透析电池材料把脉新兴产业发展
——2011锂电池关键材料技术与产业投资论坛专题报道
□  中国化信储能材料信息研究中心
     编者按：锂离子电池材料作为精细化工产业的高附加值外延，近年来步入了发展的快车道。正如很多新兴
产业的发展一样，前进的道路必定不会一马平川，在消费市场还不明朗的情况下，上游的材料产业已经好似一匹
脱缰的野马，率先冲上了跑道，这种违背产业发展规律的“超前”究竟会给行业带来什么？…… 10月28～30
日，由中国化信储能材料信息研究中心与《中国化工信息》周刊编辑部联合举办的“2011锂电池关键材料技术与
产业投资论坛”成功召开，来自汽车、储能、电动自行车、标准化、电池制造、有色金属、锂电关键材料、化工
以及投融资界的各路精英齐聚一堂，共同探讨和发掘产业的现状、问题和机遇。

消费市场含金几何？
    ●怪圈——最现实的市场反而最不受重视
    1. 汽车：政策已明朗，前景仍存疑  电动汽车的诞生早于内燃机汽车，虽然产业发展经历了几起几落，但
依然未能走向前台，最关键的还是受到了电池技术的制约，一方面受制于容量密度等性能因素，一方面是成本太
高使得市场难以接受。自2005年尤其是2008年以来，随着电池技术的快速发展，国际上又形成了新一轮的电动
汽车发展热潮，我国自然也不例外。国家自“八五”时期就已开始支持电动汽车的研发工作，进入“十五”、“十
一五”时期以后，投入开始加大，这一阶段的大量投入催生了我国从关键零部件到整车的完整产业体系，同时，
示范运营网络、标准化建设也都取得了很大成绩。随着2010年9月国务院将新能源汽车产业纳入现阶段重点培
育的七个战略性新兴产业之一，使其一举上升到了国家战略的高度。自2010年4月启动的《节能与新能源汽车
产业发展规划（2011～2020年）》制定工作已进入报批阶段，目前虽未正式公布，但基本的发展指导路线已经明
朗，即以纯电动汽车为主要战略取向，发展纯电动汽车与插电式混合动力汽车的同时，大力推广节能汽车（Hybrid
Electric Vehicle，HEV）。规划提出今后十年的发展目标是：2015年全社会新能源汽车保有量达50万辆，2020
年保有量达到500万辆，可以说蓝图已经绘就。然而，目前虽然在示范运营和种种财税政策的推动下，新能源汽
车已逐步走向了市场，但是消费者的反响却并不强烈，一方面是技术还不太成熟，另一方面充电基础设施建设的
滞后也影响了汽车尤其是乘用车的推广速度。从发展规律上来看，技术的改进并不是一日之功，同时又由于利益
协调机制的缺失，充电设施建设仍然陷入僵局，因此近几年内，这一市场对于电池需求的拉动将十分有限。即便
如此，成熟度更高，市场切入更为简单的节能汽车（HEV）却依然没有得到应有的重视。
    2. 储能：有望先于汽车产业爆发  储能作为锂离子电池的另一大潜在市场，似乎一直较为沉寂，但国内快
速发展的风电与太阳能等可再生能源产业已经使得这一市场的轮廓明晰起来。在保证安全性的前提下，为提高电
力系统的设备资产利用率，储能电站对于电池系统的循环寿命更为关注，再加上我国风能、太阳能资源较为集中
的地区并不缺乏土地资源，因此对储能系统的能量密度要求就淡化了。故从储能角度来说，其对电池的要求远不
及汽车领域那么严苛。从技术经济角度来考察，若电池系统能满足每kWh造价1500元，同时循环寿命达5000次
以上（即每kWh/次造价0.3元），这将成为锂离子电池在储能产业中实现大规模应用的拐点。目前最有希望得到
应用的是三元-钛酸锂体系，相关样品的测试结果表明，2500次循环后，电池性能仅衰减5%～6%，预计循环寿命
有望达到8000～1万次，但由于生产工艺和规模的限制，该体系的材料成本还比较高，但由于其并不使用贵金属，
不会出现不可抗拒的成本因素，因此未来材料价格的下降空间很大，应用市场将有望快速崛起。
    3.电动自行车：草根产业撑起巨大市场  电动自行车作为自行车的延伸，从一开始就植根于大众，它的出现
极大地丰富了普通民众的出行选择。由于其物美价廉，具备环保的特性，因此在过去的几年中得到了快速普及，
按最新统计，我国电动自行车社会保有量已经达到1.3亿辆。按国家统计局数字测算，截至2011年3月全国每
百户城镇居民的电动自行车保有量已经达到32辆，普及率最高的江苏省，这一数字已经达到79辆。在强劲的消
费增长的带动下，2010年我国电动自行车产量达到2954万辆，出口约58万辆（见表1），生产厂家也达到了几
百家之多，但其中使用锂离子电池的电动自行车产量仅仅占到了全部产量的1/40左右。
　　虽然不少中小型铅酸电池企业在今年受到了九部委联合停产整顿措施的波及，市场上电池价格有所上涨，但
是和锂离子电池相比，铅酸电池的价格仍具有较大优势。作为大众消费品，消费者对于电动自行车的价格敏感度
始终处于比较高的水平。
　　从技术角度看，锂电池电动自行车有其突出的优点：比能量高、能满足深充深放的要求、充电时间短、节能
轻便、节省道路资源、产品附加值高。但部分电动自行车企业考虑到成本因素，在电池选用方面以次充好，不仅
给锂离子电池造成了不良的口碑，也影响了消费者的选择。此外，电池生产商在设计过程中未能考虑到自行车使
用的工况，导致了产品性能难以充分发挥，再加上车辆企业和锂电池企业沟通不足，电池标准化尚有难度，使得
后续维护成本也较高，种种因素都制约了锂离子电池在此领域的应用推广。因此，行业建议今后应考虑明确将锂
电池电动自行车纳入新能源产业政策支持范围，在税收减免、技术改造、财政补贴等方面对生产企业进行支持；
同时，参考欧美一些发达国家的做法，借鉴家电下乡的模式，在一定时期内对购买锂电池电动自行车的消费者给
予直接补贴。据报道，法国巴黎居民购买总价400欧元以下的电动自行车，可以享受到售价25%的补贴，意大利
对电动自行车实行30%的消费税减免，中国台湾地区对于消费者购买锂离子电池电动自行车给予3000新台币的补
贴。此外，要鼓励和支持锂电池和电动自行车行业发展技术联盟等公共服务平台，对共性关键技术开展联合攻关，
完善电动自行车用电池技术标准的制定。
            表1  2002～2010年我国电动自行车产量     万辆
年份    2002    2003    2004    2005    2006    2007    2008    2009    2010
产量    159.5     399.7     675.7     1211     1950     2138     2188     2369     2954

标准化进程加快，统一有难度
    ●标准就是话语权
    目前我国电池产品规格尺寸的标准化尚不完善。由中国汽车技术研究中心牵头的动力电池标准制定工作，也
将目光聚焦到了这一问题。ISO16898，即关于电池单体规格尺寸要求的国际标准正在制定之中，此前，国内对于
电动汽车用动力电池的规格尺寸已经出台了行业标准，在此标准之后，IEC与ISO两大国际标准组织经过协商，
决定由德国牵头，共同起草此项规格尺寸方面的提案，德国依照国内产品的情况，提出了11款主要的电池产品
的规格尺寸和容量的建议，随后日、韩两国就提出了异议，我国的标准组织也根据国内实际情况向国际标准组织
提交了产品的尺寸规格建议，希望谋求话语权。与此同时，我国充电接口方面的标准已经进入报批阶段，其充电
接口的公头母头与德国标准恰恰相反，这也曾引起了一些争议，可以说标准的争夺实际上是话语权的战场。

磷酸铁锂的是与非
    ●“短板效应”决定材料前途
　　磷酸铁锂材料绝对是目前的市场明星，在中国大陆和中国台湾地区发展很快。上世纪90年代，Goodenough
研究组率先发现该材料，其优点是材料的结构稳定性和热稳定性好、循环寿命长，但由于材料本身电导率极低，
故随后的研究主要集中于改善其固有缺点，碳包覆等专利则应运而生。进入到本世纪以来，材料在掺杂方面的研
究取得了重要进展，美国Valence公司在材料中掺杂镁取得了很明显的效果，美国A123公司在材料颗粒的纳米
化方面也取得了重要成果。
　　然而，就是这样一个明星材料，却始终没有进入世界主流电动汽车生产商的视野之内，在磷酸铁锂产业化水
平最高的美国，DOE（美国能源部）也未明确地对磷酸铁锂材料的应用给予支持。但自2004年美国A123公司研
发的“铁电池”进入我国开始，磷酸铁锂的产业化得到了各个层面的热烈响应，核心技术与专利的缺失也没有及
时冷却这股热情。此前有专家分析，日本执着于锰系材料而不推进磷酸铁锂的产业化主要是受专利问题的影响，
但一向重视技术的日本企业实际上有更为合理的解释，由于磷酸铁锂在强的还原气氛下合成，一般都会产生微量
的单质铁，而且很难完全去除干净，又因为固相反应缓慢且不完全的特点，使得微量Fe2O3同样很难完全消除。
美国阿贡国家实验室的研究结果表明，材料在高温下循环的条件下，磷酸铁锂体系中负极表面测到的铁单质含量
要比锰酸锂体系在同一位置测到的锰含量高1～2个数量级，而铁枝晶在负极表面的生长速度比锂枝晶要快得多，
故更容易刺破隔膜造成内部微短路，从而引发安全事故。目前示范运营中出现的很多安全事故，都是磷酸铁锂电
池使然。
　　从产业化方面来讲，材料能不能成为产品，通常由材料是否具有不可弥补的缺点决定的，即“短板效应”。
虽然磷酸铁锂材料具有十分突出的优点，但其固有缺陷使得它在今后的动力汽车领域的应用前景黯淡。磷酸铁锂
电池是目前几种正极材料锂电池体系中能量密度最低的，同时，磷酸铁锂材料和磷酸铁锂电池也是几种正极材料
体系中制备工艺最复杂、成本最高的，且包覆碳的产品的批次一致性问题在理论上就无法克服，低温性能差的弱
势也难以扭转。因此，将磷酸铁锂作为主导路线，其合理性还有待商榷。

未来材料的竞技场
    ●亮点各有侧重
    1. 卤水提锂  目前限制我国电池材料上游碳酸锂原料发展的卤水提锂技术已经获得突破，由于此前存在技
术壁垒，国内碳酸锂厂商只得舍近求远，通过进口澳大利亚锂辉石矿提取碳酸锂，成本接近3万元/t。佛山照明
集团引进吸收俄罗斯技术突破了卤水提锂的技术瓶颈，使国内电池级碳酸锂的价格下降到1.7～1.8万/t左右，
该公司未来几年有望迅速实现万吨级产能，国外主要碳酸锂生产厂家产量见表2。
    2. 正极  日本新能源产业技术综合开发机构(NEDO)在2009年发布了下一代电池技术路线图，提出下一代锂
电的能量密度在2030年应达到700Wh/kg的目标。实际上，路线图提出的目标很大程度上仅仅是一种设想，而我
国类似的规划提出的目标则更为实际。《节能与新能源汽车产业规划(2011～2020年)》提出，到2020年动力电池
系统能量密度要达到200Wh/kg以上，而目前磷酸铁锂电池的能量密度仅为120Wh/kg左右。围绕这个指标，正极
材料应如何面对？青岛新正锂业的孙玉城总经理认为，目前最为现实的途径是在富锂材料的基础上，努力将正极
材料的能量密度提高到250Wh/kg以上，压实密度提高到3.5～3.6g/cm3以上，再辅以更高性能的负极与电解液，
那么在未来的5～10年里，动力电池系统能量密度将有望在现有的水平上翻一番，胜任电动汽车的应用需求。
　　目前，正极材料的制备技术已经进展到微观组织的形貌和材料表面性质的控制方面，力求获得更为良好的物
理性能和电化学性能。分析今后的趋势，钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂都已经接近能量密度的极限，提升空间已经
不大；镍钴锰三元材料正在着手改进固有的压实密度低的问题，今后还将逐渐向高电压方向发展；层状富锂高锰
材料的研究自去年起开始升温，制备技术基本采用液相共沉淀法，与国外技术差距不大，但同镍钴锰三元材料一
样，压实密度低同样是制约产业化的瓶颈，今后高容量、高密度化和低成本是富锂材料的重要发展方向。
    3. 负极  新型硅基储锂材料的理论比容量是现有负极材料，如石墨类和钛酸锂的10倍左右，且硅基材料摆
脱了石墨表面容易析出锂枝晶的问题，安全性更好，这些特点也引起了产业界的关注。现阶段制约硅基负极应用
的关键问题在于材料的体积膨胀效应，石墨类材料的体积效应仅有19%左右（即满充锂时，负极材料体积较未充
锂时大19%），而纯硅粉达到了300%，如此高的体积效应容易使材料颗粒脱离电接触，导致电极性能与寿命大幅
度降低。现有的研究工作主要致力于从硅基材料结构和粘结剂方面改善其体积效应。
　　产业方面，日立麦克赛尔开发出了含硅负极材料，生产容量比该公司原产品提高10％的新型锂离子电池，并
于2010年6月开始面向智能手机供货。但此材料仍以石墨体系为主，其中掺入少量的硅，帮助体系提高性能；
三井金属（Mitsui Kinzoku）的SILX?誖硅负极技术，采用金属铜作为导电支撑材料，5次循环后的比容量能达
到670Wh/L，300次循环后仍能保持85%的容量。其他公司，如Panasonic基于硅负极的4.0Ah 18650电池预计于
2013年下半年商业化；SDI公司基于硅负极的电池也已完成研发，预计2012年量产。国内杉杉科技等企业也在
进行研究工作，但整体来说该材料仍在试制阶段，离批量生产仍有距离。
    4. 电解液  目前国内电解液行业规模逐年扩大，产能过剩已显端倪，高端电解液的性能与日韩还有较大差
距，电解液生产技术和工艺的研发实力整体偏弱，产品低端化、同质化现象比较严重，电解质（六氟磷酸锂盐）
也受制于日本。表3给出的是2010年国内主要电解液制造商产品销量及电解质盐用量，随着市场参与者的增加，
可以看出国内同行业的竞争已日趋激烈。今后，电解液产品的质量与种类也将提档升级，其研究方向和热点将主
要集中在长循环寿命、高电压、阻燃电解液；氟代溶剂、添加剂；离子液体；新型锂盐和电解液精细化工工艺研
究等方面。
    5. 隔膜  隔膜作为正负极电子的导通通道，同时也是短路时关闭的绝缘体，在电池安全性方面起到了重要
的作用。目前大多数采用PP、PE等聚烯烃基材，然而在动力电池领域，一般聚烯烃材料在熔点与强度方面的劣
势暴露无遗。日本日立麦克赛尔公司与宇部兴产（UBE）成立的合资公司推出了一种新型陶瓷复合隔膜，受到了
业界的广泛关注。该材料将耐高温的无机涂层（Al2O3）涂覆在隔膜的两面，以达到耐高温和抗穿刺的作用。上
海贯裕能源科技有限公司目前正与日本某材料商社合作，投入陶瓷涂层应用开发；深圳星源材质科技股份有限公
司目前也正在着手研制类似陶瓷复合隔膜产品。
　　此外，今年8月份正式投产的天津东皋膜技术有限公司，采用“湿法”同步双向拉伸工艺，以超高分子量聚
乙烯树脂为基材开发出了新型纳米级微多孔隔膜，产品力学性能优越。针对动力电池隔膜的特点，该公司采用双
层共挤“橡／塑”复合材料专利的纳米微孔隔膜现正在研发过程中，产品能够帮助动力电池提升安全性能和循环
性能且规模化制备成本可控，具有较好的市场前景。

      表2  国外主要碳酸锂生产厂家产量    万t
公司名称   2006年  2007年  2008年  2009年  2010年
SQM            2.80    2.80     3.40     3.80      3.80
FMC            2.00    2.00     2.00     2.25      2.50
Chemetall    1.60    1.80     2.00     2.30      2.30

表3  2010年国内主要电解液制造商产品销量及电解质盐用量     t
电解液制造商     电解液销售量     LiPF6用量
国泰华荣             3400             370
新宙邦科技             2200             265
东莞杉杉             2200             265
汕头金光             1000             120
天津金牛             2800             405
广州天赐             1000             120
其他                 3500             420
小计                16100            1965

他山之石
    ●观念更新要及时
  　国内某机构曾对国内外市场上常见的正极材料，如磷酸铁锂、锰酸锂等做了性能的分析比对，结果表明，国
内厂家生产的材料性能与国外厂家的差异不大，但是横向比较来看，材料的批次一致性和加工工艺仍存在较大差
距。这就涉及到了企业管理精细化的问题。韩国企业近年来异军突起，秘诀在于管理的精细化和上下游形成了稳
定的合作关系。从韩国企业崛起的经验中，国内材料企业一方面应认识到加强管理的重要性，研发、生产等环节
的管理都需要加强，同时应明确定位和客户群体；其次，材料行业应主动与电池厂商配合，互通有无，根据应用
情况的变化灵活制定策略；再次，就是改善企业的资金状况，摒弃赊账的营销策略。电池实际上是一种带有安全
机制的物理化学精密元器件，因此电池厂家方面，更要树立设计为先的理念，因为从国外先进的制造理念来看，
优秀的产品品质往往不是通过管控实现的，而是通过设计实现的，应通过把控设计环节，将问题解决在萌芽状态。
此外，通过组立技术给予保障，才能够真正实现高品质电池产品的生产。

    （特别感谢侯福深、赵家生、来小康、郭海燕、王芳、徐京生、夏定国、杨军、宁延生、刘军、闫建忠、郭
营军、孙玉城、陈键、何俊等专家、学者和企业界嘉宾的精彩报告。更深入的报道请参阅《储能·动力电池信息
参考》）