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替代傳統(tǒng)電池 鋰和鎳氫純電池供汽車動(dòng)力
來源:騰訊汽車 日期:2010-12-31 作者:全球電池網(wǎng) 點(diǎn)擊:

新能源電動(dòng)汽車最主要的部件是動(dòng)力電池、電動(dòng)機(jī)和能量轉(zhuǎn)換控制系統(tǒng),而動(dòng)力電池要實(shí)現(xiàn)快速充電、安全等高性能,是技術(shù)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(shù)比較成熟,但它們用在汽車上作為動(dòng)力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電池作為新能源汽車的動(dòng)力電池。

鋰電池具有以下優(yōu)點(diǎn):體積小、質(zhì)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(dá)165WH/㎏,是氫鎳電池的3倍)、循環(huán)壽長、自放電率低、無記憶效應(yīng)、無污染、安全性好等優(yōu)點(diǎn)。

目前阻礙動(dòng)力鋰離子電池發(fā)展的瓶頸是:安全性能和汽車動(dòng)力電池的管理系統(tǒng)。

安全性能方面,由于鋰離子動(dòng)力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(dòng)力電池的管理系統(tǒng)方面,由于汽車動(dòng)力電池的工作電壓是12V或24V,而單個(gè)動(dòng)力鋰離子電池的工作電壓是3.7V,因此必須由多個(gè)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(dǎo)致串聯(lián)的多個(gè)電池組內(nèi)的單個(gè)電池會(huì)出現(xiàn)充放電不平衡的狀況,電池會(huì)出現(xiàn)充電不足和過放電現(xiàn)象,而這種狀況會(huì)導(dǎo)致電池性能的急劇惡化,最終導(dǎo)致整組電池?zé)o法正常工作,甚至報(bào)廢,從而大大影響電池的使用壽命和可靠性能。

電池材料可分為電極(正極/負(fù)極)材料、隔膜和電解液。正極材料是鋰電池的核心,目前以鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳鈷錳鋰和磷酸鐵鋰為主。負(fù)極材料則以石墨、固體碳粒為主;在正負(fù)極中間則是電池電解液和隔膜。

1.正極材料:

此前,鋰電池成本之所以高于鎳氫電池,主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(dá)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,磷酸鐵鋰電池最被看好。

在鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈目前的產(chǎn)能比較中,由于進(jìn)入壁壘較高,鋰電池正極材料的產(chǎn)能是最小的,這是整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈中最看好的一個(gè)環(huán)節(jié)。目前生產(chǎn)正極材料的企業(yè)主要有:中國寶安、中信國安和杉杉股份、比亞迪。

杉杉股份(600884):公司控股的上海杉杉科技,鋰離子電池正極材料銷售收入已經(jīng)成為國內(nèi)最大,世界前三甲的正極材料供應(yīng)商。然而,其2008年的毛利率卻低于行業(yè)應(yīng)有的最低水平,毛利率僅14.21%。據(jù)了解,杉杉股份的鋰電正極材料,其產(chǎn)能均為錳鋰和鈷鋰,并非業(yè)界最為看好的磷酸鐵鋰,只是在技術(shù)上做了跟蹤。正極材料利潤高,杉杉卻“只做收入不做利潤”,負(fù)極材料有技術(shù)優(yōu)勢,但較低的毛利率水平不足支撐鋰電池生產(chǎn)的總體業(yè)績。

中信國安(000839):作為國內(nèi)為數(shù)不多的擁有鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈中兩個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)——上游的碳酸鋰及下游的鋰離子電池的公司。中信國安現(xiàn)持有青海國安99.375%的股權(quán),主要從事青海西臺(tái)吉乃爾鹽湖中鋰、鉀、硼、鎂等資源的綜合開發(fā)。西臺(tái)吉乃爾鹽湖位于柴達(dá)木盆地中部,按設(shè)計(jì)產(chǎn)能計(jì)算,以上資源至少可供公司開采25年以上,潛在經(jīng)濟(jì)價(jià)值1700億元。除了擁有上游碳酸鋰資源外,中信國安控股90%的子公司中信國安盟固利公司,是目前國內(nèi)最大的鋰離子二次電池正極材料鈷酸鋰和錳酸鋰的生產(chǎn)企業(yè),占據(jù)鈷酸鋰產(chǎn)品國內(nèi)市場份額的40%。

中國寶安(000009):公司參股的天驕科技公司是一家集鋰電池正級材料研發(fā)、生產(chǎn)、銷售為一體的高新技術(shù)企業(yè),公司目前的主導(dǎo)產(chǎn)品是錳鎳鈷酸鋰電池正極材料(三元正極材料)。

2.負(fù)極材料:

與正極材料相比,負(fù)極材料占鋰電池成本比重較低,而且國內(nèi)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化,負(fù)極材料以石墨、固體碳粒為主。目前國內(nèi)從事鋰電池負(fù)極材料生產(chǎn)的前三甲企業(yè)是中國國安、杉杉股份、長沙海容,目前負(fù)極材料基本能夠滿足國內(nèi)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。

中國寶安(000009):深圳貝特瑞是中國寶安控股55%的子公司,是國內(nèi)鋰電池碳負(fù)極材料標(biāo)準(zhǔn)制定者。其碳負(fù)極材料產(chǎn)能是6000噸/年,價(jià)格為6萬元/噸左右,市場占有率高達(dá)80%,居全球第二。客戶包括松下、日立、三星、TCL、比亞迪等130多家廠商。2008年,貝特瑞收購了天津鐵誠公司,使其碳負(fù)極材料成本下降30%。雖然子公司電池材料業(yè)務(wù)蒸蒸日上,但是受整體市場規(guī)模限制,對中國寶安上市公司來說,來自電池材料的業(yè)績貢獻(xiàn)還難以依靠。中國寶安主營業(yè)務(wù)為房地產(chǎn)和醫(yī)藥,2008年上半年收入占比超過90%,包括鋰電在內(nèi)的其他收入占比不到9%。

杉杉股份(600884):杉杉股份是貝特瑞的一大競爭對手。公司的控股子公司,上海杉杉科技,產(chǎn)能1200噸鋰電池負(fù)極材料--中間相炭微球(簡稱CMS)。CMS項(xiàng)目是國家863高科技研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目,被列為國家高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)示范工程項(xiàng)目。近幾年公司的鋰離子電池材料產(chǎn)業(yè)繼續(xù)呈現(xiàn)出迅猛發(fā)展的態(tài)勢,其中負(fù)極新產(chǎn)品MG(微博)S和FSN-1在大規(guī)模推向市場后取得不錯(cuò)的銷售業(yè)績。目前,杉杉股份的CMS價(jià)格每噸在10萬元以上,年產(chǎn)能為1200噸。

長沙海容:長沙市海容電子材料有限公司成立于2004年11月,是致力于鋰離子電池中高端負(fù)極材料的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售的高新技術(shù)企業(yè)。目前公司已形成SKG、CAP、MGM、MCP、PBA等多個(gè)系列的產(chǎn)品,適用于方型、圓柱型、聚合物、動(dòng)力等多種鋰離子電池,主導(dǎo)產(chǎn)品SKG、CAP系列中高端負(fù)極材料和PBA系列動(dòng)力負(fù)極材料得到了國內(nèi)外客戶的一致好評。公司產(chǎn)能已達(dá)2000噸,銷售網(wǎng)絡(luò)遍布中國大陸、臺(tái)灣、日本、韓國、德國和加拿大等地。

3.電解液:

國內(nèi)電池生產(chǎn)商電解液配套也已基本實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化。電解液主要原材料為六氟磷酸鋰,占電解液成本的50%左右,其生產(chǎn)成本為10萬元/噸,售價(jià)為40萬元/噸,毛利率高達(dá)75%,但是,目前市場基本上被關(guān)東電化學(xué)工業(yè)、SUTERAKEMIFA、森田化學(xué)等幾家日本企業(yè)壟斷。因此,亟待解決鋰電池電解液最為關(guān)鍵的電解質(zhì)成分六氟磷酸鋰(LiPF6)的大規(guī)模生產(chǎn)問題。只有此項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)取得突破,中國的汽車動(dòng)力鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈才能接近完善。

現(xiàn)在全球鋰電池電解液市場供求基本平衡,鋰電池對電解液要求比較高,但用量卻很少。比如一塊手機(jī)電池只用3克,比重很小,2000噸電解液可供生產(chǎn)6億塊手機(jī)電池。汽車動(dòng)力電池可就不一樣了,一輛車就要40公斤。電動(dòng)車一旦興起,將帶來電解液的爆發(fā)性增長。

國內(nèi)從事鋰電池電解液的生產(chǎn)企業(yè)主要有巨化股份、杉杉股份、華榮化工、珠海賽緯電子、天津金牛、汕頭金光、廣州天賜等10余家。其中,華榮化工、珠海賽緯電子定位高端市場,其他企業(yè)只能做中低端市場。

巨化股份(600160):目前國內(nèi)很少企業(yè)能生產(chǎn)六氟磷酸鋰,在這一塊巨化股份走在國內(nèi)企業(yè)前列,已擁有完善的氟化工產(chǎn)業(yè)鏈、先進(jìn)的氟化工技術(shù)和豐富的氟化物原料。生產(chǎn)的六氟磷酸鋰上游原料無水氟化氫,將成為開發(fā)龍頭,是江蘇國泰、杉杉股份等鋰電池電解液生產(chǎn)廠家的上游行業(yè),前景相當(dāng)廣闊,值得重點(diǎn)關(guān)注。

4.隔膜:

李勝茂認(rèn)為,隨著新能源汽車的逐漸推廣,未來對動(dòng)力鋰電池材料的需求將得到引爆。隔膜系鋰電材料中技術(shù)壁壘最高的一種高附加值材料,毛利率通常達(dá)到70%以上,占了鋰電池成本的20-30%。按照計(jì)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(yīng)量嚴(yán)重不足,大部分依賴進(jìn)口,市場主要被日本旭化成工業(yè)、東燃化學(xué),及美國Celgard把持。隔膜具有典型的“高技術(shù)、高資本”特點(diǎn),而且項(xiàng)目周期很長,投資風(fēng)險(xiǎn)較大,國內(nèi)企業(yè)的投資熱情并不高。目前,國內(nèi)能生產(chǎn)隔膜的企業(yè)僅有星源科技、金輝高科兩家技術(shù)相對成熟。

佛塑股份(000973):2006年,比亞迪與佛塑股份共同出資281萬美元,組建了佛山市金輝高科光電材料有限公司,其中佛塑股份占了55%的股份。正是這個(gè)公司,將佛塑股份和比亞迪概念聯(lián)系了起來。目前,國內(nèi)年需求大概是1.3億平方米,而金輝公司做了1200多萬平方米。盡管如此,金輝公司每年1200萬平方米的隔膜產(chǎn)品,用在汽車動(dòng)力電池上的卻很少,絕大部分還是用在通訊電池。包括銷售給比亞迪的隔膜,也主要是用在手機(jī)用鋰電池。財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)顯示,成立僅三年的金輝公司,利潤呈現(xiàn)大幅增長態(tài)勢,08年已經(jīng)為佛塑股份帶來了2000萬元的利潤。

中達(dá)股份(600074):佛塑股份的同行中達(dá)股份也是制膜大王。中達(dá)股份大股東申達(dá)集團(tuán)在技術(shù)創(chuàng)新上尋找新的突破,自主研發(fā)生產(chǎn)太陽能光伏新材料、電池隔離膜等一批具有國際領(lǐng)先水平的項(xiàng)目。中達(dá)股份是我國高分子軟塑新材料龍頭,生產(chǎn)BOPP薄膜、BOPET薄膜、CPP薄膜三大系列產(chǎn)品,生產(chǎn)規(guī)模國內(nèi)領(lǐng)先,但這些都是較低檔產(chǎn)品,多用于做包裝材料,而聚烯烴薄膜若應(yīng)用于鋰離子隔離膜、薄膜太陽能電池中,將身價(jià)百倍,中達(dá)股份具有佛塑股份般的潛力。

未來新能源汽車替代傳統(tǒng)汽車趨勢將成為必然,動(dòng)力鋰電池作為新能源汽車的“心臟”,將催生龐大的產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)效應(yīng),對電池原材料供應(yīng)商和廠商來說都是巨大的商業(yè)蛋糕。

到2012年,新能源車的年產(chǎn)量將達(dá)到100萬輛,按每輛新能源汽車電池成本7萬元,動(dòng)力鋰電池的正極磷酸鐵鋰材料52公斤,負(fù)極材料41公斤,電解液40公斤計(jì)算。100萬輛混合動(dòng)力汽車將帶動(dòng)5.2萬噸正極材料,4.1萬噸負(fù)極材料,4萬噸電解液的需求。對于國內(nèi)電池廠商而言,這將是一個(gè)總產(chǎn)值700億元的大蛋糕。而如果按客車計(jì)算,這一數(shù)值還將提高3倍——每輛混合動(dòng)力客車的電池需求是轎車的4倍。

無論是插電式混合動(dòng)力還是純電池動(dòng)力的汽車,都將用到動(dòng)力鋰電池。但動(dòng)力鋰電池的參與企業(yè)要進(jìn)入贏利軌道恐怕要到2012年之后,而且動(dòng)力鋰電池本身還有些技術(shù)問題要解決。當(dāng)今成熟的動(dòng)力電池應(yīng)屬鎳氫動(dòng)力電池。

與傳統(tǒng)的化學(xué)電源(如鉛酸、鎳鎘等)相比,鎳氫動(dòng)力電池具有無污染、高比能、大功率,可快速充放電,耐濫用性等許多優(yōu)異特性,具有廣闊的應(yīng)用和市場前景。

北京有色金屬研究總院先后在“七五”、“八五”、“九五”計(jì)劃中承擔(dān)國家“863”高技術(shù)項(xiàng)目鎳氫動(dòng)力電池及其相關(guān)關(guān)鍵材料的攻關(guān)研究,并于1993年、1996年在國內(nèi)首次研制完成開口富液型鎳氫動(dòng)力電池組,并成功運(yùn)行電動(dòng)三輪車和電動(dòng)汽車。期間,先后建立300萬只圓柱密封鎳氫電池生產(chǎn)線及鎳氫電池用相關(guān)關(guān)鍵材料如貯氫合金、氫氧化鎳、泡沫鎳等生產(chǎn)線。

之后,又在國家“863”高技術(shù)新材料領(lǐng)域及有色金屬研究總院科技創(chuàng)新項(xiàng)目支持下,完成了10Ah~150Ah系列方形密封鎳氫動(dòng)力電池的開發(fā)工作,并于1999年底在國內(nèi)首次成功應(yīng)用于5人座電動(dòng)轎車,一次充電行駛里程達(dá)225千米。該鎳氫電池電動(dòng)車還完成了一次充電北京-天津往返,北京-天津-塘沽,及北京二環(huán)路-三環(huán)路(城市實(shí)際路況)的實(shí)車運(yùn)行實(shí)驗(yàn)(平均時(shí)速50~80千米/小時(shí)),電池性能表現(xiàn)優(yōu)異。

“十五”期間承擔(dān)了國家“863”電動(dòng)汽車重大專項(xiàng)項(xiàng)目“燃料電池城市客車用鎳氫動(dòng)力電池輔助系統(tǒng)及管理模塊”、“混合動(dòng)力轎車用高功率鎳氫動(dòng)力電池組及其管理系統(tǒng)”以及“混合動(dòng)力轎車用超級電容器及其管理系統(tǒng)”等重大課題的開發(fā)任務(wù)。所開發(fā)動(dòng)力電池可應(yīng)用于電動(dòng)自行車、摩托車、各類軍用武器裝備及各類需要電源等。

所研制的電池具有如下特點(diǎn):

大容量:6Ah~200Ah,可滿足各種類型電動(dòng)車的使用要求

公稱電壓:單體1.2V,電池組電壓可按要求設(shè)計(jì)制作

高比能:50~70wh/kg,賦予電動(dòng)車更長的一次充電行駛距離

比功率:160~800W/kg,也可根據(jù)用戶需求設(shè)計(jì)開發(fā)各類高功率或超高功率型鎳氫動(dòng)力電池,賦予電動(dòng)車高效的起動(dòng)、爬坡與加速性能或混合動(dòng)力電動(dòng)車使用。可按高功率型電池、 高能量型兩種類型電池分別設(shè)計(jì)。

長壽命:高能量型動(dòng)力電池300~800次(80%)DOD,賦予電動(dòng)車以優(yōu)異的綜合性能/價(jià)格比,高功率型電池壽命在淺充放循環(huán)下達(dá)20萬次以上。

使用溫度:-20℃~60℃ 無污染:被譽(yù)為“綠色電源”,為當(dāng)今電動(dòng)車發(fā)展最具現(xiàn)實(shí)應(yīng)用性的首選二次電源。

經(jīng)過十幾年國家重點(diǎn)課題攻關(guān)研究工作,目前已初步建立電動(dòng)車用鎳氫動(dòng)力電池中試研究實(shí)驗(yàn)室。

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