鉅大LARGE | 點擊量：789次 | 2021年12月22日
想不到的汽車未來：動力鋰離子電池
新能源電動汽車最重要的部件是動力鋰電池、電動機和能量轉換控制系統(tǒng)，而動力鋰電池要實現(xiàn)快速充電、安全等高性能，是技術門檻最高、也是利潤最集中的部分。
新能源汽車對電池要求很高，必須具有高比能量、高比功率、快速充電和深度放電的性能，而且要求成本盡量低、使用壽盡量長。傳統(tǒng)的鉛酸電池、鎳鎘電池和鎳氫電池本身技術比較成熟，但它們用在汽車上作為動力鋰電池則存在較大的問題。目前，越來越多的汽車廠家選擇采用鋰離子電池作為新能源汽車的動力鋰電池。
鋰離子電池具有以下優(yōu)點：體積小、質量輕、工作電壓高（是鎳鎘電池、氫鎳電池的3倍）、比能量大（可達165WH/㎏，是氫鎳電池的3倍）、循環(huán)壽長、自放電率低、無記憶效應、無污染、安全性好等優(yōu)點。
1動力鋰離子電池發(fā)展現(xiàn)狀
新能源汽車未來逐漸替代傳統(tǒng)汽油車已成為各國發(fā)展汽車產業(yè)的共識，作為核心部件的動力鋰電池則更被公司和投資者看好。動力鋰電池是新能源汽車發(fā)展的關鍵：混合動力汽車是目前最佳的過渡產品，但純動力鋰電池汽車是未來發(fā)展方向，核心技術在電池技術上的突破。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
我國的新能源汽車電池產業(yè)起步雖晚于歐美日，但發(fā)展非?？欤阡囯x子電池的研發(fā)上也投入了大量財力、物力。國家863計劃設立了電動汽車重大專項，中科院物理研究所、北京有色金屬研究院、我國電子科技集團公司第十八研究所等單位參加了該項目，分別開發(fā)了EV和HEV用兩類動力鋰電池，其中一些單位已采用了安全的錳體系正極活性材料?！笆晃濉薄?63電動汽車重大專項又對HEV、pHEV（外接充電式混合動力汽車）、FCV（燃料動力電池車）用動力鋰離子電池關鍵材料和電池的研發(fā)給予大力支持。
2動力鋰離子電池發(fā)展遇到的問題
目前阻礙動力鋰離子電池發(fā)展的瓶頸是：安全性能和汽車動力鋰電池的管理系統(tǒng)。
安全性能方面，由于鋰離子動力鋰電池具有能量密度大、工作溫度高、工作環(huán)境惡劣等方面的原因，加上以人為本的安全理念，因此，用戶對電池的安全性提出了非常高的要求。汽車動力鋰電池的管理系統(tǒng)方面，由于汽車動力鋰電池的工作電壓是12V或24V，而單個動力鋰離子電池的工作電壓是3.7V，因此必須由多個電池串聯(lián)而提高電壓，但由于電池難以做到完全均一的充放電，因此導致串聯(lián)的多個電池組內的單個電池會出現(xiàn)充放電不平衡的狀況，電池會出現(xiàn)充電不足和過放電現(xiàn)象，而這種狀況會導致電池性能的急劇惡化，最終導致整組電池無法正常工作，甚至報廢，從而大大影響電池的使用壽命和可靠性能。
動力鋰離子電池要得到很好的應用，技術上要從材料、電池、管理系統(tǒng)、機械加工等多方面同時考慮。因此，要鋰電子生廠商及下游公司通力合作，以電池為核心，對材料、管理系統(tǒng)等提出要求，形成一個產業(yè)群，更加有利于技術的進步和系統(tǒng)成本的降低。
3動力鋰離子電池材料分析
鋰離子電池材料可分為電極（正極/負極）材料、隔膜和電解液。正極材料是鋰離子電池的核心，目前以鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳鈷錳鋰和磷酸鐵鋰為主。負極材料則以石墨、固體碳粒為主；在正負極中間則是電池電解液和隔膜。
3.1正極材料
此前，鋰離子電池成本之所以高于鎳氫電池，重要原因就在于其正極材料使用的是以貴金屬鈷為原料的鈷酸鋰，錳酸鋰和磷酸鐵鋰由于成本優(yōu)勢更為明顯；不過，與錳酸鋰相比，磷酸鐵鋰的容量密度更高，前者為100-115mAH/g，后者為130-140mAH/g;充放電壽命更長，前者為500次以上，后者可達1500次以上；工作溫度區(qū)間更大，前者為0至50℃，后者則為-40至70℃。因此，在鋰離子電池中，磷酸鐵鋰離子電池最被看好。
在鋰離子電池產業(yè)鏈目前的產量比較中，由于進入壁壘較高，鋰離子電池正極材料的產量是最小的，這是整個產業(yè)鏈中最看好的一個環(huán)節(jié)。
3.2負極材料
與正極材料相比，負極材料占鋰離子電池成本比重較低，而且國內已經實現(xiàn)產業(yè)化，負極材料以石墨、固體碳粒為主。目前國內從事鋰離子電池負極材料生產的前三甲公司是我國國安、杉杉股份、長沙海容，目前負極材料基本能夠滿足國內市場的需求，但隨著新能源汽車的逐漸普及，未來這一塊的市場需求將出現(xiàn)巨大缺口。
3.3電解液
國內電池生產商電解液配套也已基本實現(xiàn)國產化。電解液重要原材料為六氟磷酸鋰，占電解液成本的50%左右，其生產成本為10萬元/噸，售價為40萬元/噸，毛利率高達75%，但是，目前市場基本上被關東電化學工業(yè)、SUTERAKEMIFA、森田化學等幾家日本公司壟斷。因此，亟待解決鋰離子電池電解液最為關鍵的電解質成分六氟磷酸鋰（LipF6）的大規(guī)模生產問題。只有此項關鍵技術取得突破，我國的汽車動力鋰離子電池產業(yè)鏈才能接近完善。
現(xiàn)在全球鋰離子電池電解液市場供求基本平衡，鋰離子電池對電解液要求比較高，但用量卻很少。比如一塊手機電池只用3克，比重很小，2000噸電解液可供生產6億塊手機電池。汽車動力鋰電池可就不相同了，一輛車就要40公斤。電動汽車一旦興起，將帶來電解液的爆發(fā)性上升。
3.4隔膜
隨著新能源汽車的逐漸推廣，未來對動力鋰離子電池材料的需求將得到引爆。隔膜系鋰電材料中技術壁壘最高的一種高附加值材料，毛利率通常達到70%以上，占了鋰離子電池成本的20-30%。按照計算，一輛汽車就可以用到一千到兩千平方米的隔膜。目前隔膜市場供應量嚴重不足，大部分依賴進口，市場重要被日本旭化成工業(yè)、東燃化學，及美國Celgard把持。隔膜具有典型的“高技術、高資本”特點，而且項目周期很長，投資風險較大，國內公司的投資熱情并不高。
4動力鋰離子電池發(fā)展前景
據(jù)《2008-2010年我國新能源汽車產業(yè)分析及投資咨詢報告》顯示，結合我國的能源資源狀況和國際汽車技術的發(fā)展趨勢，預計到2012年，新能源汽車年產量將達到100萬輛，而預計到2025年后，我國普通汽油車占乘用車的保有量將僅占50%左右，而先進柴油車、燃氣汽車、生物燃料汽車等新能源汽車將迅猛發(fā)展。
未來新能源汽車替代傳統(tǒng)汽車趨勢將成為必然，動力鋰離子電池作為新能源汽車的“心臟”，將催生龐大的產業(yè)經濟效應，對電池原材料供應商和廠商來說都是巨大的商業(yè)蛋糕。
預計到2012年，新能源車的年產量將達到100萬輛，按每輛新能源汽車電池成本7萬元，動力鋰離子電池的正極磷酸鐵鋰材料52公斤，負極材料41公斤，電解液40公斤計算。100萬輛混合動力汽車將帶動5.2萬噸正極材料，4.1萬噸負極材料，4萬噸電解液的需求。關于國內電池廠商而言，這將是一個總產值700億元的大蛋糕。而假如按客車計算，這一數(shù)值還將提高3倍——每輛混合動力客車的電池需求是轎車的4倍。
