域。按應(yīng)用領(lǐng)域不同，鋰電池可以分為電器類電池、儲(chǔ)能電池、動(dòng)力電池和微型電池。本文所述動(dòng)力型鋰電池范圍界定為高功率動(dòng)力電池，指在電動(dòng)汽車、電動(dòng)自行車、電動(dòng)工具等大功率器件中作為動(dòng)力源使用的電池。

動(dòng)力型鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈構(gòu)成

圖1 動(dòng)力型鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈構(gòu)成

動(dòng)力型鋰電池的制造經(jīng)歷電池材料、電芯、電池模組、電池包四個(gè)環(huán)節(jié)，其產(chǎn)業(yè)鏈構(gòu)成如圖1 所示。產(chǎn)業(yè)鏈的上游主要是正極材料、負(fù)極材料、電解液、隔膜等關(guān)鍵原材料的制備；中游包括電芯制造和電池組集成，涉及電極板制作、電池芯封裝、充放電以及安全性能測(cè)試、電池模塊成組、電池組性能測(cè)試、電池組保護(hù)裝置等環(huán)節(jié)；下游為鋰電池在電動(dòng)車、電動(dòng)工具以及大功率器具等領(lǐng)域的應(yīng)用。

技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

從電池性能上看，目前車用動(dòng)力型鋰電池比能量為100～150Wh/kg，一次充電后電動(dòng)汽車（EV）行駛里程為100～200km，不及傳統(tǒng)汽車的1/3。因此，在大力提升鋰電池安全性、循環(huán)壽命，降低成本的同時(shí)，研發(fā)新型電極材料、電池技術(shù)以提高電池整體性能成為研究的熱點(diǎn)。

目前主流正極材料有鈷酸鋰、錳酸鋰、三元材料（鎳鈷錳酸鋰）和磷酸鐵鋰。其中技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣泛的鋰電池正極材料是鈷酸鋰，但由于成本較高，且作為動(dòng)力電池其安全性問(wèn)題尚未得到解決，因此各國(guó)動(dòng)力型鋰電池研發(fā)的重點(diǎn)集中在錳酸鋰、三元材料和磷酸鐵鋰。其中，錳酸鋰系技術(shù)較為成熟，其缺點(diǎn)是單體電池壽命短，耐高溫性能差；三元材料是已有材料的改性，更多的是關(guān)注工藝參數(shù)；磷酸鐵鋰因其超長(zhǎng)的循環(huán)壽命，極好的安全性能，較好的高溫性能，極其低廉的價(jià)格而被看好，但也存在導(dǎo)電性差、耐低溫性能差、倍率性能差以及材料批次一致性控制困難等缺點(diǎn)。

表1 鋰電池主要組分常見(jiàn)材料及成本構(gòu)成

從技術(shù)路線上來(lái)看，錳酸鋰和三元材料是目前國(guó)際上動(dòng)力鋰電池的主流技術(shù)路線，僅有美國(guó)和中國(guó)的企業(yè)選擇磷酸鐵鋰路線。其中，日本和韓國(guó)主要采用錳酸鋰和三元材料，美國(guó)的三家企業(yè)中，Johnson Controls-Saft 和EndDel 也是三元材料和錳酸鋰，A123 選擇了磷酸鐵鋰路線。國(guó)內(nèi)企業(yè)普遍選擇磷酸鐵鋰作為動(dòng)力型鋰電池的發(fā)展方向，但其兩大核心技術(shù)（包敷碳技術(shù)、碳熱還原技術(shù)）專利分別由加拿大Phostech 和美國(guó)A123 公司掌握，規(guī)避知識(shí)產(chǎn)權(quán)風(fēng)險(xiǎn)難度較大。從研發(fā)和生產(chǎn)鋰電池的經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，日本和韓國(guó)是鋰電池商業(yè)化生產(chǎn)做得最好的國(guó)家，并且一直占據(jù)高端鋰電池市場(chǎng)，因此日韓企業(yè)選擇三元材料和錳酸鋰作為其動(dòng)力鋰電池的技術(shù)路線也是值得思考。

國(guó)內(nèi)外動(dòng)力型鋰電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與市場(chǎng)前景分析

國(guó)外產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

2009年全球鋰電池產(chǎn)量約為30.5 億只，合計(jì)電池容量約15，000MWh。2010年鋰電池產(chǎn)量達(dá)到50 億只（引自中國(guó)化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)），同比增長(zhǎng)64%，其中手機(jī)用鋰電池約占總量的50%，筆記本電腦電池約占35%，而作動(dòng)力使用的鋰電池不足10%，可見(jiàn)小型鋰電池仍占主導(dǎo)地位。但全球主要汽車廠家未來(lái)電動(dòng)汽車的產(chǎn)銷量數(shù)據(jù)顯示：2009年之前電動(dòng)汽車主要采用鎳氫電池作為動(dòng)力源，從2010年開(kāi)始，汽車制造商開(kāi)始大幅提高鋰電池作為動(dòng)力源的比例，目前開(kāi)發(fā)的外接充電式混合動(dòng)力汽車（PHEV）和EV 主要采用鋰電池。2010～2013年為鋰電池電動(dòng)汽車的快速成長(zhǎng)期，預(yù)計(jì)2013年將達(dá)到226 萬(wàn)輛，各種電動(dòng)汽車鋰電池容量達(dá)到14，000MWh；2014～2018年將進(jìn)入穩(wěn)步發(fā)展階段，2018年預(yù)期產(chǎn)量近600 萬(wàn)輛，各種電動(dòng)汽車鋰電池容量達(dá)到45，000MWh，相當(dāng)于2009年全球鋰電池容量的3 倍。

在世界三大鋰電池生產(chǎn)國(guó)中，日本企業(yè)居于世界領(lǐng)先地位，申請(qǐng)了大量專利，在核心技術(shù)上較中國(guó)、韓國(guó)有著明顯的優(yōu)勢(shì)。2000年日本鋰電池的市場(chǎng)銷售額占據(jù)全球市場(chǎng)的93.9%，目前仍占據(jù)全球50%以上的市場(chǎng)份額。中投顧問(wèn)發(fā)布的研究報(bào)告顯示，全球二十多家動(dòng)力型鋰電池生產(chǎn)企業(yè)中，日本占據(jù)半壁江山，并已經(jīng)開(kāi)始著手制定統(tǒng)一的鋰電池規(guī)格、安全標(biāo)準(zhǔn)、充電方式。

國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

我國(guó)鋰電池產(chǎn)業(yè)形成始于20 世紀(jì)90年代末，目前已成為全球第二大鋰電池生產(chǎn)國(guó)。國(guó)內(nèi)從事鋰電池的企業(yè)達(dá)到300 多家，在建動(dòng)力型鋰電池產(chǎn)能超過(guò)45 億Wh，若按每輛車30kWh 計(jì)算，可滿足15 萬(wàn)輛裝車要求。2009年，國(guó)內(nèi)鋰電池產(chǎn)量超過(guò)15 億只，銷售額達(dá)到170 億元。主要生產(chǎn)企業(yè)包括比亞迪股份有限公司、天津力神電池股份有限公司、深圳市比克電池有限公司、奇瑞汽車股份有限公司、中信國(guó)安盟固利電源技術(shù)有限公司、萬(wàn)向集團(tuán)有限公司、杉杉投資控股（集團(tuán)）有限公司等。

我國(guó)已經(jīng)形成較為完整的動(dòng)力型鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈，但核心部件仍由國(guó)外先進(jìn)企業(yè)壟斷?，F(xiàn)階段，各類電池產(chǎn)品中的正、負(fù)極材料、電解液等都基本完成了國(guó)產(chǎn)化，但電池隔膜、六氟磷酸鋰鹽等核心材料仍由日本、美國(guó)的幾家公司壟斷。近期雖然在隔膜、六氟磷酸鋰鹽技術(shù)上取得一定進(jìn)步，但產(chǎn)業(yè)規(guī)模較小，仍以低端產(chǎn)品為主。鋰電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)入到產(chǎn)業(yè)化建設(shè)和推廣應(yīng)用的關(guān)鍵階段。

市場(chǎng)供需分析

2011年9月，據(jù)彭博新能源財(cái)經(jīng)發(fā)布的報(bào)告稱，未來(lái)兩年國(guó)際電動(dòng)汽車電池市場(chǎng)供大于求，且供應(yīng)量將達(dá)到需求量的兩倍。報(bào)告分析稱2013年全球汽車制造商電動(dòng)汽車生產(chǎn)量將達(dá)到83.9 萬(wàn)輛，需要電池容量180 億Wh，而與此同時(shí)包括LG 化學(xué)和Johnson Control 公司在內(nèi)的電池制造商產(chǎn)能將達(dá)到350 億Wh，供大于求的市場(chǎng)狀況將使一批小型電池企業(yè)遭到淘汰，或轉(zhuǎn)投到儲(chǔ)能等領(lǐng)域。

從國(guó)內(nèi)動(dòng)力型鋰電池材料的供需狀況來(lái)看，正極材料中鈷酸鋰和錳酸鋰處于供求平衡，磷酸鐵鋰供不應(yīng)求；負(fù)極材料供應(yīng)充足，競(jìng)爭(zhēng)格局穩(wěn)定；電解液國(guó)內(nèi)可滿足，但電解質(zhì)六氟磷酸鋰依賴進(jìn)口；鋰電池隔膜尚未實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，基本依賴進(jìn)口。

市場(chǎng)前景預(yù)測(cè)

隨著電動(dòng)汽車的發(fā)展，鋰電池的市場(chǎng)需求將呈現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng)，電動(dòng)汽車將是未來(lái)鋰電池的最大應(yīng)用領(lǐng)域，而傳統(tǒng)便攜式產(chǎn)品鋰電池的需求將繼續(xù)保持增長(zhǎng)。預(yù)計(jì)2015年全球鋰電池產(chǎn)值將由目前的80 億美元分別提升至400 億美元，2020年達(dá)到730 億美元，如圖2 所示。預(yù)計(jì)2020年電池價(jià)格約為350 美元/kWh，降至目前價(jià)格的1/3 左右。

從國(guó)內(nèi)的情況來(lái)看，2009年《汽車產(chǎn)業(yè)調(diào)整和振興規(guī)劃》提出，2012年中國(guó)將形成50 萬(wàn)輛新能源汽車產(chǎn)能，銷量占乘用車總銷量的5%，形成10 億Ah 的車用高性能單體動(dòng)力電池產(chǎn)能。以單車使用2 萬(wàn)元電池（綜合考慮混合動(dòng)力和純電動(dòng)汽）的平均水平測(cè)算，國(guó)內(nèi)汽車動(dòng)力電池市場(chǎng)規(guī)?？蛇_(dá)到100 億元，相當(dāng)于目前鋰電池市場(chǎng)規(guī)模增長(zhǎng)2 倍多。此外，我國(guó)電動(dòng)自行車近年來(lái)產(chǎn)量逐年上升，2010年電動(dòng)自行車產(chǎn)量達(dá)到2954 萬(wàn)輛，保有量超過(guò)1 億輛，隨著鋰電池成本的逐漸降低，電動(dòng)自行車也將成為動(dòng)力型鋰電池重要應(yīng)用領(lǐng)域。

圖2 全球鋰電池產(chǎn)值預(yù)測(cè)（資料來(lái)源：日本IIT，金元證券研究所）

表2 青島市動(dòng)力型鋰電池相關(guān)企業(yè)及研究機(jī)構(gòu)

表3 青島市動(dòng)力型鋰電池產(chǎn)業(yè)SWOT 分析

青島市動(dòng)力型鋰電池產(chǎn)業(yè)概況

青島市產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀

近年來(lái)，青島市鋰電池產(chǎn)業(yè)得到快速發(fā)展。2010年，青島海霸能源有限公司和宏耐新能源兩家投資10 億元以上的大型企業(yè)，分別在膠南、即墨開(kāi)建，建成后動(dòng)力鋰電池產(chǎn)能將達(dá)到20 億Ah；三菱化學(xué)在平度成立青島雅能都化成有限公司，一期投資2.6 億元的鋰電池負(fù)極材料項(xiàng)目將于2012年3月正式投產(chǎn)，一期四條生產(chǎn)線年產(chǎn)鋰電池負(fù)極材料1 萬(wàn)t，將實(shí)現(xiàn)銷售收入7 億元，二期八條生產(chǎn)線投產(chǎn)后，年產(chǎn)鋰電池負(fù)極材料可達(dá)到3 萬(wàn)t 以上，可實(shí)現(xiàn)銷售收入20 億元，有望成為全球最大的鋰電池負(fù)極材料生產(chǎn)基地。相關(guān)企業(yè)及研究機(jī)構(gòu)情況詳見(jiàn)表2。

從產(chǎn)業(yè)鏈來(lái)看，青島市動(dòng)力型鋰電池企業(yè)集中在上游關(guān)鍵原材料制備，在正極材料制備方面，擁有乾運(yùn)高科、新正鋰業(yè)；在負(fù)極材料方面具有資源優(yōu)勢(shì)，青島的平度市和萊西市石墨資源豐富，擁有規(guī)模以上石墨企業(yè)60 余家；中科院青能創(chuàng)業(yè)有限公司正在進(jìn)行耐高溫隔膜的產(chǎn)業(yè)化示范。中游單體電池、電池組的制造和下游應(yīng)用比較薄弱，隨著海霸能源有限公司和宏耐新能源的建成，將改變這一格局，中游電池制造能力得到提升。此外，青島市正在申請(qǐng)成為國(guó)家新能源汽車示范推廣試點(diǎn)城市，將青島一汽、海霸能源、澳柯瑪電動(dòng)車等企業(yè)列入本市汽車產(chǎn)業(yè)推進(jìn)規(guī)劃，到2012年實(shí)現(xiàn)產(chǎn)銷萬(wàn)輛電動(dòng)汽車、電動(dòng)助力車等新能源電動(dòng)車輛，將為鋰電池的應(yīng)用提供廣闊市場(chǎng)前景。

SWOT 分析

綜合分析我市動(dòng)力型鋰電池產(chǎn)業(yè)內(nèi)部的優(yōu)勢(shì)與劣勢(shì)，產(chǎn)業(yè)發(fā)展的外部環(huán)境的機(jī)會(huì)與挑戰(zhàn)，得到SWOT 分析詳見(jiàn)表3。總體來(lái)看我市發(fā)展動(dòng)力型鋰電池產(chǎn)業(yè)的機(jī)會(huì)多于威脅，優(yōu)勢(shì)大于劣勢(shì)。

青島市動(dòng)力型鋰電池產(chǎn)業(yè)技術(shù)路線圖及對(duì)策建議

產(chǎn)業(yè)技術(shù)路線圖

綜上所述，結(jié)合我市技術(shù)產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)和專家意見(jiàn)，確定了我市動(dòng)力型鋰電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展目標(biāo)、發(fā)展瓶頸、研發(fā)重點(diǎn)等，繪制出青島市動(dòng)力型鋰電池產(chǎn)業(yè)技術(shù)路線圖如圖3所示。

對(duì)策建議

（1）從電池管理系統(tǒng)著手，突破關(guān)鍵技術(shù)制約

新興產(chǎn)業(yè)是關(guān)鍵核心技術(shù)突破、科技成果轉(zhuǎn)化和產(chǎn)業(yè)化的直接結(jié)果?；谖沂鞋F(xiàn)有技術(shù)研發(fā)基礎(chǔ)，政府相關(guān)部門應(yīng)積極推動(dòng)建立動(dòng)力型鋰電池產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟，形成產(chǎn)學(xué)研合作機(jī)制，加強(qiáng)戰(zhàn)略性實(shí)質(zhì)合作；建立動(dòng)力型鋰電池的研究、開(kāi)發(fā)、中試生產(chǎn)平臺(tái)，從電池管理系統(tǒng)技術(shù)研發(fā)入手，以動(dòng)力電池模塊為核心，以系統(tǒng)集成為重點(diǎn)；借鑒國(guó)內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)，在鋰電池正極材料、納米材料電池技術(shù)等方面加大自主創(chuàng)新研發(fā)力度，在鋰電池應(yīng)用技術(shù)方面重視集成創(chuàng)新和引進(jìn)消化吸收再創(chuàng)新，突破鋰電池成組應(yīng)用技術(shù)的制約，尋找有效鋰電池安全性解決方案，為動(dòng)力型鋰電池產(chǎn)業(yè)化掃除技術(shù)障礙。

（2）以上游關(guān)鍵材料制備為基點(diǎn)，構(gòu)建動(dòng)力型鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈

圖3 青島市動(dòng)力型鋰電池產(chǎn)業(yè)技術(shù)路線圖

我市動(dòng)力型鋰電池正極材料企業(yè)乾運(yùn)高科和新正鋰業(yè)已積累了較成功的產(chǎn)業(yè)化經(jīng)驗(yàn)，負(fù)極材料石墨資源豐富，三菱化學(xué)投資的青島雅能都化成有限公司將于2012年建成投產(chǎn)。在此基礎(chǔ)上，依托新材料產(chǎn)業(yè)已有的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和中科院生物能源所等研發(fā)團(tuán)隊(duì)，以關(guān)鍵核心技術(shù)或主導(dǎo)產(chǎn)品為基點(diǎn)，加強(qiáng)鋰電池用電解質(zhì)及隔膜等關(guān)鍵材料的研發(fā)，加快推進(jìn)海霸能源和宏耐新能源兩個(gè)動(dòng)力型鋰電池項(xiàng)目建設(shè)進(jìn)程，實(shí)現(xiàn)鋰電池產(chǎn)業(yè)化。同時(shí)加大鋰電池在電動(dòng)汽車及儲(chǔ)能方面的推廣應(yīng)用力度，構(gòu)建擁有核心技術(shù)和自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的動(dòng)力型鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈，提升產(chǎn)業(yè)鏈條的附加價(jià)值，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)向高端、高效、高輻射方向發(fā)展。

（3）借新能源汽車試點(diǎn)城市之機(jī)，保障科技研發(fā)資金投入

我市正在申請(qǐng)爭(zhēng)取成為全國(guó)第三批節(jié)能與新能源汽車示范推廣試點(diǎn)城市，在2011年-2014年間，擬安排總額7.516 億元用于節(jié)能與新能源汽車的購(gòu)車、運(yùn)營(yíng)補(bǔ)貼及示范推廣，以電動(dòng)公交車的示范運(yùn)行為主，推行買裸車——租電池——充換兼容——以換為主的商業(yè)運(yùn)行模式，逐步將節(jié)能與新能源汽車推廣到全社會(huì)。由于電池技術(shù)是限制電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵核心技術(shù)，而我市鋰電池產(chǎn)業(yè)具有一定基礎(chǔ)優(yōu)勢(shì)，因此建議設(shè)立節(jié)能與新能源汽車科技研發(fā)專項(xiàng)資金，用于支持節(jié)能與新能源汽車重大課題研究、技術(shù)研發(fā)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)及國(guó)產(chǎn)化技術(shù)改造，保障動(dòng)力型鋰電池、電池成組技術(shù)及電池管理系統(tǒng)等電動(dòng)汽車應(yīng)用技術(shù)研發(fā)資金的投入，以此推動(dòng)我市電動(dòng)汽車的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

（4）引進(jìn)產(chǎn)業(yè)技術(shù)人才，重視自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)

從專利數(shù)據(jù)來(lái)看，在國(guó)內(nèi)1336 件動(dòng)力型鋰電池相關(guān)專利中，我市共申請(qǐng)相關(guān)專利31 件，與深圳（163 件）、天津（124 件）、北京（110 件）、上海（76 件）等城市相比，專利數(shù)量較少，起步較晚，自主創(chuàng)新能力較弱。要提高我市動(dòng)力型鋰電池產(chǎn)業(yè)自主創(chuàng)新能力，就必須加強(qiáng)人才團(tuán)隊(duì)培養(yǎng)，注重知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)，鼓勵(lì)創(chuàng)新型中小企業(yè)發(fā)展。因此，建議我市加強(qiáng)與國(guó)內(nèi)外相關(guān)企業(yè)及研究機(jī)構(gòu)的交流合作，引進(jìn)培養(yǎng)動(dòng)力型鋰電池產(chǎn)業(yè)技術(shù)人才，加大自主創(chuàng)新研發(fā)，培育本土品牌；同時(shí)完善專利申請(qǐng)與保護(hù)體系，以激勵(lì)更多創(chuàng)新活動(dòng)的產(chǎn)生，并通過(guò)采取政府資助、金融機(jī)構(gòu)融資等多種方式，支持動(dòng)力型鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈上的中小創(chuàng)新型企業(yè)快速發(fā)展。