动力电池研究系列之电池正极材料

第一篇：动力电池研究系列之电池正极材料

动力电池研究系列之电池正极材料

——2010年年度总结

随着《私人购买新能源汽车试点财政补助资金管理暂行办法》和《节能汽车（1.6升及以下乘用车）推广实施细则》的出台，一直受价格制约的新能源汽车，终于看到了产业化的曙光。《办法》对插电式混合动力和纯电动汽车最高补贴额度分别为5万元和6万元，为新能源汽车的产业化道路保驾护航，赛迪顾问认为作为新能源汽车心脏的动力电池将是此产业链中的最大受益者。而锂离子电池作为最具发展前景的动力电池，在未来必将取代传统的镍氢电池，成为主流动力电池。

赛迪顾问对锂离子电池产业链发展现状和未来趋势进行了分析和预测，研究结果表明：电池材料是锂离子电池产业链的关键环节，将在新能源汽车产业化的浪潮中凸显极高的投资价值。而占据锂离子电池成本大约30%的正极材料由于能够很大程度的影响锂离子电池的性能，从而成为引领锂离子电池发展方向的重要载体。

锂离子电池需求量急剧膨胀，正极材料市场迎来发展良机

受益于锂离子电池需求量的扩大，正极材料近几年得到了很好的发展，2009年全球正极材料的销量达到了3.76万吨，而中国的正极材料销量占全球销量的47.87%，达到1.8万吨。

图 1 2007-2009年全球正极材料销量及增速

赛迪顾问认为未来两年随着新能源汽车对动力电池需求的扩大，正极材料行业销量将在2009年的基础上出现快速的增长，而国内的增速因为巨大的需求空间和现有的良好基础而高于全球增速。

三足鼎立，国内正极材料企业将异军突起

全球范围来看，锂电企业主要集中在日本、中国和韩国，相应的锂电正极材料的生产也主要集中在以上国家。日本和韩国的锂电正极材料企业整体技术水平和质量控制能力要优于我国多数锂电正极材料企业，在高端锂电正极材料的竞争中有一定优势。

表 1 日韩主要锂离子电池正极材料生产企业

在国外市场，日本和韩国主要锂电企业的供应商主要还是本土锂电正极材料企业。由于我国部分锂电正极材料企业近年的产品质量和一致性水平迅速提高，并且具备较大的成本优势，日本和韩国锂电企业近年开始逐步加大从我国采购锂电正极材料的力度。

表 2 国内重点锂离子电池正极材料生产企业

经过近十年的发展，国内锂电正极材料行业目前已经形成了以京津地区、长江中下游地区和华南地区三大锂电正极材料产业基地。

在国际市场，锂电正极材料行业已经逐渐形成了寡头竞争的局面。在国内市场，目前仍有较多的企业在参与市场竞争，由于锂电正极材料行业技术集成度高、下游客户对产品质量要求严格等原因，一些不具备核心竞争力的企业将会逐步退出，行业内的优势企业将占据越来越多的市场份额。

锂电正极材料行业的竞争格局还受到下游市场需求和上游资源供应的影响。一方面，全球锂电池厂商已形成了寡头垄断的竞争格局，这就要求锂电正极材料生产企业必须和这些锂电巨头建立长期紧密的合作关系才有机会在未来的竞争中占据制高点；另一方面，获得上游资源的长期充足供应也将是本行业未来发展的关键。我国拥有上游主要原材料冶炼产业集群效应的原材料供应优势，大量的相关金属资源都在我国市场集散，这对于国内锂电正极材料生产企业来说具有较大的供应链优势，有助于国内企业在国际竞争市场中扩大自身份额，获得快速发展的机会。

多种正极材料同台竞技，磷酸铁锂是发展方向

目前已批量应用于锂离子电池的正极材料主要有钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂、钴镍锰酸锂三元材料以及磷酸铁锂。但由于钴金属储量少，价格昂贵，因此成本高，而且作为动力电池安全性存在问题，为了降低成本采用金属锰代替金属钴，形成锰酸锂，但锰酸锂电池循环寿命短且高温环境下循环寿命更差（注：60摄氏度以上寿命降低一半）。

图表 1 主要正极材料性能参数比较

磷酸铁锂可克服前两者的缺点，并且不含钴等贵金属，原材料价格低且磷、锂、铁资源丰富，理论电容量大，循环寿命长，是锂电池中公认的最有发展前途的产品。

钴酸锂：商业化应用的主流

钴酸锂最早实现商业化应用，技术发展至今已经很成熟，并已广泛应用在小型低功率的便携式电子产品上，如手机、笔记本电脑和数码电子产品等。2009年全球钴酸锂销量为2.35万吨，相比2008年的2.75万吨有所减少，其销量占全部正极材料的62.5%，在整个正极材料市场中占据了绝对重要的地位。随着正极材料技术的不断成熟，三元材料和磷酸铁锂等正极材料对钴酸锂的替代逐步加快，赛迪顾问认为钴酸锂在锂离子电池正极材料中的地位将逐步降低，但受益于新能源汽车对动力电池需求的加剧，钴酸锂正极材料的绝对数额在未来两年内还是会保持一定程度的上升，且其在正极材料中仍处于主导地位。

图 3 2007-2009年全球钴酸锂销量及占全部正极材料比例

国内目前钴酸锂市场主要集中在中端市场，这个市场的特点要求产品质量好和稳定，同时具有较大的价格弹性。由于终端消费品过去需求增长迅速，导致钴酸锂价格一度暴涨，最高攀至60万/吨，受金融危机影响最低回落到20万/吨，现在略有回升，毛利率在10%以上。

从销量来看，2009年中国钴酸锂的销量为1.2万吨，占全球销量的51.06%，占国内正极材料销量总额的66.7%。同全球趋势一样，赛迪顾问认为国内钴酸锂正极材料销量占比将呈现下降的趋势。

图 4 2007-2009年中国钴酸锂销量及占全部正极材料比例

国内钴酸锂市场从结构来看，2002年是一个分水岭。2002年以前，国内市场主要由日本SEIMI和比利时联合矿业集团（UM）等少数国外企业占据着。2002 年，以中信国安盟固利，北京当升为代表的国产材料生产商以较优的产品性价比，从国外厂商处夺得大量市场份额，中国锂电的龙头企业比亚迪在香港的成功上市后，转成部分自产钴酸锂。目前，国产正极材料占比已达到90%以上。从目前的情况来看，当升材料2009年全球钴酸锂市场份额为10.4%，其市场地位处于国内第一，全球第三。国内以钴酸锂为正极材料的锂电池生产厂家主要有：天津力神、深圳比克、邦凯、华粤宝、武汉力兴等。

锰酸锂：安全廉价的适用材料

钴酸锂目前虽为主要正极材料，但钴酸锂有一个很大的弊端，即钴酸锂的成本80%为氧化钴。氯化钴由钴矿冶炼加工制成，而世界金属钴总储量90%以上集中在刚果、澳大利亚、古巴、赞比亚和俄罗斯等国家，因分布过于集中，且属于小金属品种，其价格随市场供求及国际金属价格波动呈现周期性振荡，波动很大。因此用锰代替其中的金属钴形成锰酸锂，安全廉价的锰酸锂电池具有镍氢和钴酸锂电池无法比拟的优势，被认为是电动汽车最为实用的电极材料。

2009年全球锰酸锂销量达到2850吨，占全部正极材料销量总额的7.6%，随着锂离子电池对正极材料需求的扩大，再加上锰酸锂相比钴酸锂的各种优势，赛迪顾问认为全球锰酸锂销量在2010年将在2009年的基础上出现大幅度的增长，达到4600吨左右，占全部正极材料的比重也将提升到10%。

图 5 2007-2009年全球锰酸锂销量及占全部正极材料比例

就国内市场而言，2009年国内锰酸锂的销量为2000吨，占全球销量的70.2%，占国内全部正极材料销量的比重也高达11.1%，随着锰酸锂正极材料的逐渐成熟，国内大多数正极材料生厂商都积极开发锰酸锂正极材料生产线，锰酸锂在全部正极材料的比重将保持上升的趋势。

目前，我国的锰酸锂生产厂商主要有中信国安、云南玉溪汇龙科技有限公司、天津巴莫科技、大连太阳集团、北京当升等。目前国内以锰酸锂为正极材料的锂电池生产厂家主要有：比亚迪、青岛澳柯玛、苏州星恒、湖南晶科、河南海普赛等。

磷酸铁锂：动力电池的发展方向

正极材料中最适合用于动力电池的是磷酸铁锂。目前国内外已经能实现量产的合成方法均是高温固相法，高温固相法又分传统的（以天津斯特兰、湖南瑞翔、北大先行等为代表）和改进的（以美国威能、苏州恒正为代表，也称碳热法）两种。磷酸铁锂电池应用主要受制于电池组的一致性问题。用作汽车动力锂离子电池是将大量单体电池串并而成的电池组，目前单体磷酸铁锂电池的寿命超过2000次，在将多个电池组成电池组时，只有在电池性能高度一致时，电池组的循环寿命才能接近单体电池的寿命。由于目前国内大部分磷酸铁锂生产厂商的制造设备及制备工艺都不成熟，产品品质容易出现波动，使得电池产品的一致性受到影响，因此，应用在动力汽车上存在一定的障碍。对磷酸铁锂电池生产商来说，还面临一个专利的问题。目前国际上在磷酸铁锂领域的领先企业主要有3家，分别是美国的A123、加拿大的Phostech以及美国的Valence，掌握着较为成熟的量产技术。一直以来我国电池产业面临到国外专利作为商业阻碍以及技术垄断的干扰。目前，中国在磷酸铁锂电池材料上，基本没有自己的专利权，技术绝对称不上先进。此前日本的NTT公司支付美方3000万元和解金才解决了磷酸铁锂材料的专利纠纷。台湾很多企业也是花钱向Phostech等公司购买专利使用权。因此，我们认为如果锂电池行业内企业不能很好的解决专利权的问题，不得不和日本一样，花钱买专利，这将是我国电池材料企业所面临的第一大风险。通过赛迪顾问了解，目前，国内大多数厂商在与外方技术输出方签合同时，通过专利保险的方式，将专利被追诉的风险转嫁给国际保险公司。

2009年全球磷酸铁锂销售量为1000吨左右，其中主要集中在全球最大的供应商A123，国内厂商天津斯特兰几乎占据了国内市场一般的份额。目前，磷酸铁锂市场接受度不高，主要是受技术和价格的制约。从近期来看，技术已经不容置疑，国内能批量生产的企业有10家左右，如斯特兰、比亚迪、烟台卓能、北京锂先锋、苏州恒正、北大先行、合肥国轩、深圳贝特瑞、新乡花鑫、新乡创佳等，但是价格仍然是一大障碍，目前国内价格维持在15-18万/吨，国外要高出一倍，不过随着产能扩展步伐的加快，材料价格下降是趋势，未来三年有望降至10万元/吨，届时磷酸铁锂电池将得到广泛应用。

图 7 2007-2009年全球磷酸铁锂销量及占全部正极材料比例

图 8 2007-2009年中国磷酸铁锂销量及占全部正极材料比例

国际知名磷酸铁锂厂商都已经发展出十分成熟的量产技术，其中最大的产能5000吨/年以上。中国企业从2001年就陆续启动磷酸铁锂材料开发，历经6年时间，北大先行终在2007年突破了磷酸铁锂从实验室技术到中试生产技术的一系列技术及工程问题，并在完善相关工艺过程中，使得磷酸铁锂电池的安全性得到了较大程度的提高与保证，奠定了磷酸铁锂产品系列化和规模产业化的基础。

总体来看，国内对磷酸铁锂的技术研发水平及产业化程度与国际基本同步。在产能方面中国的材料供应商与国外大厂差不多，售价比国外要低，但材料加工性能和稳定性略逊一筹。现阶段全国约有50多家电池材料生产厂商，其中真正进入工业化批量生产的仅有天津斯特兰、北大先行、苏州恒正等十余家。虽然真正具备供货能力的企业为数不多，但表明中国企业抓住了此次锂电池发展机遇，使中国锂电在动力电池的产业化走在世界前列。赛迪顾问认为，正极材料具有一定的技术门槛，且投资规模适中，受到投资者的青睐，磷酸铁锂材料更是具有良好的发展前景。

第二篇：新能源汽车、动力电池及电池材料国内外发展现状和趋势――201(精)

新能源汽车、动力电池及电池材料的国内外现状和发展趋势

（1）、国内外现状

1）、新能源汽车发展现状

根据国家转变经济增长方式、实行低碳经济政策的总体要求，新能源汽车由于其节能减排的显著特征，已经被确定作为战略新兴产业予以优先发展。发展新能源汽车更大的优势是进一步统一能源消费方式，提升电力占终端能源消费的比重，间接的支持以风电、光伏为主的清洁能源发展。根据国家电网的清洁发展规划，到2020年，以国网公司为主要推动力的二氧化碳减排可以超过16亿吨/年。其中最大的贡献来自提升清洁能源装机比重，发展电动汽车可以直接减排。当前，以混合动力（HEV）、插电式混合动力（PHEV）、纯电动（EV）汽车为主要动力方式的新能源汽车发展战略已经成为行业共识。各个国家、各大企业、相关配套系统都在为抢占行业的制高点而努力，相关的投资政策、消费补贴、税收优惠开始陆续到位。我国的新能源汽车发展被寄以厚望，各个层面都非常重视新能源汽车产业的发展，也非常看好我国新能源汽车的未来，看好其“弯道超车”的前景，占领全球产业的制高点。

就世界各主要经济体都在积极发展新能源汽车。

美国于2009年以来，在其能源部的主导下，美国出台了一系列的新能源汽车发展政策，主要涵盖了企业贷款、研发支持、消费补贴等几个方面。美国能源部将设立20亿美元的政府资助项目，用以扶持新一代电动汽车所需的电池组及其部件的研发。到2015年美国要有100万辆充电式混合动力车上路。同时，为鼓励消费，购买充电式混合动力车的车主，可以享受7500美元的税收抵扣；同时政府还投入4 亿美元支持充电站等基础设施建设。

欧洲作为传统汽车生产的重要地区，在新能源汽车领域也不甘落后。欧洲技术平台（European Technology Platform，ETP）制定出了乘用车的EV化蓝图。计划分3个阶段导入EV行驶距离达到50km 以上的EV和PHEV，2012年将导入极小一部分，争取2016年累计导入100万辆，2020年累计导入500万辆。德国政府已经宣布了2020年之前在德国国内累计普及100万辆EV和PHEV 的计划，整个欧盟推进EV普及的机会越来越成熟。

日本是汽车生产大国，在混合动力汽车方面，以丰田Prius 为代表的车型已经取得了巨大的成功。在当前时点，日本的企业也在积极准

备调整战略，开发PHEV 和EV，并且成绩显著。三菱汽车的电动汽车i-MiEV已从2010年4 月1 日开始面向个人用户销售。日产汽车的纯电动汽车Leaf于2010年12月上市，订单势头良好，预约后3周内日本的订单量就达到了3754辆，已超过预定年销售6000辆的一半。在美国，预约后3天内就有6635人订购该车，订单量相当于年产量5万辆的10％以上。

我国的新能源汽车发展被寄以厚望，行业的领军企业比亚迪受到了巴菲特的青睐。目前情况来看，各个层面都非常重视新能源汽车产业的发展，也非常看好我国新能源汽车的未来。从09年以来，我国相关的动态情况为：2009年1月国家出台《汽车产业振兴计划》提出系能源汽车战略，安排100亿元支持新能源汽车及关键零部件产业化；同时在《节能与新能源汽车示范推广通知》中推出“十城千辆”计划，对13个城市公共领域购买新能源汽车给予补贴，首次明确新能源汽车的补贴标准；2009年3月出台《汽车产业调整与振兴规划》，提出未来形成3年50万辆新能源汽车产能，使其占乘用车总销量5%左右，并形成10亿安时动力电池产能的目标；同年12月，研究完善促进消费的若干措施，提出将新能源汽车试点城市由13个扩大到20个，选择5

个城市对私人购买节能与新能源汽车给予补贴试点。在中国汽车产业的“十二五”规划中，新能源汽车被列为中国汽车行业今后5年发展的重中之重，并提出到2015年，中国新能源汽车的年销量要达到百万辆的目标。近日获悉，国家《新能源汽车产业发展规划》已进入会签阶段，审议一经通过将及时组织实施。草案中提到，在未来10年之内，国家将持续投入近1000亿元资金进入新能源汽车行业。这将是史上政府扶持新能源汽车最大的手笔，它也意味着新能源汽车发展的新阶段已经到来。

国内各地方为促进当地新能源汽车产业的发展，采取了一系列的行动。上海市建立并完善集研发、制造、检测、试验、示范运行为一体的嘉定新能源汽车及关键零部件产业基地；金桥、临港基地，以及金山区域重点发展成为新能源乘用车产业基地；闵行、松江、浦东新区等区域则重点发展成为新能源商用车产业基地。深圳市政府投入超过5000万元，规划3条公交线路、每条线投放10辆混合动力客车，并在特区内投放20辆电动小汽车，建立相应的充电与测试设施，制定管理规范和评价方法，完成其商业运营的政策环境评估等；政府每年从市财政安排2.5亿元，连续五年共12.5亿元支持新能源汽车的研发，并

从2008年开始连续五年市财政对公交公司采购新能源汽车给予每台15万元的财政补贴；以深圳市政府名义向科技部申报“十城千辆”电动汽车大规模示范运行的国家“863”计划，深圳市财政拿出2亿资金配套支持，并责成发改、交通、财政、环保、科技等十多个政府部门参与推动此项工作；同时计划出台针对私人购买新能源汽车的补贴政策。广州市发改委已经起草了《广州市新能源汽车发展行动方案》，已经向各部门征求意见，方案暂定在2010~2015年期间，对购买符合规定的新能源汽车给予补贴，单辆补贴金额按节能率和减排量具体确定，补助总量预设上限。重庆市则是由长安汽车领衔的重庆市节能与新能源汽车产业联盟６月２日正式成立，该联盟整合了30多家汽车整车、零部件企业及科研院所，致力于打造中西部最大的新能源汽车研发、制造、示范运行基地；重庆市政府将拨付10亿元财政资金，为进入基地的企业提供资本金补助，并在土地、税收、物流配送、新能源汽车示范运行方面给予一系列政策支持；对个人用户进行购车补贴：购车环节弱混享受国家4000元的补贴，油电中混享受国家3.6万元的补贴，每车免除三年路桥费共计6900元。武汉市对本区域生产新能源汽车免征车辆路桥通行费；对于一次性购买新能源轿车超过3辆的企业和单位给予节能减排奖励。北京新能源汽车设计制造产业工程基地以福田

汽车为依托成立，占地1000亩，总投资50亿元，具有年产各类替代能源和新能源客车5000辆、高效节能发动机40万台的生产能力。长春计划首批建立两个、总规模不少于200辆的混合动力客车示范车队。

在国内主要汽车企业行动方面，比亚迪汽车第一款不依赖充电站的商业化双模电动车F3DM于2008年12月15日正式上市，2009年推出纯电动轿车E6，2010年3月F3DM低碳版面向个人发售，作为新能源汽车的先行者，比亚迪计划以新能源汽车进军国际市场，成为全球领先企业；上汽集团计划到2012年，荣威550插电式强混轿车将上市，实现节油50%以上；其自主品牌纯电动轿车也将于2012年推向市场；广汽集团推出的新能源VIP-Lounge概念车将于今年进行量产，广汽丰田混合动力版凯美瑞目前已处于前期准备阶段；重庆长安的杰勋混合动力轿车已于2009年6月11日正式上市，该车是长安打造的国内第一款拥有完全自主研发技术的混合动力轿车，2009年底推出纯电动mini奔奔，已在重庆建设新能源产业基地，长安汽车在2011年将推广1100辆长安新能源汽车，其中700辆长安志翔气电弱混出租车，300辆长安杰勋和长安志翔油电中度混合动力公务用车，100辆油电混合动

力私家车，2014年长安汽车将实现产销新能源汽车15万辆，2020年达到新能源汽车产销50万辆以上；东风汽车计划动投入330亿，用10年的时间来发展一系列环保车辆，东风日产日前表示已经基本将在2011年从日产导入电动车项目；一汽集团已确定以混合动力为主导的新能源发展战略。2008年已推出混合动力版B70，2012年将建成年产1.1万台混合动力轿车生产基地；奇瑞多种新能源技术齐头并进，涉及混合动力、纯电动、生物柴油多个领域。2008年已推出轻混、中混版A5，2009年推出QQ、S18、瑞虎等多款纯电动轿车。

目前国内外已经有不少量产和即将量产的新能源汽车，最成功的车型是丰田prius，累计销量超过200万辆，基本上暂时还找不出竞争对手。但Prius 是混合动力技术，采用镍氢电池，容量仅1.3KWH，不能外部充电，主要节能来自能量回收和混合动力，在运行里程和使用便利性方面有明显的局限性。

2）、动力电池及电池材料发展现状

目前，动力电池是影响新能源汽车产业发展的最关键因素之一，国际国内众多厂商和研究机构正在全力开发各型高性能动力电池及电池材料。其中，就动力电池正极材料而言，各个国家各有侧重，日本以

锰酸锂为主，日产Leaf、三菱I-MIEV都使用；美国则同时发展锰酸锂和磷酸铁锂，通用的volt就采用LG提供的锰酸锂电池，而fisker公司的产品使用A123 的高性能磷酸铁锂电池；我国目前以比亚迪为首的企业主推磷酸铁锂电池，应用车型包括F3低碳版、E6 等。

现在，美国还少有能够在全球市场上一争高下的大的锂离子动力充电电池厂商。美国政府对这种状况拥有较强的危机感，美国奥巴马政府的经济刺激政策“美国复苏和再投资法案（ARRA：American Recovery and Reinvestment Act）”中拨款14亿9190万美元用于电动车辆用充电电池生产。该ARRA投资的条件是，接受投资的企业必须另行出资与政府投资金额大致相同的资金，因此在美国，将有总额约30亿美元的资金用于车载充电电池生产。接受 ARRA 资金提供的锂离子充电电池厂商包括以下6 家：江森自控（Johnson Controls）、A123 Systems、KD ABG MI、Compact Power、EnerDel、Saft America。其中，江森自控和Saft 在车载锂离子充电电池业务方面为合作关系。

在日本，新能源汽车配套用锂电池生产也已经拉开大幕，GS 汤浅、三菱商事以及三菱汽车的合资公司Lithium Energy Japan（LEJ）抢占了先机。该公司从2009年6月开始量产面向三菱汽车的电动汽车

“i-MiEV”的锂离子充电电池。目前，1 号生产线的产能为年均20万个单元（相当于2300辆i-MiEV 的电池用量），该公司计划从2010年6月开始启动2号生产线，将产能增加至年均40万个单元。此外，还计划向位于GS 汤浅京都事业所内的京都工厂进行设备投资，除了预定从2010年12 月起以年均100万个单元（相当于1万1000辆i-MiEV 的电池用量）的规模开始供货外，还将在滋賀县栗东市内建设新工厂，到2012初期实现年均生产440万个单元（相当于5万辆i-MiEV 的电池用量）的规模。日产汽车和NEC 集团的合资公司Automotive Energy Supply（AESC）负责生产Leaf 配备的锂离子充电电池，日产汽车除了在日本建设年产5 万辆的生产体制外，还计划2012年开始在美国生产，实现日美合计年产20 万辆的规模。一辆Leaf将配备由196个单元组成的锂离子充电电池，因此需要确立年产5 万辆时生产980 万个单元、年产20万辆时生产3920万个单元的量产体制。以2012年的规模进行比较，AESC 制定了生产LEJ 的6倍以上单元的强大计划。

欧洲新能源汽车用动力电池在全球范围内订购，欧洲汽车厂商多采用联合电池企业方式共同开发新能源汽车。如戴姆勒—奔驰公司就联合比亚迪（中国款EV电池）、江森自控-Saft（高级电源解决方案、S400Hybrid）、三洋电机（HEV、EV电池）、东芝（EV电池）；大众集团联合比亚迪、江森自控；宝马联合SB Limotive、能元科技等。

国内，一方面，我国小功率锂离子电池早已产业化，形成上下游结合相对完整产业链，正极材料应用于小型电池的产品产能渐渐趋于饱和，电池产品超过世界市场的1/3，中日韩三国已成三足鼎立之势。主要用于做手机、笔记本电脑、MP3、摄象机、照相机等小型电器上使用的小功率锂离子电池；小型锂离子电池正极材料以钴酸锂LiCoO2为主，占正极材料生产总量的80%左右；还有少量尖晶石锰酸锂LiMn2O4，三元材料Li(Ni、Co、MnO2和磷酸铁锂LiFePO4刚刚进入市场。我国正极材料产品质量已达到国际水平，产品除满足国内需要外，还出口到韩国、日本、美国等国。国内的产能约3万吨。我国正极材料主要生产企业及其产品和产量见表1所示。

表2 国内锂离子电池正极材料主要生产企业及其产品产量表

序号

企业名称

产

产 品

量(吨/年 2 3 1000 4 500 100 5 LiFePO4 6 200 北京当升科技 湖南杉杉新材料 湖南瑞翔新材料 LiFePO4

中信国安盟固利 LiMn2O4

LiNiO2

深圳比亚迪 北大先行

Li(Ni,Co,MnO2

4000 LiCoO2

4000 LiCoO2

2000 LiCoO2

1800 LiCoO2

2000

LiCoO2

1500 LiCoO2

500 100 7 8 9 10 Li(Ni,Co,MnO2 LiMn2O4 11 12 13

LiFePO4

LiMn2O4

宁波金和（余姚金和）常州博杰新能源 天津斯特兰 广州鸿森

西安荣华 深圳天骄 石家庄百斯特

1600 LiCoO2

1400 LiCoO2

1000 LiFePO4

1200

LiCoO2

1000 LiCoO2

500 Li(Ni,Co,MnO2

600 LiMn2O4

云南汇龙 500 LiMn2O4 15

天津巴莫 500 LiCoO2 16

苏州恒正 500 LiFePO4 17

深圳贝特勒 300 LiFePO4 18

中国宝安 1500 LiFePO4 19

河南新乡 200 LiFePO4 20

其它 1500 / 合计 30000

另一方面，在国家科技项目的重点支持和良好产业前景的推动下，大功率动力锂电池关键技术、关键材料和产品研究取得了重大进展。投资额超过10亿元人民币的锰酸锂动力锂电池研发企业——中信国安锰固利，已经成为领军国内外大功率锰酸锂动力电池的龙头企业。中

国航空集团所属的中国空空导研究院计划投资17元亿的磷酸铁锂动力锂电池研发企业，已经完成第一、二期投资，投资完成后，有望形成年产值逾100亿元的大容量磷酸铁锂龙头企业。深圳比亚迪、北大先行、深圳比克、天津力神、万向电动汽车、苏州星恒、北京神州巨电、深圳雷天、辽源锂源新能源、咸阳威力克、东莞新能源（ATL）寰宇、海霸等一批动力锂电池企业正在崛起。在系统集成技术方面，具有二十余年动力电池成组应用技术和设备研究经验的机械科学研究总院在动力电池系统集成关键技术、关键零部件和产品研究方面也取得重大进展。单体锰酸锂和磷酸铁锂动力电池已经具备推广应用的条件，也已具备动力锂电池系统集成的技术能力。虽然在小容量高倍率功率型动力锂电池方面，与国外先进水平比，还存在一定差距，但我国大容量动力锂电池产业发展和产业化发展，已经处于国际先进水平。

开发新能源汽车是全球汽车工业发展的大趋势，从国内外现状来看，着力发展新能源汽车的态势已经如火如荼，新能源汽车产业在5年内实现爆发式发展已经确定无疑，这一时期对于公司来说是必须紧紧抓住的战略机遇期。但同时公司面临的市场竞争将会十分激烈，在

动力电池材料领域已经存在了众多先行先试的具有很强实力的知名企业，对公司的发展具有明显的竞争性威胁。目前，新能源汽车发展存在着技术瓶颈，受制于电池性能的不佳，影响电池性能的主要因素又在于电池材料和成组技术。因此，公司要想作为电池正极材料的知名供应商在市场竞争中立足并发展，当前乃至后续的几年中必须集中各方面资源全力进行技术攻关，力争全面解决工艺的可行性、产品性能的领先性和稳定性问题，培育出企业强大的技术核心竞争力，参与市场竞争而不败，实现发展壮大。

（2）、发展趋势

在市场需求方面，国际油价上涨到70美元后，新能源汽车的优势开始显现。世界原油供应紧张，而且价格持续上涨，是政府、研究机构和企业加速开发与推广新能源汽车的直接动因。同时，国际能源环境的变化，也为新能源汽车（目前主要是混合动力汽车）登场，创造了市场条件。在发展新能源汽车上，镍氢电池技术最成熟，未来2年内仍将是新能源车的主流，之后镍氢电池技术将和磷酸铁锂、氢燃料电池三分天下，5年后将逐渐被锂电池及燃料电池所取代。电池巨头松下和三洋也均认为，锂离子动力电池不可能在2年内取代镍氢动力电池，主要原因是镍氢动力电池便宜安全，已经达到规模化生产。锂电池还有技术课题需要继续攻关，因此商业化尚需时日。据日本富士经济分析，镍氢电池的主流地位将可延续至2012年，之后锂电池将逐渐侵蚀镍氢电池的市场份额。

至于各种正极材料的发展趋势，据“锂电中国”分析，总体方向是：一是钴酸锂材料的使用量会持续减少，让出市场首位只是时间问题；二是锰酸锂材料和三元材料在未来几年会成为主流；三是磷酸铁锂材料的规模化应用可能要到2015 年之后；四是其他新型正极材料短期内实现产业化的可能性不大。在增速上，2011 年仍会受到全球经济不景气的影响，年增长率可能会在10%左右；2012 ~2013 年全球经济将走上复苏轨道，年增长率可能会达到15%左右；2014 ~2015 年全球经济会迎来一个上涨空间，那时电动汽车以及车用动力锂电池的技术积累也到了开始释放的阶段，这个时期的正极材料产业发展会较快，年增长率可能会达到20%以上。到2015年，全球HEV、PHEV和EV销量将占到整体的13%左右，达到千万辆产销量级别，到2020年这一数字将达到26%。相应的正极材料年需求超过45万吨。再考虑到新能源大巴、观光车、游艇等方面的需求，动力锂电池会再造一个巨大市场，行业机会显著，对正极材料的需求将会迅猛增加。在国内正极材料的需求量方面，估计到2015年将达15万吨以上，按目前普通质量的磷酸铁锂的市场售价18万元/吨计算，市场规模将达到270亿元。与目前3万吨左右的正极材料产销相比，动力锂离子电池用正极材料产业将迎来兴旺期。

在技术研发方面，目前国内亟待解决动力电池组电源管理系统、动力电池隔膜技术、以及锂电池电解液最为关键的电解质成分六氟磷酸锂（LiPF6）的生产合成等问题。后续将围绕提高电池比容率、快速充放电、安全性、封装和成组、降低成本等方向展开大量的研究，不断提升电池材料和电池的性能。期间可能出现较为成熟的超级电容器等高性能电池材料和装置。

3、主业和主导产品国内外市场状况

（1）、主业和主导产品

根据公司设立时确定的经营范围，公司的主业是：锂电池材料研发、生产、销售及相关技术服务。

公司进行锂电池材料研发、生产、销售及相关技术服务初期主要围绕和依托磷酸铁锂离子正极材料展开。因此，公司发展初期的主导产品是磷酸铁锂离子正极材料。后续可根据市场需求和产业发展情况开发新的锂电或电池材料，并逐步将其培育成新的主导产品，丰富主导产品的类别。

（2）、国内外市场状况

由于锂电池运作良劣以及质量与其所用材料息息相关。正极材料、负极材料、电解液和隔膜等通常被称为关键材料。而其中，正极材料不管是从成本，还是从性能方面考虑，都是关键材料中的核心材料。自锂电池商业化以来，投入研发力量最大、竞争最激烈的也是正极材料。表3是日本IIT公司拟出的锂电池成本构成表。

表3 锂电池成本构成

组成材料分类 所在成本比例（%）

正极材料

40~46

负极材料

5~15 电解液

5~11 隔膜

10~14 其他

18~36

从下游新能源汽车产业发展情况讲，尽管2009年《汽车产业调整和振兴规划》中提出启动节能和新能源汽车示范工程，并规划到2011年形成50万辆电动汽车生产能力，但是这一令人鼓舞的规划并未改变本土主要汽车企业对新能源汽车的观望态度。开发电动汽车不仅使企业面临技术风险、大规模业务重整和巨大的建设投资，更让企业困惑的是，价格昂贵的电动汽车销路在哪里？基础设施能不能跟进？电源是否有保障？在生产者和消费者缺乏应有的预期的情况下，奥运会试运营的成功，似乎已经“完成了任务”。在传统燃油汽车产销两旺的情况下，谁也不愿贸然改变技术路线。各个企业尽管都跃跃欲试，但实际行动却比较迟缓。特别是本土主力汽车及零部件企业，总体上呈现

出一种“雷声大雨点小”，“多观望、慎行动”的态势。消费者则是期待、观望和等待。2009年的中国电动汽车在快速预热后，却转而陷入产业化困境。人们早有共识，电动汽车的发展应双轮驱动，一方面要依靠技术突破和成本下降，特别是锂电池的成本；另一方面要依靠政府强有力的政策支持。虽然电动汽车在短期内不可能取得规模化发展，但电动汽车是“政策车”，有国家能源战略的强力引导和政府的“第一推动力”，电动汽车的发展已上升到实质性的国家战略层面，支持研发、生产、需求端的政策会更加系统和有力。因此，今后5年将是电动汽车发展的关键期。

在这种看起来不利的现实状况下，中国正极材料产业的发展还是取得了令人瞩目的成绩。钴酸锂材料2001年左右开始实现国产化，到了2003 年就基本能够实现自给，现在，中国钴酸锂材料的供应量占到了全球的38%，产品的出口量呈逐年上升态势。三元材料的生产和供应这两年以每年翻一番的速度增长着，目前已占到了全球供应量的30%左右。锰酸锂材料的供应已处于全球垄断地位，用于电动工具等方面的锰酸锂材料已经开始大量出口。磷酸铁锂材料产业这两年的发展也非常快，产量和应用的增长都很明显。造就这种“中国速度”的最大原

因，主要在精神方面，中国企业的斗志普遍要比西方企业强得多，在未知新兴领域更敢于先闯先试。

从销售收入方面看，根据锂电中国的调研统计，2000~2009年，全球锂电池用正极材料的销售收入由4.7 亿美元增长至10.34 亿美元，年均复合增长率达到了8.21%，发展迅速。但同时仍与使用量的增长不成比例，主要原因是市场和技术的成熟导致价格和利润率的下降速度较快，另外，价格便宜的锰酸锂正极材料的研究开发和应用也较大影响了正极材料的整体销售收入。

进入到新的千年以来，锂电池用正极材料产业的发展大致经历了三个阶段。第一个阶段是在2001 年之前，由于以中信国安盟固利为代表的中国企业实现了钴酸锂材料的国产化，几乎都是钴酸锂的全球正极材料市场因中国企业的强势介入，明显感受到了一个阵痛期，钴酸锂的销售价格短时间内呈现快速下降态势。在销售量进一步上升的同时，整体销售收入却由2000 年的4.7 亿美元下降到2001年的3.9 亿美元，降幅达到了17%以上。这个阶段之后，全球的正极材料和锂电池产业均开始了一轮洗牌过程，产业重心开始向中国转移。第二个阶段是2002年-2007年，市场适应了新的游戏规则后，进入了一个迅速发

展的新阶段。钴酸锂材料的国产化，推动了中国锂电池产业高速发展，迅速涌现出比亚迪、比克等一批优秀的中国电池企业，迫使日本电池企业步步后退，东芝甚至卖掉了整个锂电事业部，欧美的一些小型锂电池企业纷纷倒闭。为降低成本，同中国企业竞争，日本主要锂电池企业开始陆续在中国设立生产基地，向中国转移产能。以美国Valence（威能）等公司为代表的欧美企业也开始了战略转变，或把生产基地移至中国，或找中国企业代工生产，自己不再直接从事电池的生产和制造。中国逐渐发展成为全球锂电产业的重心。目前，锂电池用正极材料产业的发展进入第三阶段，呈现出以下几个主要特点：一是钴酸锂材料市场份额快速下降到50%以下，三元材料、锰酸锂和磷酸铁锂将会迎来高速发展时期；二是全球钴酸锂材料产业进一步向中国大陆地区转移，过程有反复，但趋势明显；三是正极材料市场（特别是在动力锂电池领域）会逐渐形成一个以美国的磷酸铁锂，日本以三元材料及锰酸锂，中国兼具磷酸铁锂、三元材料及锰酸锂为主的产业发展新格局；四是资源的价格战会频繁爆发，对关键资源的控制与争夺会越来越激烈。

具体到磷酸铁锂正极材料，国内方面，磷酸铁锂作为动力电池的主流正极材料已经是绝大多数动力锂电池生产者的共识。深圳市比亚迪电池股份有限公司正大批量采购国内生产的磷酸铁锂，凡是能批量生产的，比亚迪公司都成吨采购，据称目前磷酸铁锂月需求是40吨；此外，ATL广东新能源目前每月对磷酸铁锂的需求是10吨；天津力神在经过长时间的为Valence OEM后，每月也有固定的磷酸铁锂需求。河南环宇集团和青岛澳柯玛都希望能寻找到供应磷酸铁锂材料的国内生产厂家。还有一些锂离子电池生产厂家都已经对磷酸铁锂系列的电池进行了较长的研究，已经获得了使用经验。欧美、台湾、日本方面对磷酸铁锂材料也有很大的需求量，目前磷酸铁锂材料在国内和国际市场上都处于供不应求状态，苏州恒正科技制备的磷酸铁锂材料售价高达30多万/吨。另外，台湾必翔愿意独家包销湖南瑞翔的磷酸铁锂材料5年，足见国际市场磷酸铁锂的需求之旺盛。据某公司的一份磷酸铁锂生产可行性分析报告估计，2010年，锂离子动力电池总需求量已达到50.69亿Ah(单体电池工作电压3.6伏，折算为正极材料其消耗量为36200吨。而以上数据仅仅只包含了国内市场，考虑到国外市场的拓展及电动轿车的潜在发展，对动力型锂离子电池正极材料的需求量要远远超出36200吨。磷酸铁锂作为新型高能锂离子电池的正极活性材料

及电子材料产品，随着电池工业及电子工业的发展，在未来的两三年内，磷酸铁锂的市场需求量将达8万吨以上。尤其是在动力型电池应用方面对磷酸铁锂的需求将大幅增加。

但目前磷酸铁锂还没有达到像钴酸锂这样的应用广度，主要原因是锂离子电池生产厂家没有稳定的货源供应情况下，也不能进行电池生产线的扩产，问题解决的关键还是在于磷酸铁锂材料产量的提高和产品质量稳定性的解决。解决产品的技术难题也正是我公司的优势所在。正是由于部分技术问题尚未得到完美解决，磷酸铁锂材料目前主要用在高尔夫球场推车用电源、矿灯、电动摩托、电动自行车、动力工具、以及电动汽车等方面，具有类型众多、用量巨大的潜在客户。这些潜在客户主要来源于以下领域：一是储能设备制造，包括太阳能、风力发电系统之储能设备，不断电系统UPS，配合太阳能电池使用作为储能设备(比亚迪已经在生产此类电池；二是在IT领域的应用，仅国内数码产品每年所需电池容量为 5亿Ah，如全部使用磷酸铁锂正极材料，需要3.5万吨；三是电动工具制造领域，涵盖高功率电动工具(无线、电钻、除草机等；四是轻型电动车辆领域，主要是电动机车、电动自行车、休闲车、高尔夫球车、电动推高机、清洁车；五是小型

设备领域，包括医疗设备（电动轮椅车,电动代步车）、玩具（遥控电玩）；六是其它小型电器；此外还有矿灯制造；植入性的医疗器械(磷酸铁锂无毒性，锂电池仅铁锂可满足要求；以及替代铅酸、镍氢、镍镉、锂钴、锂锰类电池在小型电器上的应用。目前已经实现应用的有1.8Ah及以下的18650型圆柱电池（18650型是一种通用标准，可用于小型电器），全球需求为8亿个电池/年，折算为正极材料需求4000吨磷酸铁锂，磷酸铁锂市场价格目前比较高，国内售价为18万/吨。公司产磷酸铁锂正极材料在主要面向新能源汽车电池领域的同时，必须注重并积极开发以上市场领域，初期还可以将这些领域作为主要的营销市场。

从目前市场竞争情况看，主要竞争来自于美国valence、美国A123公司、天津斯特兰等企业。其中，美国Valence公司2003年开始LiFePO4的产业化，解决了其电池的倍率放电及低温性能等问题，并和中国的部分锂离子电池厂家进行合作，并以OEM（定牌生产和贴牌生产）方式生产4~10Ah的聚合物电池，同时在中国苏州拟建生产基地（威能和威泰），自己生产聚合物电池，但是由于Valence公司面对国内的客户并不出售电池材料。而与其合作的电池厂家利润空间和主动

性受到了限制，因此对能够提供稳定的正极材料的厂家非常渴望。预计近几年，Valence还不足以构成实质竞争，应定位为潜在的竞争者。美国A123公司主要从事掺杂金属离子的LiFePO4材料的商品化运作，部分产品已在台湾的部分厂家试用，但据称批次稳定性差，量产不大。A123公司与Valence公司类是，也是以OEM的方式和国内的一些电池厂家进行合作，A123公司在中国的常州建设生产基地高博，A123公司已经是现实的竞争者。国内的其它企业例如天津斯特兰、湖南瑞翔、北大先行和恒正纳米科技也都进行了中试实验,但是他们的生产工艺和产品各有不利的方面。湖南瑞翔和北大先行据称是较早地完成中试的厂家，但是他们目前尚不能解决产品批次间稳定性的问题，他们用的原料和技术路线都不是最具有竞争力，原料主要是运用铁的有机盐，工艺存在煅烧时间长，而生产的产品批次间不稳定,产品在做成品电池的时候粘着性差。恒正纳米科技目前在产量上还未形成规模，而且在最终产品中为了提高导电性，添加了价格昂贵的Ni、Co和Mn过渡金属层状材料，并且广泛采用进口设备和原材料，因此成本很高。因此他们的产品价格是目前商业价格的两倍还要多。天津斯特兰收购了北京中辉振宇，目前有20条网带式烧结炉，产品质量已经基本成熟，目前产品供不应求，已经是现实的竞争者。

总之，目前磷酸铁锂产品正处于行业的初期阶段，磷酸铁锂产品潜在市场巨大，而国内外的电池材料厂家要么不具备稳定的生产能力、要么生产的产品质量存在诸多问题或产量太小。因此，磷酸铁锂的生产在近两年间还不会发生争夺客户的竞争，目前的市场是卖方市场；但预计在5年后，随着相关竞争性企业制造技术的成熟，解决了产品的在使用过程中的性能问题并量产后，出现激烈的市场竞争是必然的。因此，公司必须加快步伐，早日量产，尽早抢占市场先机。

第三篇：2018年动力电池与电池管理系统关键技术发展趋势分析

2018年动力电池与电池管理系统关键技术发展趋势

分析

目前是2017年年底了，大家都在分析2018年中国新能源汽车技术发展趋势。而科技部《新能源汽车2018年重点专项申报指南》已经发布，对企业而言很有指导意义。下面是笔者学习《申报指南》后，对2018度年动力电池与电池管理系统关键技术发展趋势的分析。

一、中国新能源汽车关键技术主攻方向

《申报指南》列出2018年中国新能源汽车技术的主攻方向是：

动力电池与电池管理系统；电机驱动与电力；电子、电动汽车智能化；燃料电池动力系统；插电/增程式混合动力系统；纯电动力系统。

一共6个方向下，再细分24个研究任务。《新能源汽车2018年重点专项申报指南》就是顶层设计的具体体现。

①企业与政府规划要保持一致，企业经营活动（含技术攻关）要在政府的顶层设计下开展。

②企业2018年具体的新能源汽车研究（开发）项目必须在6个方向下、24个研究任务之中;③企业具体技术研究和开发项目，理应与中央政府计划技术攻关项目对应起来。

二、2018年动力电池与电池管理系统研究任务分为5个：

1.高安全高比能乘用车动力电池系统技术（重大共性关键技术类）

①研究内容：

针对乘用车高集成度要求，开展基于整车一体化的电池系统的机-电-热设计；开发先进可靠的电池管理系统和紧凑、高效的热管理系统；开展模块、系统的电气构型与参数匹配、耐久性和可靠性的设计与验证；基于热仿真模型、热失控和热扩散致灾、分析模型，研究电池系统火灾蔓延及消防安全措施，开展电池系统 的安全设计与防护系统的开发与验证；开展电池系统的轻量化、紧凑化技术以及制造工艺与装配技术研究，开发高安全、高比能乘用车动力电池系统；开展电池系统性能测试评价技术研究。

②考核指标：

电池系统的比能量≥210Wh/kg，循环寿命≥1200次（80%放电深度（DOD），模拟全年气温分布），全寿命周期、宽工作温度范围内荷电状态（SOC）、功率状态（SOP）和健康状态（SOH）的估计误差绝对值≤3%，单体电池之间的最大温差≤2℃，快速充电至80%以上SOC状态所需时间≤1小时，满足安全性等国标要求和宽温度使用范围要求，并符合ISO26262ASIL-C功能安全要求及行业标准要求，成本≤1.2元/Wh，年生产能力≥1万套，产品至少为2家整车企业配套，装车应用不低于3000套；提交热失控和热扩散事故致灾分析和危害评测报告；建立基于整车一体化的电池系统的设计、制造与测试规范。

③笔者解读：

乘用车动力电池系统技术主攻方向是：

i）是整车一体化的电池系统，而不是目前一些厂家积极倡导的换电模式技术；

ii）电池系统的比能量≥210Wh/kg，循环寿命≥1200次（80%放电深度（DOD），这个比能量≥210Wh/kg这个指标，说明这个电池一定指三元电池，磷酸铁锂电池在乘用车推广几乎没有可能。

iii）电池系统的成本≤1.2元/Wh，说明目前电池系统的成本基本上高于它，是后续的补贴的门槛。

2.高安全长寿命客车动力电池系统技术

①研究内容：

针对客车超高安全等级和超长质保里程的实际应用需求，开展基于模块式、分散式布局的动力电池系统总体构型、功能和机-电-热一体化设计技术研究；开发先进可靠的电池管理系统和高效热管理系统；开展动力电池系统的电气构型与参数匹配，以及耐久性和可靠性的设计与验证；基于热仿真模型、热失控和热扩散致灾分析模型，研究电池系统火灾蔓延及消防安全措施，开展电池系统的安全设计以及防护系统、监控系统的开发与验证；突破电池系统的轻量化、紧凑化技术，建立电池系统的智能化制造工艺，开发高安全、长寿命客车动力电池系统；开展电池系统性能测试评价技术的研究。

②考核指标： 电池系统的比能量≥170Wh/kg，循环寿命≥3000次（80%DOD，模拟全年气温分布），全寿命周期、宽工作温度范围内SOC、SOP和SOH估计误差绝对值≤3%，单体电池之间的最大温差≤2℃，快速充电至80%以上SOC状态所需时间≤15分钟，满足安全性等国标要求和宽温度使用范围要求，并符合ISO26262ASIL-C功能安全要求及行业标准要求，确保单体热失控后30分钟内系统无起火爆炸，成本≤1.2元/Wh，年生产能力≥3000套，产品至少为3家整车企业配套，装车应用不低于1000套；提交热失控和热扩散事故致灾分析和危害评测报告；建立电池系统设计、制造与测试的技术规范。

③笔者解读：

客车动力电池系统技术主攻方向是：

i）基于模块式、分散式布局的动力电池系统的研究，这个说明，客车动力电池系统不同于乘用车要求，一个是一体化，一个是模块式、分散式。

ii）电池系统的比能量≥170Wh/kg，循环寿命≥3000次（80%DOD，这个说明，对客车而言磷酸铁锂依然是主推对象，寿命是主要指标；

iii）单体热失控后30分钟内系统无起火爆炸，这个指标说明，安全时间不低于30分钟，是后续的主观方向。

iv）客车动力电池系统成本≤1.2元/Wh，这个指标说明，整车企业关心是系统成本，而不电池单体价格。

3.高比能锂/硫电池技术

①研究内容：

探索硫电极反应新机制，开发高比容量、长寿命的硫电极材料及适配电解液体系；研究锂枝晶的生长机制及抑制措施，开发兼具高循环库伦效率和良好循环稳定性的锂负极；开展高强度、高安全性功能隔膜的研究；掌握高负载硫电极以及锂/硫电池的设计与制备技术；开展锂/硫电池安全性改善技术的研究，开发高安全、长寿命的锂/硫动力电池，实现装车考核。

②考核指标：

单体电池比能量≥400Wh/kg，循环寿命≥500次（100%DOD），安全性达到国标要求。

③笔者解读：

i）锂/硫电池是新型电池，是要准备实现装车要求，目前上车条件不成熟。

ii）单体电池比能量≥400Wh/kg，循环寿命≥500次（100%DOD），这个指标对乘用车和客车而言，不符合其寿命要求。

4.高比能固态锂电池技术

①研究内容：

开展固态聚合物电解质、无机固体电解质的设计及制备技术的研究，开发宽电化学窗口、高室温离子电导率的固态电解质体系；研究活性颗粒与电解质、电极与电解质层的固/固界面构筑技术和稳定化技术，开发固态电极和固态电池的制备技术；开展固态电池的生产工艺及专用装备的研究，开发高安全、长寿命的固态锂电池，实现装车示范。

②考核指标：

室温下，单体电池比能量≥300Wh/kg，循环寿命≥2000次（0.3C以上倍率充放电，100%DOD），安全性达到国标要求，实现装车考核。

③笔者解读： i）锂/硫电池技术、固态锂电池技术，是下一代的要实现装车要求的电池。

ii）目前市场流行说法的新型电池，离实现装车要求会更远。

iii）其他实现过装车的老电池，无论如何改进，没有可能再推荐上车了。

5.动力电池测试与评价技术

①研究内容：

研究动力电池关键材料和单体的性能评测方法，构建“材料-电池-性能”闭环联动评价机制；研究电池在全生命周期内电性能、安全性能的演化规律，建立仿真分析技术；开展管理系统的功能评价和性能表征方法的研究，开发软硬件测试设备或装置；研究电池系统的性能评测方法及面向实际工况的可靠性、热安全和功能安全等评价方法，开展电池热失控和热扩散的致灾分析，研究动力电池安全等级分类标准；开展国内外动力电池系统的对标分析，建立动力电池权威测试评价平台和数据库。

②考核指标：

建立动力电池的全面评价体系，包括从材料到系统的电性能测试方法，单体电池在全生命周期的安全性表征方法，管理系统的功能与性能评测方法，动力电池系统面向实际工况的可靠性、热安全与功能安全等评估方法；建立具有国际先进水平的动力电池测试评价平台；在测试评价和动力电池安全等级分类方面形成10项以上标准提案；建立产品数据库，其中电池系统样本数不少于200个。

③笔者解读：

i）研究动力电池关键材料和单体的性能评测方法意义重大，这是电池厂家必须要解决参与的；

ii）整车厂家对这些动力电池关键材料和单体的性能评测方法，主要是了解而已。

三、电池系统技术关键技术发展趋势总结

①乘用车动力电池系统技术关键技术主攻方向，具体是指一体化设计为重心的高安全高比能，关键指标指标为：电池系统的比能量≥210Wh/kg，循环寿命≥1200次（80%放电深度（DOD）。

②客车动力电池系统技术关键技术主攻方向，具体是指分布式化设计为重心的高安全长寿命，关键指标指标为：电池系统的比能量≥170Wh/kg，循环寿命≥3000次（80%DOD）。

③乘用车动力电池系统、客车动力电池系统成本指标是成本≤1.2元/Wh。这个结论是补贴政策再退坡的重要依据。

④乘用车用三元电池，客车主推铁锂电池，是基本态势，客车要求快充，快充时间为：15分钟以下。

⑤高比能锂/硫电池、高比能固态锂电池是下一代电池，目前还没有强调其寿命要求，2018年上规模装车，可能性不大。

⑥电动客车安全是关键指标是：单体热失控后30分钟内系统无起火爆炸。

总结：

①关键技术发展趋势是由有时间节点指标来体现的。一些形容词，可以多次用，但是指标值才是理解和掌握关键技术的核心。

②科技部《新能源汽车2018年重点专项申报指南》是国家级的，其指标值最具有权威性，其他专家（学者）的信息，不代表顶层设计。

来源：第一电动网

作者：雷洪钧

第四篇：晶体硅电池漏电研究

【干货】晶体硅电池漏电都有哪些原因？

2016-01-26

摘要本文描述了晶体硅太阳能电池片局部漏电现象，分析了晶体硅硅片及电池生产过程中可能产生的漏电原因及预防措施。电池生产过程中刻蚀不完全或未刻蚀、点状烧穿和印刷擦片或漏浆等情况会产生漏电，严重影响电池片的品质，另外发现Si3N4颗粒、多晶硅晶界等也有可能造成电池片漏电。

关键词：漏电流;点状烧穿;印刷擦片;刻蚀不完全

太阳能发电由于其具有环保、高效、节能以及取之不尽、用之不竭等特点，已成为新能源中最受瞩目的能源。太阳能电池是一个巨大的半导体二极管，以半导体材料为基础进行能量转换。目前，光伏行业中晶体硅太阳能电池还是占主导位置。晶体硅太阳电池主要分为两种，一种是将圆柱形的单晶硅棒切割成单晶硅片;一种是通过铸锭方式生成多晶硅片。单晶硅棒和多晶铸锭的质量很大程度上可以影响晶体硅电池片的质量。随着晶体硅电池利用的日益广泛，晶体硅太阳电池局部漏电问题逐渐受到人们的关注与重视。因此晶体硅电池漏电原因的分析与讨论成为晶体硅电池研究的热点之一。

在晶体硅太阳电池生产过程中，部分晶体硅太阳电池难免会因为各种原因导致局部漏电，甚至短路。晶体硅片在制作生产过程中导致局部漏电主要原因为1)通过PN结的漏电流;2)沿电池边缘的表面漏电流;3)金属化处理后沿着微观裂纹或晶界形成的微观通道的漏电流[1]。本文主要探究了晶体硅电池漏电的原因，并进行具体分析。

一、晶体硅太阳电池工作原理

如图1所示，当处于开路的情况下，当光生电流和正向电流相等的时候，则由于电子和空穴分别流入N区和P区，使N区的费米能级比P区的费米能级高，在这两个费米能级之间，P-N结两端将建立起稳定的电势差Voc(P区为正,N区为负)。如果将外电路短路，则外电路中就有与入射光能量成正比的光电流流过，这个电流称作短路电流，只要光生电流不停止，就会有源源不断的电流通过电路，P-N结起到了一个电源的作用。这就是太阳能电池的工作原理[2]。来源：Solarbe 作者：李吉，靳迎松，严金梅，王惠，麻增智，赵江雷

图2是利用P/N结光生伏特效应做成的理想光电池的等效电路图。

图中把光照下的p-n结看作一个理想二极管和恒流源并联，恒流源的电流即为光生电流IL，由于前面和背面的电极和接触，以及材料本身具有一定的电阻率，基区和顶层都不可避免的要引入附加电阻。流经负载的电流，经过它们时，必然引起损耗。在等效电路中，可将它们的总效果用一个串联电阻RS来表示。由于电池边沿的漏电和制作金属化电极时，在电池的微裂纹、划痕等处形成的金属桥漏电等，使一部分本应通过负载的电流短路，这种作用的大小可用一并联电阻RSH来等效。本文主要研究的就是在实际太阳电池生产中的漏电原因[3]。

二、晶体硅太阳电池漏电分析

从晶体硅太阳电池生产工艺流程看，以下几个因素与电池片漏电有关：1)刻蚀不完全或未刻蚀;2)点状烧穿;3)印刷擦片或漏浆。对上述三方面进行实验研究，在研究过程中发现除了以上三种漏电原因外，还有Si3N4颗粒、多晶晶界等也会造成电池片漏电[4,5]。

1刻蚀不完全或未刻蚀造成的漏电

扩散工艺中在硅片的上表面和周边都扩散上了N型结，如果不去除周边的N型结会导致电池片正负极被周边的N型结联接起来，使电池正负极接通，起不到电池的作用了，我们用等离子刻蚀去除太阳能电池的周边结，其腐蚀反应方程为：

CF4------C+4F*(1)Si+4F------SiF4* ↑(2)

等离子体刻蚀是采用高频辉光放电反应，使反应气体激活成活性粒子，如原子或游离基，这些活性粒子扩散到需刻蚀的部位，在那里与被刻蚀材料进行反应，形成挥发性生成物而被去除。

如果硅片未刻蚀或刻蚀不完全没有及时发现，并且下传印刷，将产生局部漏电的电池片，我们可以通过IR红外热成像仪，判断局部漏电硅片是否刻蚀原因产生的。

IR红外热成像仪的工作原理是在连接电池片的正负极时，使电池片上会形成一个电流回路，当有区域漏电时，该区域的电流就会特别大，产生的热量就会比较多，红外成像仪可以根据硅片表面产生的不同热量转换为电信号，进而在显示器上形成热图像，可以对发热的异常区域进行准确的识别。

刻蚀不完全或未刻蚀的硅片在IR下表现为电池片边缘发红，如图3所示。刻蚀不完全或未刻蚀的电池片在进行四周打磨后漏电流会减少到2A以下，如表1所示。

以上几点可以判断为刻蚀不完全或未刻蚀造成的。刻蚀不完全主要是由于硅片边结由于设备原因或人为原因未去除干净，导致漏电过大的异常现象主要有以下原因：1)刻蚀功率过小;2)刻蚀时间不足;3)刻蚀压力波动导致刻蚀不均;4)刻蚀时机台故障，以致刻蚀未进行完全;5)刻蚀时，硅片底部托盘未旋转，导致刻蚀不均;6)人为原因，将未刻蚀硅片下传;针对以上原因需要加强刻蚀机的监控，增加人员的责任意识。

2点状烧穿造成的漏电

点状烧穿通常意义上指IR拍摄出呈现点状发红的漏电现象，具体表现如图4所示，其主要由以下三种因素引起，1)隐裂引起的点状烧穿;2)微隐裂引起的点状烧穿;3)未知因素引起的点状烧穿。

隐裂引起的点状烧穿主要有两种方式产生，1)扩散前隐裂即在扩散步磷源顺着裂缝扩散，从而导致上下导通，产生点状烧穿;2)印刷前隐裂即在印刷过程中，浆料恰巧印过裂缝，银浆通过裂缝渗透到背面产生点状烧穿。对于由隐裂而产生的点状烧穿，我们必须规范生产现场操作，尽量避免产生隐裂片的可能。比如装舟卸舟时轻拿轻放，保持印刷机台干净平整等等。

微隐裂引起的点状烧穿主要是因为硅片本身晶体结构存在缺陷，在烧结过程中会破坏晶体结构，银浆顺着晶界渗透至基区，从而产生漏电。我们通常也称此现象为微隐裂。判断是硅片本身的缺陷还是晶体硅电池生产过程中导致的点状烧穿，我们需要借助扫描电镜进行分析。

由扫描电镜即扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope，简称SEM)，主要用于观察样品的表面形貌、割裂面结构、管腔内表面的结构等，所获得的图像立体感强，可用来观察样品的各种形貌特征。

由SEM图片可知：微隐裂正面与背面均存在凹槽缺陷，导致点状烧穿，如图5所示。对于此类由晶体缺陷引起的点状烧穿，如果要降低其产生的可能性，则需要在进料时加一道检测工序，测量每片原料片的少子寿命分布，剔除异常片。但该工序费时费力，可行性有待进一步商榷。

3擦片或漏浆造成的漏电

擦片主要是指在印刷过程中出现的印刷不良片用酒精等将栅线擦拭干净后重新印刷的电池片。这些电池片如果没有处理好，可以看到如图6所示的形貌。在显微镜下观察可以看到还有部分浆料残留在硅片表面，IR图像显示有大面积漏电，EL图像显示表面有大面积污染，SEM图像显示可以看到密密麻麻的细点，这些细点即为银浆，在擦片的过程中银浆渗进电池片里;小颗粒银浆是团状银浆在烧结过程中形成玻璃态造成的大面积漏电。

造成擦片漏电的原因主要为人为操作不规范导致的，1)人为的擦片破坏Si3N4膜面，使Si3N4钝化效果失效;2)绒面凸起部分在人为摩擦过程中极易受损，使电池片p型裸露，印刷后直接与金属电极导通发生短路;3)即使擦片后表观看来已无浆料，但仍会有少量浆料残留在绒面凹陷处，烧结后成为金属复合中心，降低少子寿命，漏电明显增大;4)擦片过程中难免使电池片四周沾到浆料，造成pn结导通，发生漏电。

漏浆主要包含边缘漏浆和表面漏浆两种，边缘漏浆是指电池片四周沾到浆料，造成pn型导通，发生漏电如图7所示;边缘漏浆和刻蚀不完全只看IR图像很难区分，必须在SEM或者基恩士下观察方能准确判断。

表面漏浆是指电池片在印刷前有隐裂，印刷时隐裂处沾染上铝浆，烧结时铝浆随银浆一起被烧进PN结，而导致PN结被烧穿，引起的漏电如图8所示。平面图上明显看到浆料(红色线条包围的区域)，这些浆料以铝浆为主。其他原因造成的漏电

Si3N4颗粒有可能造成漏电如图9所示，Si3N4颗粒主要来源：1)铸造多晶硅时在坩埚表面喷涂的Si3N4脱落融入硅锭所致;2)镀膜时SiH4的含量偏高，形成Si3N4颗粒。Si3N4颗粒的晶粒贯穿电池片的层错，使PN结导通而导致漏电。

晶界缺陷有可能造成漏电如图10所示，其原因主要为1)杂质原子容易在晶界位置集中，形成各类缺陷和复合中心;2)高温扩散的原子也容易沿着位错和晶界形成微小的桥路漏电。

三、结论

分析了晶体硅硅片及电池生产阶段可能产生的漏电原因及预防措施。在电池生产过程中产生漏电的主要原因为：1)刻蚀不完全或未刻蚀 2)点状烧穿3)印刷擦片或漏浆等，严重影响电池片的品质。在分析过程中还发现Si3N4颗粒、多晶晶界等也有可能造成电池片漏电，在以后的研究中也需要重点关注。

参考文献

[1] 曹泽淳.国产太阳电池并联电阻的研究.中国太阳能学会第一届光伏会.北京.1983

[2] 马丁•格林.太阳电池工作原理、工艺和系统的应用[M].北京:.电子工业出版社,1987,98-103.[3] 刘恩科,朱秉升,罗晋升,等.半导体物理学[M]:第6版.北京:电子工业出版社,2006:151-164.[4] Breitenstein O, Rakotoniaina JP, Al Rifai MH.Quantitative evaluation of shunts in solar cells by lock-in thermography.Progress in Photovoltaics: Research and Applications 2003;11: 512–526.[5] Breitenstein O, Langenkamp M, Lang O, Schirrmacher A.Shunts due to laser scribing of solar cells evaluated by highlysensitive lock-in thermography.Solar Energy Materials and Solar Cells 2001;65: 55–62.

第五篇：水果电池的研究

水果电池的研究》教案

活动内容

小学六年级综合实践活动（课程资源开发）；研究性学习。活动目标

1.科学探究：学会制作简单的水果电池；初步尝试画简单的电路图。

2.科学知识：知道电池的组成。

3.情感态度价值观：形成合作与分享的意识；初步意识到科学研究的严谨性。

4.培养学生简单的科学研究能力和创新实践能力。活动过程

一、活动启动阶段

师：同学们，在日常生活中，你见过哪些电池？收集了哪些电池？

（干电池、钮扣电池、锂电池）

师：你知道电池是怎么发明的吗？

介绍相关知识。(关键词：1800年；意大利；伏打；伏打电池)

师：我们今天这堂课，就来创造个小电池，做一个有趣的“水果电池”。

二、实验探究阶段

1、教师当场示范制作水果电池，边出示材料，边介绍。

分别介绍电流表、导线、鳄鱼夹、金属片。

电流表：很多科学实验中都会用到它，它的上面一部分可以显示出电流强度，下面几个是接线柱，今天我们就使用两边的接线柱，一个黑，一个红。电流表它能帮助我们测出今天的水果电池有没有电，电流有多大。

金属片，银白色的这块是锌片，褐色的这块是铜片。使用时我们把两根导线的鳄鱼夹分别接在电流表的两个接柱上，再把它们的另一头夹住住两块金属片。这样我们的初步工作就完成了。

2、学生用鳄鱼夹把电流表和金属片连接好。

3、教师往水果里插入铜片和锌片，电流表指针发生偏转。

4.学生尝试。

温馨提示：①实验时要小心，注意安全；②要爱护实验器材。

观察电流表，发现什么情况，读一读电流有几格。

出现3种情况：指针偏向正极，指针偏向负极，指针不偏转。

4、学生质疑。

如果出现指针不偏转的情况，是因为短路，两块电极板碰到一起了，可以让其他成功组的学生找一找病因，然后纠正。

说一说，为什么有的指针偏向正极，有的偏向右极。

比较两种不同结果两组的接线方法。

原因：偏向正的应是负接线柱（黑柱）接锌片，正接线柱（红柱）接铜片。偏向负的为接反了。然后调整。

5、提出疑问：这真的是电吗？

用音乐小喇叭（来自新年卡上）来验证。水果电池产生的电，足以使音乐小喇叭发出声音。

学生画，师巡回指导，然后将画得好的投影仪上展示，并请学生来说一说。（师在学生的画上用不同颜色标出来各部分，并指出：这是电路实物图，随着我们学习的深入，我们以后可以用符号来画，那时，就是电路图了。）

2、讲解水果电池的组成

师：我们刚才动手做了实验，又画了图，那么你觉得我们的水果电池可能分成几部分呢？（金属片，水果，电流表和导线）

师：是的，我们分别把它们称作电极板、电解质溶液、外电路。

3、师：你觉得这三个概念，理解最困难的是哪一个？（电解质溶液）

出示资料卡：什么是电解质；什么是电解质溶液。

4、师：现在你们对电解质溶液一定有所了解了！那么大家估计一下，大概还有哪些东西我们也可以来制作这样的电池？（梨、桔子、萝卜、土豆等）其实不只是水果蔬菜可以制作电池，你们，老师，一个个活生生的人也可以是一个电池。人也可做成电池？你有办法吗？我们怎么把电极板和人连起来？

方法：

1、双手捏住电极板。

2、将电极放到舌头上。

（这时，要注意卫生，当心短路。舌头感觉。）

四、实验拓展阶段

1、师：我们已经做了一组苹果做成的水果电池，细心的同学们不知有没有发现，它们产生的电流都一样大吗？（不一样）

师：你认为可能和什么因素有关，（学生会说很多）我们一边实验，一边可以填写这种实验记录单。大家经过实验，经过讨论，可以把实验的现象，研究的结论记录下来。

2、学生做各种电池实验，并填单。

汇报，各小组推荐一名同学来说一说研究成果。

3、师：大家都玩过玩具电动汽车吧！有的电池只要一节，有的会要两节、四节甚至更多，电池的多少会影响它们吗？那么我们的水果电池如果一个一个联起来，估计它的能量会怎么样？（课外研究课题）

五、活动总结阶段

师：同学们，科学是十分严谨的，就以一个小小的水果电池来说，我们做得可能不一定完美，因为很多不确定因素会影响实验结果。所以做实验时我们要细致、严谨。

师：我们今天做了水果电池，也研究了它们的一些小秘密，你认为有什么收获吗？

师：我们下课后可以结合今天的活动，继续研究其他水果电池，通过上网查找资料，或阅读书籍，来写写科技小日记，或者科技小论文。我想，这样会很意义的。