电动汽车电池电机电控产业链调研报告.pdf

第三章第三章 国内外电动汽车电池、电机及电控国内外电动汽车电池、电机及电控 等关键零部件产业调研等关键零部件产业调研 如图 3-1 为电动汽车系统关键零部件互联框图， 电动汽车关键零部件包括电 池、 驱动电机及电控系统等三个主要部分， 简称“三大电”， 本章主要对国内外“三 大电”的生产企业、产品与技术路线进行调研和评析。 电池（含电池管理系统） 功率变换器 DC/DC DC/AC 驱动电机 电压、电流、转速、 转矩等各种传感器 动力电源信号 控制信号流向 档位杆 加速踏板 制动踏板 电动空调 电动助力转向 电动助力制动 电控 图 3-1 电动汽车系统关键零部件互联框图 3.1 3.1 动力电池动力电池产业产业调研调研 动力电池系统由电池电芯和电池管理系统 （Battery Management System, BMS） 组成，主要为纯电动汽车、混合动力汽车及燃料电池汽车等提供动力支持，是电 动汽车的绿色心脏。目前，动力电池无法满足电动汽车大规模应用的首要矛盾在 于能量密度、寿命、经济性三个方面无法取得完美平衡。本节主要对国内外动力 电池产品、电池材料的发展与技术现状进行调研和评析。 3.1.1 动力电池动力电池的的分类分类 目前可以作为车载动力的电池类型很多，主要有铅酸电池、镍氢电池、锂离 子电池（磷酸铁锂动力电池、锰酸锂动力电池、三元复合材料动力电池、钛酸锂 动力电池、硅负极电池等）和燃料电池、超级电容器（锂离子复合超级电容器、 石墨烯超级电容器等）等，如下表 3-1 所示为主要电动汽车用电池的工作原理与 特点， 表 3-2 所示为不同类型锂离子电池与燃料电池性能参数,表 3-3 所示为 HEV 公交车用典型超级电容器的性能指标。 表 3-1 主要电动汽车用电池的工作原理与特点 类型 工作原理 主要特点 铅酸 电池 正极： + 4224 PbSO +2H OPbO +3H +HSO +2e 充电 放电 负极： + 424 PbSO +2H +2ePb+H SO 充电 放电 总反应式： 42224 2PbSO +2H OPbO +Pb+2H SO 充电 放电 性能可靠，价格低廉，技 术成熟，但质量重，过充 电、过放电性能差，在比 能量、深放电循环寿命等 方面不够理想，快速充电 困难，仅应用于速度不 高、线路固定的车辆。 镍氢 电池 正极： 22 Ni(OH)OHNiOOH+H O+e 充电 放电 负极： 2 M+H O+eMH+OH 充电 放电 总反应式： 2 Ni(OH)MNiOOH+MH 充电 放电 高比能量、高比功率、适 合大电流充放电、使用寿 命长、过充电和过放电性 能好且无污染，但具有记 忆效应，在混合动力汽车 中应用较多。 锂离子 电池 正极： + 21 x2 LiCoOLiCoO +xLi +xe 充电 放电 负极： + x6 6C+xLi +xeLi C 充电 放电 总反应式： 21 x26 LiCoO +6CLiCoO +LiC 充电 放电 电压高、比能量高、充放 电寿命长、无记忆效应、 无污染、快速充电、自放 电率低、工作温度范围宽 和安全可靠性高，但耐过 充电能力差，广泛应用于 混合动力和纯电动汽车 中。 超级 电容 利用静电计划电解溶液，通过介质分离正负电 荷的物理储能方法 节能、超长使用寿命、安 全、环保、宽温度范围、 充电快速、无需人工维护 等优点，适用于电动汽车 启动或爬坡运行；缺点： 泄漏，超级电容器安装 位置不合理，容易引起电 解质泄漏等问题，破坏了 电容器的结构性能。电 路。超级电容器仅限于直 流电路的使用，这是由于 与铝电解电容器相比，超 级电容器的内阻更大，不 适合交流电路的运行要 求。价格。由于超级电 容器是新一代高科技产 品，其刚刚推向市场时价 格相对较高，增加了设备 运行的成本投入。 燃料 电池 由阳极、阴极和离子导电的电解质构成，燃料 在阳极氧化，氧化剂在阴极还原，电子从阳极 通过负载流向阴极构成电回路，产生电流。 转换效率高、燃料可适用 范围广，没有尺寸效应， 无运转部件，噪音小，环 保等；成本较高。 表 3-2 不同类型锂离子电池与燃料电池性能参数表 磷酸铁锂 锰酸锂 三元复合材料 钛酸锂 燃料电池 质量比能量 （wh/kg） 100120 80100 150200 6080 500 平台电压 （v） 3.2 3.8 3.6 2.2 0.60.8 工作温度 （） 充电：045 放电：-20 55 充电：040 放电：-20 55 充电：050 放电：-2060 充电：0 45 放 电：-20 60 20205 循环寿命 （次） 2000 次 80%SOC 100%DOD1C/1C 1500 次； 70%SOC、 100%DOD； 1C/1C 2000 次； 80%SOC、 90%DOD；1C/1C 10000 次； 80%SOC、 100%DOD 6C/6C 优点 无毒、无污 染、安全性能 好、寿命长 工艺简单，价 格低廉，充放 电电压高，对 环境友好，安 容量比较高，价 格相对便宜，安 全性比较好，循 环性能优异 循环性能 好，放电电 压平稳，安 全性能好 比能量高， 能量转换率 高，性能稳 定安全性好 全性能优异 缺点 导电性差，振 实密度较低 比容量较低， 高温下容量衰 减较严重 材料的合成相对 困难，材料的电 压平台较低，充 放电效率较低 比容量很 多，导电性 差，振实密 度比较低 成本很高寿 命短，电流 小，比功率 小，难充电 表 3-3 HEV 公交车用典型超级电容器的性能指标 型号 BCAP0010 型号 BCAP0010 电容（F） 2600 峰值电压（V） 2.8 串联电阻（m） 0.7（直流） 额定/最大电流（A） 400/600 连续电压（V） 2.5 循环寿命（次） 510 5 1 1、动力铅酸电池动力铅酸电池 近二十年来，得益于汽车、通信、牵引车辆等的市场快速增长需求，铅酸电 池在我国电池产业中所占比例最高。从技术上看，我国铅酸电池技术发展从无到 有， 通过自主开发和引进技术， 在我国已形成了一个独特的铅酸电池分支产业群。 随着技术的进步，铅酸电池的污染已经变得很小，同时，铅酸电池相比锂离 子电池成本优势明显，目前，铅酸电池除已广泛应用于通信、电力、不间断电源 （UPS）与机车外，也已经成为电动自行车与微型/低速电动汽车的动力电池。 2 2、磷酸铁锂电池、磷酸铁锂电池 磷酸铁锂动力电池主要以美国的 A123 和中国的比亚迪、力神、中航锂电等 企业为代表。A123 磷酸铁锂动力电池是采用纳米电子技术生产，单体最大可持 续充电倍率为 1.3C，30C 的放电倍率，持续放电电流 6070A，瞬间放电倍率为 50C，使用温度范围-30至 60，循环寿命高达 2000 次以上。随着生产设备和 工艺的提高，比亚迪 3.2V/200Ah 磷酸铁锂电池的能量密度目前已经逐渐提升到 了 135Wh/kg，与此同时，磷酸铁锂电池一致性也明显提高。 2013 年深圳投入 580 辆 K9 纯电动汽车，总电量为 324kWh，电池系统质量 能量密度为 80wh/kg，最大可持续充电电流为 1C，最大可持续放电电流为 2C。 中 航 锂 电 目 前 所 生 产 的 电 芯 容 量 为 10Ah 500Ah ， 循 环 2000 次 （70%SOC,100%DOD） ， 成组后最大可持续充电倍率为 0.8C， 成组后质量密度为 80Wh/Kg。根据节能与电动汽车产业发展规划的要求，截止到 2015 年，动 力电池模块比能量达到 150Wh/kg 以上。由于磷酸铁锂能量密度低，所以无法满 足电动汽车未来的发展需要。 3 3、三元电池、三元电池 此种电池电芯由三元材料制成，具有高度安全性、优异的电压一致性和长循 环寿命。三元材料是最近几年发展起来的新型锂电正极材料，具有容量高、成本 低、安全性好等优异特性，其在小型锂电中逐步占据一定的市场份额，并在动力 锂电领域具有良好的发展前景。三元材料综合了钴酸锂、镍酸锂和锰酸锂三类材 料的优点，具有价格优势，成为最具潜力的替代钴酸锂的正极材料。 特斯拉采用了松下的“18650 型”镍钴酸锂三元电池 NCR18650，该电池的 名义伏特数为 3.6V，名义最小容量为 2.750AH，重量为 45.5g，电芯的能量密度 为 220Wh/kg。特斯拉对松下 NCR18650 电池的耐久性测试，发现即便是经历了 2600 次的充放电循环，电池仍保持了 70%的容量。 4 4、锰酸锂电池、锰酸锂电池 中信国安盟固利主要以锰酸锂电池为主， 生产的车用锂离子动力电池单体容 量为 90Ah、 35Ah 和 8Ah。 以 35Ah 电芯为例， 电芯能量密度为 120Wh/kg 左右， 最大充电电流为 4C，最大可持续放电电流为 8C，1C 满电充放电循环 2000 次以 后，剩余容量不低于 70%。组装成 355V/70Ah 动力电池系统以后，电池系统能 量密度为 90Wh/kg 左右，最大充电电流为 2.5C，最大可持续放电电流为 2.5C。 5 5、钛酸锂电池、钛酸锂电池 虽然钛酸锂电池能量密度降低， 但它的倍率性能和安全性能优越于其他各种 动力电池，也将是未来的一种发展方向。目前国内、外钛酸锂动力电池的研究情 况如下：单体质量能量密度可以达到 60Wh/kg，体积能量密度为 200Wh/L；在 6C/6C、 100%DOD、 容量衰减不大于 20%的情况下， 单体电池充电寿命大于 10000 次；最大充电倍率为 6C，最大放电倍率为 12C。 6 6、硅、硅负极电池负极电池 硅负极电池是采用硅为负极材料的锂离子电池， 在理论上的能量密度比碳高 出一个数量级，并具有良好的功率特性，不过因为充放电过程中材料形变大，材 料容易粉化，严重影响使用寿命。业界一直在进行硅负极的改性研究，之前，己 经有厂商采用合金方式掺加而小幅度提高负极特性。2012 年美国斯坦福大学及 斯坦福国家加速器实验室的学者联合开发出一种全新结构的锂离子电池用硅负 极，使用硅负极材料的锂离子电池具有比容量高、寿命长等特性。 采用硅合金负极材料的电池已经有日本公司量产， 但是目前仍只是小幅度提 升能量密度指标。2010 年，市场曾经流传 Tesla 计划采用的硅负极的松下电池， 这可能表明硅负极距离产业化比较接近。 有技术潜力的硅负极发展方向包括硅纳 米颗粒碳包裹技术、硅单晶技术等，这些技术的关键都在于解决内部应力对硅结 构的破坏。 硅负极电池能够解决动力电池瓶颈， 其理论的能量密度可以解决目前制约电 动车普及的续航里程问题，理论上可广泛适用于各类新能源汽车应用。 7 7、动力镍氢电池动力镍氢电池 我国氢镍电池产业规模较小，相关电池数量仅有几十家，其中涉及动力电池 的主要有湖南科力远、江苏春兰、湖南神力及上海万宏等企业。此外，山东淄博 国利公司正在生产公交车用的电容电池也是基于镍氢电池技术发展起来的。 从氢 镍电池产业配套能力看，我国具有了向 HEV 车辆提供高功率氢镍电池产品的配 套能力。 8 8、燃料电池、燃料电池 燃料电池是一种将燃料和氧化剂的化学能通过电极反应直接转换为电能的 装置，是继水力、火力和核能发电之后的第四类发电技术。燃料电池具有能量转 换效率高、使用寿命长、比能量高等优点。燃料电池包括氢燃料电池、甲烷燃料 电池、甲醇燃料电池、固体氧化物燃料电池、熔融盐燃料电池和再生燃料电池。 各种燃料电池的技术发展状况如下表 3-4 所示。 表 3-4 各种燃料电池的技术发展状况 燃料电池 的类型 碱性 燃料电池 （AFC） 磷酸 燃料电池 （PAFC） 熔融碳酸盐 燃料电池 （MCFC） 固体氧化物 燃料电池 （SOFC） 质子交换膜 燃料电池 （PEMFC） 比功率 （W/kg） 35105 100220 3040 1520 3001000 单位面积的功 率（W/cm 2） 0.5 0.1 0.2 0.3 12 燃料种类 H2 天然气、甲 醇、液化石 油气 天然气、液 化石油气 H2、CO、HC H2 氧电极的氧化 物种类 O2 空气 空气 空气 空气 电解质 有腐蚀、 液体氢氧 化钾 有腐蚀、液 体磷酸水溶 液 有腐蚀、液 体碳酸锂/碳 酸钾 无腐蚀、氧 化锆系、陶 瓷系 无腐蚀、固 体稳定氧化 锆系 发电效率 （） 4560 3560 4560 5060 电荷载体 OH H + CO3 2- O - 反应温度 （） 50200 180220 600700 7501000 25105 9 9、锌锌- -空气空气电池电池 锌-空气电池以金属为负极活性物质，以空气中的氧气为正极活性物质，电 解液一般采用碱性或中性的电解质水溶液。锌-空气电池具有高容量、高体积比 能量和质量比能量、 工作电压平稳、 内阻较小和价格低廉等优点。 国际上锌-空气 电池的研制开发已经进入到电动汽车应用阶段， 日本三洋公司采用空气和电解液 受力循环的方法， 研制出 125V/560Ah 的动力型锌-空气电池， 其放电电流密度为 80mA/cm2， 最高可达 130mA/cm2。 以色列 Electeic Fule公司发展的锌-空气电池， 质量比能量可达 175Wh/kg，最大连续放电功率为 45kW，行驶里程（平均时速 70km/h）为 439km。 1010、锂锂- -空气空气电池电池 锂-空气电池是一种非常有前途的电池技术，它可以提供显著提高能量的储 存能力，足以驱动电池行驶里程 500km，接近于汽油车的行驶能力。锂-空气电 池技术 （水系和非水系） 仍然处于初始研发阶段， 在比能量、 安全性和费用方面， 非水系的锂-空气电池表现出潜在的巨大优势。总的来说锂-空气电池有非常高的 理论比能量，在研究的初期阶段，锂-空气电池已经表现出比锂离子电池高出几 个数量级的比能量。 1 11 1、锂离子复合超级电容器锂离子复合超级电容器 这个技术是在超级电容的基础上，有一极采用锂离子的结构，与普通超级电 容比，新结构兼备锂离子电池的结构优势，而提高能量密度。根据正负极置换锂 电池结构不同，这种复合技术又分为锂离子超级电容器和超级电容锂离子电池。 锂离子超级电容保留了超级电容器长寿命的优势（一般而言其寿命在 10 万次以 上） ，借助锂离子结构将电压提高到 3V 以上左右（取决于材料选择和电解液的 选择，目前的超级电容电压在 2.5 或 2.7V） ，这样能量密度可以大幅度提高 1-2 倍（电容器储能=CV2/2） ，预计可以达到 50wh/kg。超级电容锂离子电池则更偏 向锂离子电池，其能量密度略有损失，预计为 90-120wh/kg，但是，功率特性和 循环寿命等指标有明显提升。 锂离子超级电容的通常是电池厂和铝电解电容器厂商涉足， 因为其工艺技术 是这 2 种工艺的结合。有经验的厂商，可以在超级电容和锂离子电池这 2 结构中 灵活设计，在功率密度和能量密度 2 个指标之间权衡，而获得希望技术指标。 超级电容器适合混合动力汽车， 而锂离子超级电容可已将应用领域扩展到中 短距离，可以频繁充电的应用领域，如公交大巴。 1212、石墨烯、石墨烯超级电容器超级电容器 石墨烯超级电容器是采用石墨烯制备电极的超级电容器。 石墨烯独特的二维 结构用于电容器的电极材料，具有导电性好和比表面积高的优点，石墨烯超级电 容在实验室已经具有与锂离子电池相当的能量密度(有报道实验室的能量密度达 到 170Wh/kg)，功率密度方面保持超级电容的特征可以实现快速的充放电。美国 加州大学洛杉矶分柱(UCLA)和日本物质材料研究机构 NIMS）各自都开发出了 使用石墨烯作为电极能量密度与二次电池相当的电容器。 石墨烯超级电容器具有高能量密度， 并通过快速充电的方式可以解决动力电 池瓶颈，如果能够解决成本问题，该技术可广泛适用于各类新船源汽车应用，成 为动力电池的终结技术。 3.1.2 锂离子锂离子动力电池产业链动力电池产业链调研调研 动力电池产业链包括上游电池有色金属材料供应商， 中游电池材料生产商和 下游锂电池生产商。 1 1、上游锂电池材料碳酸锂行业分析上游锂电池材料碳酸锂行业分析 国际上碳酸锂主要生产商有智利的 SQM、美国的 FMC 和德国 Chemtall 合 计年产能为 15 万吨，占全球 70市场份额。由于规模化生产碳酸锂的企业必须 拥有锂资源储量较为丰富的盐湖资源开采权， 这使得该行业具备较高的资源壁垒； 另一方面，由于全球盐湖绝大多数资源都是高镁低锂型，而从高镁低锂老卤中提 纯分离碳酸锂的工艺技术难度很大，之前这些技术仅掌握在少数国外公司手中， 这使得碳酸锂行业又具备了技术壁垒。因此，造就了碳酸锂行业的全球寡头垄断 格局。 在自主研发盐湖提锂、提镁技术及生产工艺的基础上，我国一些大型工业企 业近几年来在扎布耶盐湖和柴达木盆地深处开始建设碳酸锂、 氢氧化镁等化工产 品生产基地。目前国内生产碳酸锂的企业主要集中在西藏矿业、中信国安、西部 矿业集团、青海盐湖集团这四家公司，而西藏矿业和中信国安又占了其中绝大部 分。 2 2、中游电池材料中游电池材料调研调研 锂电池材料可分为电极（正极/负极）材料、隔膜和电解液。正极材料是锂电 池的核心，目前以锰酸锂、镍钴锰锂和磷酸铁锂为主。负极材料则以石墨、固体 碳粒为主。在正负极中间则是电池电解液和隔膜。 在锂电池产业链目前的产能比较中，锂电池正极材料的产能是最小的，这是 整个产业链中最看好的一个环节，目前生产正极材料的企业主要有：中国宝安、 中信国安、斯特兰、贝特瑞、杉杉股份和比亚迪等。 目前磷酸铁锂电池材料的主要竞争厂商来自于美国的 valence、A123 和天津 的斯特兰。 美国 valence 公司 2003 年开始磷酸铁锂的产业化生产， 并且和中国的 部分锂离子电池厂家进行合作，并且以 OEM（Original Equipment Manufacture:原 始设备制造商的缩写，它是指一种代工生产方式，其含义是生产者不直接生产 产品， 而是利用自己掌握的关键的核心技术， 负责设计和开发、 控制销售渠道 ，具体的加工任务交给别的企业去做的方式。 ）方式生产 310AH 的聚合物电 池， 同时在苏州建设生产基地(威能和威泰)， 自己生产聚合物电池。 美国 A123 及 其在华企业威博公司主要从事搀杂金属离子的磷酸铁锂材料的商品化运做， 部分 产品已在台湾的厂家使用。A123 与 valence 类似，也是以 OEM 的方式和国内的 电池厂家进行合作，在常州建设生产基地(高博)。 （1 1）正极材料）正极材料 国内外正极材料主要包括钴酸锂、 三元材料和磷酸铁锂， 以及其他正极材料。 据统计， 中国锂离子电池正极材料市场份额增长迅速， 近几年已占世界 40%以上 的市场份额， 部分厂家的产品实现了出口。 我国正极材料生产商主要有杉杉股份、 当升科技等。如表 3-5 所示为采用石墨负极时各种正极材料的特性。 表 3-5 采用石墨负极时各种正极材料特性 钴酸锂 （LiCoO2） 镍酸锂 （LiNiO2） 锰酸锂 （LiMn2O4） 磷酸铁锂 （LiFePO4） 平均电压（V） 3.7 3.6 3.9 3.4 理论容量（mAhg -1） 274 274 148 169 实际容量（mAhg -1） 140 170 105 150 密度（gcm -3） 5.1 4.8 4.5 3.6 实际能量密度 （Whkg -1/Whdm-3） 524/2690 612/2910 410/1680 470/1850 热稳定性 发热量（J/g） 770(4.2V) 1330(4.2V) 230(4.2V) 150(4.2V) 磷酸盐系列材料磷酸盐系列材料 磷酸盐系列材料由于具有较高的比容量、安全性能、循环寿命以及原材料成 本相对低廉的特点，是电动汽车用锂离子动力电池的主要正极材料之一，主要应 国家是美国和中国，近来，日本也加快了对磷酸铁锂材料及其应用技术的研发工 作。国内生产厂家众多，市场竞争激烈，但是只有少数厂家的产品能够满足车用 动力电池要求。 尖晶石锰酸锂材料尖晶石锰酸锂材料 尖晶石锰酸锂材料具有价格低廉、耐过充性好、放点平台高、倍率性能良好 以及安全性能较好的有点， 被认为是电动汽车锂离子动力电池的理想正极材料之 一，目前已在日本、韩国和中国开始批量生产应用。国内生产企业主要有湖南杉 杉、青岛乾运、河北强能、无锡晶石、北京盟固利等。 三元层状系列材料三元层状系列材料 三元层状系列材料以镍锰或镍钴金属络合离子簇为骨架结构的层状正极材 料。 该材料体系具有良好的结构稳定性和热稳定性能，是下一代高电压体系小型 锂离子电池和中型锂离子动力电池的理想正极材料之一。目前，以三元层状材料 为正极材料的中型锂离子动力电池的技术开发工作在国家电动汽车产业技术创 新工程中得到了大力支持。 （2 2）负极材料）负极材料：石墨为主石墨为主 动力锂离子电池主要采用的负极材料包括人工石墨、天然石墨、中间相碳微 球、硬碳和软碳等。与正极材料相比，负极材料占锂电池成本比重较低，国内已 经实现产业化。 负极材料的生产以日本与中国为主， 约占世界总量的 90%。 目前， 国内负极材料以人造石墨为与天然石墨为主，中间相碳微球（MCMB）次之，硬 碳、软碳、钛酸锂及合金材料得到了初步应用。 我国负极材料生产企业主要有中国宝安（控股贝特瑞） 、杉杉股份；杉杉股 份的下属负极材料厂有上海杉杉，宁波杉杉、郴州杉杉和上海硕能，其综台实力 已经超越贝特瑞，成为国内负极材料的龙头。 （3 3）电解液电解液：国内电池企业的电解液配套已基本实现国产化国内电池企业的电解液配套已基本实现国产化 电解液由电解质锂盐、高纯度的有机溶剂和必要的添加剂等原料组成，对电 池的比容量、工作温度范围、循环效率和安全性能等至关重要。电解液占锂电池 成本为 5-15%，产品毛利率在 25-30%。 电解液企业的核心竞争力在于以添加剂为核心的配方， 电解液行业具有重研 发、轻资产的特点。我国电解液行业，江苏国泰、新宙邦、杉杉股份分列国内前 三。目前江苏国泰是电解液的龙头，但新宙邦近几年发展速度很快，抢占了一系 列优质的客户，先后攻下松下、索尼、三星、LG 国际前四大电芯厂，大有赶超 之势。另外电解液的发展还带动国内六氟磷酸锂的国产化。日前多氟多和九九 久的质量已经接近国际水平。电解质锂盐主要是六氟磷酸锂，占电解液的成本 40%。 以下从以下几个方面介绍电解液的发展情况。 六氟磷酸锂国产化进程加速六氟磷酸锂国产化进程加速：2013 年中国六氟磷酸锂将迎来生产高峰， 销量将超过 3200 吨， 同比增长 130%， 全年预计进口量 300 吨， 同比 2012 年 1000 吨规模大幅下降。 六氟磷酸锂独具的性能优势使得其成为目前电解质的主导品种。 六氟磷酸锂对于水、氟化氢以及金属杂质控制要求及其严格，具有较高的技术壁 垒。 全球来看， 2011 年日本的瑞星化工(Stella)、 森田化学和关东电化是六氟磷 酸锂的主要生产商，占全球产能的 55%左右；而到 2013 年中国国内厂商技术突 破的同时快速扩张产能，行业竞争激烈。龙头企业多氟多、九九久和天津金牛凭 借深厚的技术底蕴和先发优势集中扩产并提升产品品质，预计到 2015 年六氟磷 酸锂中国产能全球占比将达 40%。 六氟磷酸锂行业产能的快速释放带来了行业竞争加剧， 直接导致产品价格快 速下行。但是这种趋势将在 2015 年放缓，产品价格有望在 9 万元/吨处企稳。 从行业特性上看：从行业特性上看：首先行业进入壁垒极高，需要较长时间的技术积累。整个 生产过程涉及高低温、无水无氧操作、高纯精制、强腐蚀，对设备和操作人员要 求高、工艺难度大，需要 5-10 年的技术投入。其次，六氟磷酸锂作为高附加值 的氟化盐产品， 更适合具有深厚氟化工底蕴并具有产业链优势的企业来开发生产。 从价格趋势看从价格趋势看：目前看，国内六氟磷酸需求增速在 30%以上，我们认为下游 3C和动力电池领域的稳步增长， 六氟磷酸锂在 2015年产能释放完毕后价格企稳。 按照完全成本年均降幅在 5%的假设推算，非产业链一体化企业毛利率在 20%，已 经回到通用产品盈利水平，这种盈利水平下日韩企业产品出货量将进一步紧缩， 此时对应的产品价格在 9 万元/吨。 从未来发展趋势看从未来发展趋势看： 随着国产六氟磷酸锂产品品质及一致性的提升， 出口比 例将大幅增加。目前以出口为主的国泰华荣、新宙邦等电解液厂商由于担心国产 电解质得不到国际电芯厂家的认同，所以目前没有大批量使用，但目前看情况正 在发生改变，国产六氟磷酸锂的国际认同度在提升。预计未来三星 SDI、日本松 下、 日本索尼等国际电芯厂出于成本考虑也必然会认可中国产的六氟磷酸锂。同 时以内贸为主的天津金牛、东莞杉杉、广州天赐在使用国产六氟磷酸锂的步伐上 明显较快，基本实现六氟磷酸锂自给自足。 全球电解液产能释放迅猛，中国厂商迅速崛起。电解液国际厂商主要是三菱 化学、宇部兴产、富山药品、韩国旭成和 LG 化学等，国内主要是江苏国泰、东 莞杉杉、新宙邦、天津金牛和广州天赐等。 （4 4）隔膜隔膜：与国外技术领先企业差距较大与国外技术领先企业差距较大 锂电池隔膜是继六氟磷酸锂之后惟一尚未完全国产化的锂电材料， 我国生产 电池隔膜的厚度和孔径的均匀度和国外还存在较大差距，国内所需的隔膜 80 仍由进口满足，现有生产设备为低成本的单层聚烯烃拉伸隔膜生产线，主要供应 中、低端市场，高端产品需依赖进口。 隔膜系锂电材料中技术壁垒最高的一种高附加值材料， 毛利率通常达到 70% 以上，占了锂电池成本的 2030%。全球隔膜供应商主要集中在美日韩，其中， 旭化成、 Celgard 和东燃化学、韩国 SK 目前明显居于垄断地位。国内生产隔膜的 企业中星源科技、金辉高科两家技术相对成熟。 锂离子电池隔膜按制备工艺的不同主要分为干法和湿法两大类， 主要区别在 于隔膜微孔的成孔机理不同。目前国产化的隔膜主要为单层隔膜，分别是单层聚 丙烯隔膜（干法）和单层聚乙烯隔膜（湿法） ，实现了批量生产和销售，产品主 要应用于锂离子低端产品。另外，目前我国隔膜行业已在干法湿法技术上实现突 破，逐步实现产业化，进口替代空间打开。 3 3、下游锂电池生产厂商下游锂电池生产厂商 据德意志银行调研显示，整车企业最愿意与以下 10 家企业合作开发汽车锂 电池：1）Johnson Controls-Saft（美国江森自控和和法国 Saft 的合资公司） ；2） A123 系统公司（由麻省理工学院、通用电气等投资成立，该公司与大陆集团有 合作） ；3）LG 化学（该公司在美国有子公司 Compact Power） ；4) EnerDel（Ener1 和德尔福的合资公司） ；5）AESC（日产和 NEC 的合资公司） ；6）PEVE（丰田 和松下的合资公司） ；7）GS 汤浅；8）日立；9）三洋电机；10）三星。 近几年来，我国的汽车锂电池产业发展十分迅速，主要以磷酸铁锂为主，生 产能力仅次于日本。我国的汽车锂离子电池研发项目一直是国家“863”的重点 项目，大部分材料实现了国产化，国内已自建和引进多条生产线，均已形成大规 模生产。 我国的比亚迪、万向集团、深圳比克电池、天津力神电池与美国迈尔斯的合 资企业等都置身于锂电池的研究。不过，目前国内唯一掌握车用磷酸铁锂电池组 规模化生产技术的企业比亚迪，在世界上处于领先地位。 最近，美国的电池企业也加紧对汽车锂电池的投资，如江森自控动力方案公 司(Johnson Controls Power Solutions)近日称，该公司计划投资 1 亿美元，在美国 加利福尼亚州南部的 Florence 建造可回收汽车电池制造厂。 美国政府也重金资助 Boston-Power 投资电动车电池厂，将在麻省的 Auburn 建立该公司在美国本土的 第一个电动车电池工厂。 3.1.3 国内外主要动力电池生产企业国内外主要动力电池生产企业调研调研 1 1、国内、国内 随着新能源行业大力发展，国内、外动力电池及关键零部件技术整体技术水 平也有大幅提高。国内主要动力电池生产企业包括比亚迪、天津力神、盟固利、 万向和中航锂电等。 （1）深圳深圳比亚迪比亚迪 比亚迪的动力锂离子电池产品系铝壳方形电池设计， 虽然单体电池比能量不 高，但是比功率均超过 2000W/kg，有利于满足车辆加速和提供高的辅助功率及 刹车制动能量回收等要求。 比亚迪电池已经用于 K9 纯电动公交车、e6 纯电动轿车、F3DM 以及秦等电 动汽车产品。由 F3DM 发展至秦，电池总能量由 16kWh 降至 13kWh，重量 与体积降低了一半，比能量由 66.6Wh/L 和 72.7Wh/L 提升至 120Wh/L 和 131.6Wh/L，提升效果显著。 （2）天津天津力神力神 力神电池股份有限公司是国有股份制大型锂离子电池企业业， 也是最早涉及 动力电池开发与生产配套的企业之一。2013 年力神动力电池年产能已达 32 亿 W h，2014 年 2 月 25 日该公司计划在江夏投资 60 亿元，建设电池生产基地，抢 滩江城电动汽车电池市场。其主要动力电池产品涵盖了 HEV、PHEV、EV 和电 动自行车应用的产品型号。 其中 7.5Ah 铝壳方形功率型动力电池是已经规模生产 与应用的磷酸铁锂（LFP）电池。此外，力神公司的能量型 LFP 正极/石墨负极锂 离子电池也已投入规模生产与应用，并应用与纯电动轿车及城市公交车辆。 （3）天能电池天能电池 天能集团是中国最大的动力电池供应商，成立于 1986 年，地处浙江长兴， 主要从事铅酸、镍氢及锂离子电池的研发制造，旗下“汇源”牌电池先后被评为国 家重点新产品、浙江高新技术产品。 天能汽车电池与奇瑞、上汽等 40 多家大客户结成战略合作伙伴关系，2010 年，天能电池成为上海世博会服务车辆首选供应电池，2012 年 10 月，汇源电池 与中国南北极考察队签约，成为中国南北极考察队的专用电池产品。另外，天能 胶体动力电池在国内首次用到了飞机牵引车和纯电动公交大型车辆上。 （4）中航锂电）中航锂电 中航锂电是中航工业集团公司及所属单位共同投资组建， 成飞集成控股的专 业从事锂离子动力电池、电池管理系统研发及生产的高科技新能源公司。公司年 产能为 1.2 亿 Ah，主要以磷酸铁锂电池为主，电芯容量为 10Ah500Ah。已与 国内多家汽车整车厂商建立合作关系。其产品已广泛运用于电动车、机车、储能 等民用领域及军用电源等军工领域。 公司动力电池的主要合作客户是宇通、东风、奇瑞、康迪、长安福特等。搭 载该电芯的新能源车包括重庆瑞驰 CRC5020XYZ-LBEV/CRC5020XXY-LBEV、 浙江康迪 KD5022 XXY BEV/KD5023XXYBEV、 上汽通用五菱 LZW5027XYZEV 和江铃汽车 JX5020XXYMEV 等。 （5）北京盟固利北京盟固利 中信国安盟固利（简称 MGL）是国内最大的锂电池正极材料钴酸锂和锰酸 锂的生产厂家，同时也是国内外唯一大规模生产动力锂离子二次电池的厂家。在 2010 年上海世博会上，由上汽集团申沃客车公司提供的 120 辆采用锂离子动力 电池系统的纯电动公交车项目中，盟固利动力公司为其中的 60 辆纯电动公交车 提供了 116 套动力电池产品，这些车辆在完成世博会载客任务之后，并入上海市 公共交通系统。2013 年上半年，在相关政策的带动下，全国范围共推广了超过 4000 辆的混合动力公交客车。而在这 4000 多辆混合动力公交车中，约 1/4 的动 力电池系统来自盟固利。 （6）宁波杉杉股份：全盘布局的锂电池材料龙头宁波杉杉股份：全盘布局的锂电池材料龙头 杉杉股份在锂电池材料布局很深， 产品涵盖锂离子电池正极、 负极、 电解液、 隔膜、铝壳，以及与此有关的原材料资源产品等，是全球综合规模最大，种类最 齐的锂离子电池材料专业供应商，目前负极材料国内第一、正极材料国内第二、 电解液国内第三。 经过多年的发展， 公司已成为 BENZ 纯电动汽车电池和美国纯 电动汽车 Miles 电池负极材料唯一供应商，并且进入 BMW 纯电动汽车电池负极 材料供应商体系。 （7）深圳新宙邦：快速抢占国际市场的电解液后起之秀深圳新宙邦：快速抢占国际市场的电解液后起之秀 公司产品主要有锂电池电解液和电容器化学品两大系列。其中，电容器化学 品包括铝电解、固态高分子和超级电容器三种化学品。除了锂电池电解液公司市 场份额全国第二以外，其他都是第一。 公司锂电池电解液快速抢占国际市场，已先后进入松下、索尼、三星渠道， 并在积极开拓 LG、三洋市场，另外，公司的固态高分子化学品超级电容器电解 液的具备很强的竞争力。 （8）合肥国轩高科动力能源有限公司）合肥国轩高科动力能源有限公司 合肥国轩高科动力能源有限公司(下称“国轩”)成立于 2005 年， 是由珠海国 轩贸易有限公司和合肥国轩营销策划有限公司发起设立。 国轩现有约为 3.5 亿 AH 方形动力电池产能，其中 2 亿 AH 新增产能于今年 5 月在合肥投产。昆山正在新建圆柱动力电池产能，单体 5AH，预计明年上半年 投产。福建正在筹划建设动力电池 PACK 厂。其主要产品是磷酸铁锂动力电池。 公司动力电池的主要合作客户是安凯、江淮、金龙、申沃、新大洋等。 （9）威海威海威威高高东东升升 威海东升能源科技有限公司坐落于著名的海滨旅游城市山东威海， 位于山东 半岛蓝色经济区，是一家专门从事“多孔态”聚合物动力锂离子电池研发、生产和 销售的企业。 （10）东莞东莞 ATL ATL （Amperex Technology Limited 的简称） 新能源科技有限公司成立于 1999 年，是致力于可充电锂离子电池的电芯、封装和系统整合的研发、生产和营销的 高新科技企业。产品包括聚合物、圆柱型、动力电池等各系列产品，被广泛应用 于 MP3、MP4、GPS、手机、笔记本电脑、电动工具、电动汽车、储能系统等各 种终端设备。 ATL 推荐方形钢壳电芯应用于电动汽车。 ATL 既可以提供标准容量 （20/40/60/80 安时） 的电动汽车电池， 也可以根据客户的大批量特殊需求进行定 制设计。 （11）浙江万向浙江万向 万向电动汽车有限公司成立于 2002 年，公司致力于掌握清洁能源技术，发 展节能环保汽车。按照“电池电机电控电动汽车”的发展战略，公司在大 功率、高能量聚合物锂离子动力电池、一体化电机及驱动控制系统、整车电子控 制系统、汽车工程集成技术以及试验试制平台等方面取得了显著的成果。 目前万向已拥有 1.2 亿安时锂离子动力电池、 2000 台套电动力总成的产业能 力。 主要应用车型为纯电动大巴， 配套的车型有申沃 12 米纯电动大巴， 上汽 V80 纯电动物流车，百路佳 6 米纯电动中巴等。目前，在杭州 3 条公路上示范运行的 16 辆电动公交车已累计行驶超过 50 万公里；与国家电网合作在 15 个省市投入 63 台纯电动电力专用车，建立 26 座充电站，累计运行近 50 万公里，均取得了 良好的社会效应。 美国 A123 是全球最大的磷酸铁锂电池制造商，2012 年底，万向集团成功收 购 A123，这表明了中国企业正加大在绿色能源等新兴领域的投资规模。对此项 收购，万向集团董事局主席鲁冠球称：“新能源电池是世界级难题，A123 的磷酸 铁锂电池技术世界领先，对 A123 的收购让已经进入新能源领域 14 年的万向一 下站到世界前沿。” 公司动力电池的主要合作客户是康迪、众泰、万向电动车、国家电网等。 （12）珠海珠海银通银通 银隆集团(前珠海银通)的技术研发路线是技术引进与自主创新相结合的战 略。2010 年底，银通将购入美国锂电池制造商 Altair Nanotechnologies51%的股 份， 银通国际业务部副总 Enzo Lam 说，银通的目标是获得 Altair Nano 的技术及 其销售体系。 Altair Nanote chnologies 公司（简称“Altairnano” ）研发了一个纳米锂离子钛 酸尖晶石材料 （nLTO） 用于电池， 数据揭示该新型电池比另外一种新型化学硫 酸铁/石墨电池的寿命长 30 倍。 据介绍，在过去 15 年，电池技术有关锂离子化学的大量工作已经在正极完 成，但一直未接触负极石墨的有关工作。而石墨会产生热失控现象，并且随使用 时间而退化， 因为它是一个小盘型结构， 存在电荷。 因此， Altairnano 公司用 nLTO 材料代替石墨，牺牲了少量的能量密度，但在更宽的温度跨度范围及更安全的电 压跨度范围获得了可使用能量。此外，锂离子在一个紧的电压窗内得到管理，避 免了热失控、着火等问题。Altairnano 公司将纳米涂层应用到一个铝电极，使表 面区域比传统的锂离子电池大 100 倍，在铜电极上有石墨。大的表面区域及没有 固体电解液界面层，保证杰出的充、放电率性能。据介绍，纳米钛化物电池存储 制动能量的效率是传统的锂离子电池相的三倍，其再充电能力以 10 分钟计算而 不是几小时。持久性也是纳米钛化物电池的优点。Altairnano 公司正处在最终阶 段将其 1100-lb (500-kg)，35-kWh 电池组推向 Phoenix 车辆市场。公司的下一 代化学电池将改善能量密度。 （13）北京普莱德北京普莱德 北京普莱德新能源电池科技有限公司是 2009 年由北大先行科技产业有限公 司(电池关键材料)、东莞新能德科技有限公司(电芯)、北京汽车工业控股有限公 司 (汽车) 和北汽福田汽车股份有限公司 (汽车) 共同出资，北汽控股有限公司 牵头成立的，以生产新能源动力电池为主营业务的高科技企业，是国内第一家量 产新能源动力电池的企业。主要生产和销售电动汽车用动力电池组，电源管理模 块，动力电池系统，提供电动汽车动力电池技术支持和解决方案。 （14）微宏动力微宏动力 微宏动力系统湖州有限公司成立于 2006 年，是一家有着深厚研发能力的高 科技化工与能源产品供应商。公司从事新能源及储电技术产品的研发、生产以及 销售，致力于为不同应用领域提供清洁能源解决方案。 公司的优势在于产业链整合， 集团公司旗下的子公司已经形成锂电池从材料 电芯电池组的垂直产业链，包括微宏动力系统(湖州)有限公司、微宏动 力解决方案(休斯顿)有限公司，湖州欧美新材料有限公司、湖州欧美化学有限公 司及湖州的材料研发中心和应用产品开发基地。公司使用的电解液、隔膜、钛酸 锂负极材料都是由集团旗下的子公司自主生产。 公司的主要客户是重庆恒通客车。 目前我国动力电池大规模生产及成组面临的主要问题如下图 3-2 所示。 成组使用成组使用大规模生产大规模生产 1.产品一致性较差、寿 命短； 2.对生产线自动化程 度、企业电池生产经验 要求高； 3.高质量的原材料（如 隔膜等）主要依赖进 口； 4.依旧需要依靠扩大生 产规模和改进生产工艺 降低成本。 1.电池一致性差导致电 池成组使用后寿命大幅 下降； 2.电池成组使用依赖的 电池管理系统仍处于研 究阶段。 实验室样品实验室样品 1.可实现高性能指标 （能量密度、寿命 等）； 2.对工艺精度、材料要 求较高； 3.通过高次品率筛选产 品，实际生产成功率 低； 4.成本高昂，难以实现 大规模生产。 图 3-2 我国动力电池大规模生产及成组使用的瓶颈 2 2、国外、国外 国外动力电池生产企业主要涵盖美国、欧洲和日韩等国家。 美国动力电池厂家主要包括 Boston Power 和 Johnson Controls， 2012 年 8 月， 美国波士顿电源公司与北汽（BAIC）合作协议，向其提供锂离子电池系统电量 约 30kWh， 其动力电池性能良好， 单体能量密度为 207Wh/kg， 循环寿命 （常温， 0.5C 放电） 达到 3000 次以上， 并且有非常宽泛的工作温度区间 （-4070） 。 日韩动力电池企业主要为日本 Panasonic （松下） 、 NEC(日本电气)、 Sanyo （三 洋） 、GS Yuasa（汤浅）等，韩国 LG、SBI（三星） 、SK 等，其中松下的技术路 线为研究开发锰酸锂掺杂镍、铝等元素的固溶体系正极材料，目前已开发的正极 材料有镍钴锰酸锂、 镍钴铝酸锂等； NEC 的技术路线为掺杂镍、 铝等元素的锰酸 锂材料，目前正开发比容量高一倍的镍钴合金的材料取代锰材料。日企研发方向 主要为采用高容量、高电压正极材料（如固溶体材料）和高容量负极材料（如硅 基合金材料） ， 开发先进的锂离子动力电池； 为实现高体积容量密度和高安全性， 开发全固态电池。 2014 年年初，三星 SDI 公司、安庆环新集团与陕西省政府签署了关于三 方投资建设汽车动力电池生产基地的谅解备忘录 。三星 SDI 公司计划将汽车动 力电池项目建设在三星电子半导体西安工厂附近，该汽车动力电池项目将于 2014 年下半年开工，2015 年正式投产。并且韩国 LG 化学株式会社在南京投资 建设的电动汽车动力电池项目正式签约入驻南京经济技术开发区，预计 2016 年 建成达产，满产后将容纳 7 栋动力电池工厂。 3.1.4 国内外动力国内外动力电池电池发展规划发展规划 动力电池作为电动汽车的关键核心技术， 获得世界各国政府的巨额研发资金 投入，本节重点分析美国、日本、德国、韩国及中国动力电池的支持政策及发展 规划。 1 1、美国美国 美国政府对先进电池开发、生产工艺、电池单体性能、电池原材料等进行了 重点支持，如图 3-3 所示。美国能源部在 2009 年 8 月宣布为支持下一代电池与 电动车发展，拨款 24 亿美元资助 48 个项目，工业界配套 24 亿美元，其中拨款 15 亿美元资助美国的电池及关键原材料生产企业以及提高电池回收能力。 研 发 重 点 单体：先进电 化学体系 生产工艺：材 料和电极 先进电池开发 材料：后锂离 子技术 材料：下一代 锂离子电池 目标：满足PHEV和EV规定的技术性能指标的要求 内容：材料要求和合成，电极配方和涂覆；电极&单 体设计/