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【讨论】锂电池行业难题待解 已有53人参与
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锂电池行业难题待解 《科学新闻》 (科学新闻2010年第12期 财富) http://www.sciencenet.cn/skhtmlnews/2010/6/1099.html?id=1099  比亚迪等中国企业依赖具有成本优势的“人工代替机器”方式，并不足以保证动力电池产品质量的一致性 6月1日，财政部、科技部、工业和信息化部、国家发展改革委联合发布《关于开展私人购买新能源汽车补贴试点的通知》，新能源车补贴实施细则出台。确定在上海、长春、深圳、杭州、合肥5个城市启动私人购买新能源汽车补贴试点工作。根据通知，插电式混合动力及电动车最高可分别获得5万元和6万元的补贴。 尽管关于电动车的种种政策使新能源动力电池行业受到市场追捧，推高了相关企业的股价，但很多专家表示，在作为动力电池主要技术路线的磷酸铁锂电池风光无限的背后，仍有很多难题未解。既有政策和技术方面的问题，也有生产模式和基础设施的问题，这些问题都有可能影响整个电池行业，但现阶段都还看不到有效的解答。 进占两大领域 除应用于电动车的动力电池外，大规模储能电池也备受关注。而在中国的大规模储能领域，磷酸铁锂电池也同样在独领风骚。 国家电网在河北张家口建立了国家风光储输综合示范项目，希望通过风电和太阳能同时发电，结合化学储能，使单位时间发电量控制在一个较为稳定的区间内，减少电流波动对电网的影响，为风电等新能源的并网和远距离输送提供经验。 这个风光储输示范项目计划开发规模为风电50万千瓦、太阳能光伏发电10万千瓦、化学储能7.5万千瓦。该项目中的化学储能部分吸引了国内外众多电池厂商，提出了多种类型的电池储能方案。 然而，在5月27日发布的该项目采购招标公告中，却找不到之前很多业内人士看好的钒电池和钠硫电池，而磷酸铁锂电池在电动车动力电池之外，又在大规模储能领域抢得先机。 钒电池就是全钒液流电池。这种技术采用不同价态的钒离子溶液分别作为正极和负极的活性物质，通过电解液的流动实现充放电。而钠硫电池则是以Na-beta-氧化铝为电解质和隔膜，以金属钠和多硫化钠为负极和正极的二次电池。 这两种类型的电池被很多业内人士认为在容量、功率、成本和寿命等方面具有各自的优势，从而适用于大规模储能。 磷酸铁锂电池再次受到独家青睐似乎与其风头甚劲的生产商不无关系。业内关注的厂商包括深圳的比亚迪和珠海的银通。其中，比亚迪兼据动力储能和大规模储能电池两大领域。 核心技术受制于人 中国的新能源汽车研发已有十余年之久。“十五”（2001~2005）期间，节能与新能源汽车的研发就列入“863”重大项目，投入超过8亿元，“十一五”（2006~2010）期间，更是加大了投入力度。期间，采用了“三纵三横”研发策略。“三纵”就是混合动力汽车、纯电动汽车、燃料电池汽车；“三横”就是多能源动力总成控制系统、电机及其控制系统和电池及其管理系统。 然而，根据报道，“863”节能与新能源汽车重大专项专家组组长欧阳明高在一次论坛上坦陈，在电池、电机、电控系统等关键核心技术上，我们与国际先进水平还有差距。 对于新能源汽车，动力电池是最大的重点也是最大的难点。 现阶段已经量产的混合动力汽车中，镍氢电池依然是主流电池品种，但从技术和产业发展看，锂离子动力电池将广泛应用于纯电动汽车与插电式混合动力汽车领域。 锂电池的优点在于：能量密度、功率密度都较高；电压高，自放电小，无记忆效应；可快速充电。制约其产业化应用主要限制因素则在于：成本、续驶里程、寿命。 当前，这三方面的限制都没有得到很好的解决。例如，比亚迪的纯电动车E6号称有300公里的一次性续驶里程，当今世界第一，但遭到多方质疑，认为其多加了电池组，不仅增加车的重量，影响性能，还增加了成本。 中国制造企业虽然在单体电池的容量上取得了很大的进步，但在核心部件的制造技术方面仍有欠缺，处于受制于人的地位。 构成锂电池的部件，主要分为正极材料、负极材料、电解液和隔膜四个部分。 锂电池中，正极材料主要是以钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂为主。磷酸铁锂电池因为其安全稳定和性价比较好，在中国和美国都得到了广泛的应用。而在锂电池强国日本，本田等厂商采取了不同的技术路线，希望能够制造出整体性能优于磷酸铁锂电池的动力锂电池。 负极材料主要是以石墨、石墨化纤材料等为主，其生产技术壁垒较低，竞争格局相对稳定。 锂离子电池电解液主要是六氟磷酸锂，由于目前对六氟磷酸锂的纯度要求较高，所以这一产品主要是由海外进口，国内的企业刚刚开始着手试制。 隔膜主要是指聚乙烯或聚丙烯微孔膜，起着隔离正负极的作用，对电池的安全性有很大影响。目前中国尚无企业将隔膜制造产业化，主要由外资垄断。 锂离子电池还有潜在的专利风险。围绕着磷酸铁锂电池的专利争斗从其问世起就一直存在。 最早报道使用磷酸铁锂材料作为电池正极的是美国得克萨斯大学的教授约翰·古丁福（John Goodenough），其美国专利获批时间是1999年，在2003年又再次得到了美国专利。然而，日本电信公司（NTT）却宣称专利权应当属于他们。两者之间争斗的结局是：由于日本电信公司的工程师涉嫌窃取得克萨斯大学的商业秘密，因此被迫将拥有的所有磷酸铁锂电池专利授权给后者，并支付3000万美元来达成和解。 后来，A123的华裔创始人蒋业明（Yet-Ming Chiang）提出了新的正极材料，开始动摇得克萨斯大学的统治地位。A123公司目前拥有电池制造方面的若干项美国专利和几十项美国专利申请。另一家锂离子电池开发企业美国Valence公司更是拥有数百项美国专利。 美国专利律师、弗吉尼亚州北维律师事务所的蔡茫茫就指出，中国公司面临的潜在风险是，配备有电池的产品向国外销售时，如果电池或者相关生产技术被指侵犯专利，整体产品的出口都可能受到影响。 生产模式需变 在锂电池发展的早期，日本企业统治市场。比亚迪等中国企业在很大程度上是依赖“人工代替机器”的方式，利用中国的廉价劳动力来获取成本优势，与日本的竞争对手争夺市场。 但很多专家认为，这种低成本生产模式在动力电池领域却走到了尽头。一方面是中国人工成本正在不断提高，更重要的是，相对于自动化生产，人工模式不足以保证电池产品质量的一致性。 生产的自动化程度，直接影响到电池质量的一致性问题。电动车采用的是多个单体电池连接的电池组，充放电性能由参数最差的单体电池决定。电池一致性问题直接关系到动力电池组性能和安全性。 “现在单体电池做到充放2000次没有问题，可一旦串联在一起，寿命立刻降下来。用在电动公交车的电池组上百个电池串联，几百次就不行了”，北京京华高科机电科技有限公司总经理翟东波告诉《科学新闻》。 原因有两方面：一是，单体电池之间不一致；二是，电池在使用过程中，性能发生变化，变得不均衡，这无法在生产环节中解决，需要电池管理系统对电池组进行均衡。翟东波的公司制造了依靠电路硬件使电池组均衡的产品，并希望用来提高电池的使用寿命。 而电池组管理系统生产企业哈尔滨冠拓电源设备有限公司的常务副总经理方英民则认为，电池组的均衡在硬件水平上很难实现，他们的策略更偏重基于芯片技术的检测和保护。 尽管意见并不一致，中国国内也缺乏这一领域内具有国际竞争力的企业，但方英民和翟东波的公司还是引起了国际汽车巨头的注意，在6月的一次会议上，本田技术研究所的人员表现得对他们拥有的技术十分关注。但方英民告诉《科学新闻》：“电池管理系统还是本田这些国际大企业做得好”。 对于电池一致性和均衡问题的解决，也有更激进的方法。中国电子商会电源专业委员会的副秘书长钱良国就认为，一致性问题难以解决，基于电路和芯片的技术都不能解决均衡的问题。他提出的解决办法是将大量的电池集中起来，进行重新编组，将性能一致的电池编组在一起，以实现近似均衡，这种策略依赖于“社会主义制度优越性”，要求统一动力电池标准，建立具有更换电池功能的充电站。 充电站仍欠缺 充电站和电网等相关基础设施也是电动车绕不开的难题。 早在电动车概念兴起时，各大能源巨头就开始布局充电站。但这些充电站很大程度上只是各巨头表明自身在这一未来领地的地位。国家电网、中石油、中石化和中海油都只是在少数城市尝试充电站建设。没有关于充电站模式规格和建设的标准，则大规模的充电站建设的时间表无从谈起。 充电站和电动车陷入了“先有鸡还是先有鸡蛋”的难题中，除了政府似乎没人愿意主导充电站的投资和建设。而各机电巨头都不愿意承担风险，他们将自家的鸡蛋放进了不同的篮子——每种类型的充电站都要建一座或几座。 钱良国和翟东波异口同声地说，现在各巨头所建的充电站经济上不可行。两人提出的解决方案却完全不同，翟东波的方案采用了储能集装箱的形式增加灵活性，省了电网建设的成本，节约建筑用地成本，加入了其擅长的电池组管理。最大的新意在于他的方案使用各行业已经报废却还能使用的蓄电池，通过再生处理后用于蓄能充电站。 但对于市场上进行着的充电站建设争夺战，翟东波只能作壁上观，他的公司资产仅500万元左右，远远达不到充电站招标的1亿的注册资金下限。 而钱良国的“大一统”更换电池式的充电站方案的困难更是不言而喻。如电池标准化、形成电池垄断经营和电池所有权与经营风险等问题。 但钱良国的着眼点不仅限于电动车领域。在他眼中，“新型储能技术和储能产业，是以低碳为特征的新经济时代技术和产业竞争的焦点。”电动车的动力电池和充电站只是其应用的一个方面而已。■ |
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