电动汽车产业研究分析报告2009

1 电动汽车产业 研究分析报告 2 目 录 第一章 新能源汽车行业概况 一 、新能源汽车的时代即将来临 二、新能源汽车发展的主要方向 三、锂离子电池 在 动力电池 中 的 地位 四、 动力锂离子电池 正极材料的 选 择 五、政策 对新能源 汽车产业化 的推进 六、 新能源 汽车产业链的核心价值 七、技术优势将决定企业未来 第二章 纯电动汽车的产业化发展 概况 一、国外企业产业化概况 二、国内企业产业化概况 第三章 纯电动汽车的发展历程及地区概况 一、历史变革 二、地区发展 第四章 纯电动汽车面临的瓶颈问题 一、技术争议 二、运行经济性 三、基础设施装备 四、政府政策支持 第五章 国内主要锂离子动力电池及材料厂家概况 3 一、国内主要锂离子动力电池厂家 二、国内主要锂电池材料供应商 第六章 锂电池材料的制备及生产工艺概述 一、当前国内锂电池材料现状 二、锂电池材料的制备 设备 三、 锂电池材料制备工艺的优化及性能 第七章 动力锂电池生产工艺概述 一、动力锂电池 主要 生产设备 二、动力 锂 电池 生产工艺 概述 第八章 电动汽车用驱动电机的现状及发展趋势 一、引言 二、驱动电机系统的特点及分类 三、驱动电机系统的研究现状 四、发展趋势 第九章 国内外电动汽车技术现状分析 一、 纯电动汽车的技术动态 二、电动汽车用锂电池技术的国内外进展简析 三、国内外锂离子动力电池的关键技术及最新动态 四、锂电动力电池组的均衡管理 五、电池管理系统的软件设计 六、电池管理系统的硬件设计 第十章 锂离子动力电池生产过程的自动化与信息化技术 4 第一章 新能源汽车 行业 概况 一 、新能源汽车的时代即将来临 1.大力发展新能源汽车是能源与环境的必然要求 根据美国能源信息署 EIA 发布的国际能源展望，世界能源市场消耗量 2005 年到 2030年预计增加 50%。 随着能源消耗的逐年增加，二氧化碳的排放量也将增加，目前二氧化碳排放中， 25%来自于汽车。至 2030年，将由 2005年的 281亿吨增至 423亿吨。在我国，汽车排放的污染已经成为城市大气污染的重要因素，我国的二氧化碳排放目前已居全球第二，减排二氧化碳的压力将越来越大。 2.中国发展新能源汽车的压力更为紧迫 近年来，我国的汽车行业发展迅速，已成为世界第四大汽车生产国和第三大汽车消费国。根据国务院发展研 究中心估计， 2010年，我国的汽车保有量将接近 6千万辆， 2020年将达到 1.4亿辆，机动车的燃油需求分别为 1.38亿吨和 2.56亿吨，为当年全国石油总需求的 43%和 57%。我国的石油资源短缺，目前石油进口量以每年两位数字的百分比增长，预计到 2010年进口依存度将接近 50%。因此大力发展新能源汽车，用电代油，是保证我国能源安全的战略措施。 因此大力发展新能源汽车是实现我国能源安全、环境保护以及中国汽车工业实现跨越式、可持续发展的需要。 二 、混合动力汽车将成为我国新能源汽车发展的主要方向 1.混合动力汽车的定义 新能源汽车是指采用非常规的车用燃料来作为动力源 (或者使用常规的车用然后、采用新型的动力装置，包括混合动力汽车 (FCEV)、纯电动汽车 (BEV)、燃料电池电动汽车(PCEV)以及其它新能源汽车等。 目前各种新能源汽车中，混合动力汽车是目前新能源汽车的研究热点，已经实现小规模的产业化生产。混合动力汽车是由电动马达作为发动机的辅助动力驱动行驶的汽车。 2.混合动力汽车的分类 混合动力汽车目前主要有 3种： 以发动机为主动力，电动马达作 为辅助动力的 并联方式 5 低速时只靠电动马达驱动行驶，速度提高时由发动机和电动马达相配合的 串 -并联方式 只使用电动马达驱动行驶的 串联方式 我们认为：混合动力汽车的产业化生产，通过汽车各个功能模块的发展与组合逐步推动汽车动力化，从只具备自动启停、怠速关机功能的 微混合 、以并联式混合动力发动机为主体的 轻混合 和以混联式为特征的 全混合 ，随着设备功率的逐步提高，最终过渡到串联式 可充电混合 ，最终实现纯电动汽车产业化。 三 、车用动力蓄电池是混合动力汽车产业化的 关键，锂离子电池将成为未来车用动力电池的明星 1.车用电力蓄电池具有极高的性能要求 发电机组 +驱动电机 +储能装置构成了汽车混合动力系统的基本技术平台，目前发电机组和驱动电机的研制均已实现技术上的突破，储能装置成为限制混合动力汽车实现产业化的重要瓶颈。 目前混合动力汽车使用各种蓄电池作为储能装置，车用动力蓄电池具有很强的性能要求： 高能量密度：至少与汽油相当， 100-1000Wh/Kg 高功率密度： 300-1500W/Kg 长寿命：与车同寿命 宽工作温度范围： -45-80 具有较高的安全性与可靠性 低成本： 50-100$/KWh 环保无污染 2.锂离子电池具有极高性能优势，是未来动力蓄电池发展的必然方向 目前常用的二次可充电电池包括铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池以及锂离子电池。相对传统的铅酸以及镍氢和镉镍电池而言，锂离子电池的历史很短。锂离子电池被称为性能最为优越的可充电电池，号称 终极电池 ，受到市场的广泛青睐。随着手机、笔记本电脑、数码相机、 MP3、 MP4、蓝牙、 PDA 和便携摄像机等的消 费和便携式电子产品的持续走强，锂离子电池的市场需求一直保持相当高的增长速度，市场对于锂离子电池的巨大需求也引导锂离子电池行业的继续走强，也使锂离子电池在电动车方面的应用成为可 6 能。 (1)单体电池工作电压高达 3.7V，是镍镉电池 ,镍氢电池的 3倍，铅酸电池的近 2倍 (2)重量轻，比能量大，高达 150Wh/Kg,是镍氢电池的 2 倍，铅酸电池的 4 倍 ,因此重量是相同能量的铅酸电池的三分之一到四分之一 (3)体积小，高达到 400Wh/L，体积是铅酸电池的二分之一到三分之一。提供了更合理的结构 和更美观的外形的设计条件、设计空间和可能性。 (4)循环寿命长，循环次数可达 1000次。以容量保持 60%计，电池组 100%充放电循环次数可以达到 600次以上，使用年限可达 3-5 年 ,寿命约为铅酸电池的两到三倍 (5)自放电率低，每月不到 5% (6)允许工作温度范围宽，低温性能好，锂离子电池可在 -20 +55 之间工作 (7)无记忆效应，所以每次充电前不必像镍镉电池、镍氢电池一样需要放电，可以随时随地的进行充电。电池充放电深度，对电池的寿命影响不大，可以全充全放 (8)无污染，锂电池中不存在有毒物质，因此被称为 绿色电池 ，而铅酸电池和镉镍电池由于存在有害物质铅和镉，环境污染问题严重 3.3发展锂离子电池我国具有独特优势 除了锂离子电池本身所具备的性能优势外，我们认为以锂离子电池作为为混合动力汽车乃至纯电动汽车的储能设备，发展锂电汽车我国具有得天独厚的条件 (1)资源优势 锂电汽车的最主要关键部件是锂离子动力电池和永磁同步电机，锂离子动力电池的主要原材料锂、锰、铁、钒等在我国都是富产资源。而我国更是永磁同步电机中永磁材料=稀土资源的大国，为锂电汽车提供了材料保证。 (2)技术优势 我国的小功率锂离子电池早已经产业化，形成了上下游结合的完整产业链，电池产品超过世界市场的三分之一，锂离子动力电池技术已经达到国际先进水平，产业化条件也基本成熟，深圳比亚迪更是锂离子动力电池技术国际上的领先企业，已经实现产业化生产。 因此，我们认为，无论是锂离子电池本身特点，还是我国目前的现状，发展锂离子动力电池都将是我国新能源汽车产业化的主要方向。 7 四 、动力锂离子电池材料：磷酸铁锂将成为正极材料的首选 动力锂离子电池是以锂离子电池为材料的一种高能量密度电池，是专门为机动车提供动力的锂电池，具有零污染、零牌坊、能量密度高、体积小和循环使用寿命长等优点，是国内外动力电池发展和应用的趋势。 1.动力锂电池产业化的选择 -磷酸铁锂电池 锂离子电池内部主要由正极、负极、电解质及隔离膜组成，正负极及电解质材料上不同工艺上的差异使电池有不同的性能，尤其是正极材料对电池的性能影响最大。目前市场上的锂离子电池正极材料主要是氧化钴锂 (LiCoO2)，另外还有少数采取氧化锰锂(LiMn2O4)和氧 化镍锂 (LiNiO2)以及三元材料 (Li(NiCo)O2)作为正极材料的锂离子电池。磷酸铁锂材料是最新研制的锂离子电池材料。 尤其需要指出的是，作为车用动力储能设备，安全性能尤其需要重视。由于锂电池比能量高，材料稳定性差，锂电容易出现安全问题，目前世界上知名的手机和笔记本电脑电池 (正极材料为钴酸锂和三元材料 )生产企业，日本三洋、索尼等公司要求电池的爆喷率控制在 40个 ppb(十亿分之一 )以下，国内公司能达到 ppm(百万分之一 )级的就已经不错了，而动力电池的容量是手机电池容量的上百倍以上，因此对锂电的 安全性要求极高。虽然钴酸锂电池和三元材料的电池具有重量更轻，体积更小等优点，但它们是不适合作动力电池应用于电动车的。 同时钴酸锂的主要原材料金属钴在我国储量极少，目前 80%的金属钴基本靠进口，在我国难以大规模使用。 从目前各种锂离子电池的性能对比我们可以看出，磷酸铁锂电池是目前最适合用于电动汽车产业化运用的锂离子电池。因此，掌握了规模化生产磷酸铁锂和磷酸铁锂电池技术的企业，将在未来的电动汽车产业竞争中处于领先地位。 五 、政策助推，混合动力汽车产业化已经来临 1.财政补贴 大力支持混合动力汽车产业化 2008 年 1 月 24 日，财政部、科技部发出了关于开展节能与新能源汽车示范推广试点工作的通知，决定在北京、上海、重庆、武汉、深圳等 13个城市开展节能与新能源汽车示范推广工作，表示将以财政政策鼓励在公交、出租、公务和环卫等公共服务领域率先推出新能源汽车，对推广与使用单位购买节能新能源汽车给予补助。 2009年 2月 5日，财政部发文，确认了中央财政对购置新能源汽车给予补贴的对象和标准，其中够车补贴标准最高的为最大点功率比 50%以上的燃料电池公交车，每辆车可获得 60万 元的推广补助。 2.财政补贴已能覆盖部分厂商的混合动力汽车与传统汽车的价差，混合动力汽车产业化序幕正式拉开 8 此次财政补贴标准的确立主要依据新能源汽车与传统汽车的基础差价。我们以比亚迪的 F3DM 混合动力汽车为例， F3DM 的技术参数对应补贴金额为 5 万元，该车型的市场定价为 14.98 万元，其中磷酸铁锂电池成本为 5 万元，财政补贴后定价为 9.98 万元，相同配置的传统汽车 F3市场定价为 7万元。比亚迪表示， F3DM实现年产量 20万台后，磷酸铁锂电池成本降至 3 万元，考虑补贴后，届时 F3DM的售价为 7.98万元，财政补贴已经能覆盖混合动力汽车与传统汽车的差价。 我们通过 F3DM与传统汽车的对比可以看出，汽车行驶 10万公里后， F3DM与传统汽车相比支出减少 3.42 万元，实施财政补贴后， F3DM 与传统 F3 的差价为 2.98 万元，已经体现出良好的经济效益。我们认为，除了财政补贴外，后续可能推出的政策支持包括减免新能源汽车购置税等，届时，新能源汽车的经济效益将进一步凸现。 F3DM续航里程达到 430 公里，其中纯电模式下行驶 100公里，混合动力模式行驶 330公里，最高时速达 160 公里 /小时。 输出功率达 125KW，达到 3.0L发动机的水平。 六 、混合动力汽车产业链的核心价值在于磷酸铁锂电池及材料的制造 1.混合动力汽车产业链分布 整个混合动力汽车行业产业链大致分为 4个部分 金属原材料 -电池材料 汽车用动力电池电池 混合动力汽车 混合动力汽车产业作为当前汽车工业第三次技术革命的代表，是当今汽车产业中技术的最前沿。作为一个新兴的产业，我们认为谁在技术上有拥有领先优势，谁就将占领这一新兴行业的制高点。 整个混合动力汽车的产业 化的技术制约主要是两点：汽车用动力电池和电池材料的产业化生产。磷酸铁锂材料和磷酸铁锂电池是未来混合动力汽车行业发展的最主要方向，掌握生产技术的企业将有潜力成为未来的行业明星。 2008年 9月底，巴菲特旗下公司购买了深圳比亚迪股份有限公司 (1211HK)10%的股份，出价 2.3亿美元，每股价格 8港元。比亚迪是目前国内唯一掌握车磷酸铁锂电池规模化生产技术的企业，在世界上处于领先地位。从巴菲特的投资思路我们可以看出，技术上的领先优势是我们选取投资标的的首要考虑因素。 2.金属原材料：碳酸锂 -潜在产能巨大，盈利能力将低于预期 碳酸锂是生产二次锂盐和金属锂的基础材料，广泛应用于电池、玻璃、陶瓷、铝制品、润滑剂、制冷剂及光电等新兴应用领域。 9 从碳酸锂的下游分布来看，电池行业的需求大致占 25%左右，但从其它行业分布来看，都属于强周期行业，在目前全球经济步入衰退的状况下，需求将面临下滑。因此碳酸锂行业也属于强周期行业，与 GDP增速高度正相关。 碳酸锂行业具有极高的资源门槛，因此全球的产能高度集中。目前世界上主要的碳酸锂厂商主要有 3家，智利的 SMQ，产量 2.8万吨，德国的 Chemetall 和美国的 FMC产量分别为 2 万吨，合计 7.8 万吨，占据全球产量的 90%以上。目前上市公司中，中信国安和西藏矿业 2008年合计产量不会超过 4000吨。 我们认为，锂电池行业规模扩大后，难以带动国内碳酸锂生产企业盈利大幅上升 （ 1） 、碳酸锂下游分布中，电池行业比例只占 25%，其余大部分都属于强周期行业，短期内电池需求扩大难以弥补其它行业需求下滑，碳酸锂整体需求不会出现大幅波动，碳酸锂的价格难以大幅提升。 （ 2） 、国际上， 3 大碳酸锂生产厂商均有扩产计划，其中， SMQ 计划将 产能由 2.8 万吨扩充到 4万吨， Chemetall 计划从目前 1.8万吨扩产到 3万吨， FMC扩产到 2.5万吨，如果全部达产，总产能将超过 9万吨。 （ 3） 、国内方面，上市公司中，中信国安设计产能 2 万吨远期，目标 3.5 万吨 ；西藏矿业设计产能 1 万吨，远期目标 2.5 万吨 ；其它青海锂业和盐湖集团设计产能分别为 1万吨。仅计算现有产能已达 5万吨，远期潜在产能 8万吨。 短期内 A股上市公司中，西藏矿业和中信国安由于生产技术上存在问题，年产量分别只有 2000 吨，占主营业务收入比例较低，难以带动业绩大幅上升。长期 看，由于全球碳酸锂的潜在产能巨大，即使电池行业需求上升，也难以带动碳酸锂价格大幅上升。 3.电池及电池材料生产：磷酸铁锂技术是未来的方向， 2010年将出现爆发性需求增长 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 及其在华企业威能美国的 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 方式生产 3-10AH 的聚合物天吃，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。但对国内客户并不出售电池材料。 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 )。对国内客户同样不提供电池材料。 天津斯特兰公司目前拥有年产 500 吨磷酸铁锂的生产能力，并计划扩产到 2000 吨，从公司公开资料看，我们无法获得公司磷酸铁锂产品的技术参数，但目前国内唯一的磷酸铁锂电池规模化生产厂家深圳比亚迪的磷酸铁锂材料主要向公 司采购，因此我们认为，天津斯特兰的磷酸铁锂材料技术上已经基本符合规模化生产的需要。 10 根据我们统计，目前全国实现磷酸铁锂批量生产的企业有 12家，年产量 2400吨 根据科技部的规划，我国混合动力汽车的发展将分三个阶段阶段 近期发展阶段 (2008-2012 年 )：混合动力汽车大批量产业化，年产量达到百万辆级，占到汽车总产量的 10%以上。以技术相对成熟、成本增加较少的 微混合 和 轻混合 动力汽车构成混合汽车的主流。 中期发展阶段 (2012-2020 年 )：随着电池技术的进步及其 价格的降低，节能效果更加显著的重度混合动力汽车和纯电动汽车在混合动力汽车中占据主要地位， 微混合 和 轻混合 动力汽车共同构成混合动力汽车其余的组成部分 长期发展阶段 (2020-2030年 )：混合动力汽车呈大幅增长态势，占到汽车总产量的 50%以上，传统的燃油汽车包括代用燃料汽车产量将会下降到汽车总产量的 25%左右 在国外方面，美国 2001-2007 年混合动力销售数据来看， 2001-2007 年混合动力汽车的销售量复合增长率达到惊人的 58.4%，市场处于高速增长期，奥巴马上台后更是宣布到 2015年，美国的混合动力汽车的保有量将超过 100万辆。 目前国内每年磷酸铁锂的需求量为 8000吨左右，产量为 2500吨，酸铁锂生产技术门槛很高，大多数生产厂商在批量生产时产品的稳定性无法保证，我们预计目前国内磷酸铁锂目前实际的年产量更低。随着混合动力汽车产业化的来临，磷酸铁锂将面临一个巨大市场蛋糕。从国内来看，深圳比亚迪的混合动力汽车 F3DM在 2008年底正式上市，并在 14 个城市展开销售，其后续的 E6、 F6 等车型将在 2010 年上市，混合动力汽车产业化的时代已经来临。 根据 统计 2008-2009 年，国内共有 50-60家电芯厂商即将或已经完成生产线的购置，进行产能扩张， 2010年，磷酸铁锂的需求将出现爆发性增长。 预计，到 2010 年，国内混合动力汽车产业化初期，磷酸铁锂的年需求量将超过 1.5万吨。 根据美国 A123公司的预测，到 2010年，全球磷酸铁锂的供给缺口将达到 10万吨。 4.混合动力汽车制造企业：缺乏核心电池技术难以享受行业增长 混合动力汽车的关键技术在于车载动力蓄电池，车载动力蓄电池的成本占到全部成本的 30-50%，目前 A股中混合动力汽车的生产企 业基本缺乏车载动力蓄电池的生产能力，基本采用外购。考虑国家财政补贴后，混合动力汽车的毛利率与传统汽车的毛利率相差不会太大，难以享受行业增长带来的超额利润。 目前国内同时具备车载电力蓄电池与整车生产能力的只有比亚迪一家企业，巴菲特投资该企业正是看中其拥有的混合动力汽车的核心技术 -磷酸铁锂电池。 11 七 、寻找锂电行业未来的明星企业：技术优势将决定企业未来 1.混合动力汽车产业链各环节投资价值判断 上游金属原材料方面：西藏矿业和中信国安由于生产技术上存在问题，年产量分别只有 2000 吨，占主营业务收入比例较低，难以带动业绩大幅上升。长期看，由于全球碳酸锂的潜在产能巨大，即使电池行业需求上升，也难以带动碳酸锂价格大幅上升。 中游电池及电池制造方面：中信国安控股的盟固利主要生产钴酸锂电池，并不是未来车载动力蓄电池的发展方向 ；科力远的主要产品是镍氢电池，虽然目前大部分的车载动力蓄电池采用镍氢电池，但我们认为锂离子动力电池必将取代目前的镍氢电池。 下游混合动力汽车制造方面：目前国内大多数混合动力汽车制造企业缺乏混合动力汽车车载动力蓄电池制造和生产的核心技术，难以享受 行业增长带来的商机。比亚迪拥有混合动力汽车的核心磷酸铁锂电池技术的生产能力，将在未来的市场竞争中脱颖而出。 2.具有潜力成为未来锂电行业明星企业的公司：杉杉股份 公司目前拥有完整的锂离子电池材料产品体系，电池材料的收入已经占到公司主营业务收入的 49%，是目前 A股中唯一掌握磷酸铁锂生产技术的上市公司。 正极材料方面：拥有目前全部 4种磷酸铁锂正极材料的生产能力，更是 A股中唯一掌握磷酸铁锂生产技术的企业，目前公司已经成为国内最大，世界前三甲的正极材料供应商。 负极材料方面： 公司拥有 1200 吨锂电负极材料 中间相炭微球 (CMS)的生产能力，是国家 863高科技研究发展计划项目，被列为国家高新技术产业示范工程项目。 电解液方面：公司控股的东莞杉杉的销售额与销售量目前已排名全国第三。 在下游客户拓展方面，深圳比亚迪与公司建立了长期稳定的客户关系。 作为 A股中掌握锂离子电池材料核心生产技术的唯一公司，拥有完整的电池产品体系，具备成为未来行业龙头企业的基本条件，我们将重点关注公司电池材料业务尤其是磷酸铁锂产品的规划及发展。 12 第二章 纯电动汽 车 的 产业化发展 一、国外企业产业化概况 1、第一代纯电动汽车阶段 在纯电动汽车的第一个发展阶段，截止到 1998 年底，全世界有 9个大型汽车厂 10种纯电动汽车投入小规模生产。如通用汽车开发的纯蓄电池电动汽车 EV1最高时速可达128km/h，从静止加速到 96km/h只需 9s，一次充电可行驶 144km，其后通用 IMPACT电动车一次充电续驶里程达到 190 km；还有福特汽车公司和通用电气公司联合开发 EXE-、 EXE-电动汽车；丰田公司生产的 RAV4电动汽车由铅酸电池改为镍氢电池，一次充电可行驶 200 km，零售价 4.2万美元 /辆（同型的汽油车零售价为 2万美元 /辆），其中电池成本占整车成本的 40%；日产汽车公司 1998年在日本和美国销售的 ALTRA电动车采用锂电池，循环寿命长，可反复使用 1200 次，续驶里程 124 km； 1997年法国雷诺公司推出装备锂电池的标致 106电动汽车；大众汽车公司在第 18届国际电动汽车展会上推出的电动汽车能量来自 300kg的充电电池，在 12s内可从 0加速到 100 km/h，最高车速 140 km/h。 表：国外 10种纯电动车的基本情况 年份 生产厂商 车 型 1994 日本 大发汽车公司 电动微型面包车 Hi-Jet EV 1995 法国标致雪铁龙公司 电动 4座小型轿车 P106.SAXO及其客货车 1996 美国通用汽车 EV-1 1996 日本丰田公司 电动 5座小型轿车 RAV4EV(氢镍 ) 1996 日本丰田公司 电动 4座小型轿车 Plus(氢镍 ) 1996 法国雷诺公司 电动 4座小型轿车 Ctio(铬镍电池 ) 1997 美国福特公司 电动 2座轻型皮卡 (客货车 )Ramger 1997 美国克莱斯勒公司 电动 4座小型轿车 Epic 1997 美国通用公司 电动 2座轻型皮 卡 S-10 1998 日本日产公司 电动 4座轻型轿车 Aitra 2、第二代纯电动汽车阶段 活跃在第二代纯电动汽车研发活动中的企业，不仅有 Heuliez、三菱、富士重工、通用这样的汽车企业，也有属于电力系统的法国电力公司、东京电力公司，以及东芝、日立、东洋电机、三洋电机、旭化成、 NEC等机电跨国公司。 13 2001年，法国电力公司和博洛尔集团（ Group BOLLORE）成立了一个联合子公司 BatScap，开发了采用高性能聚合金属锂蓄电池（ LMP） 的电动蓝色轿车（ Blue car），最大行程200多公里，最高时速 125公里 /时， 6个小时必须 100%的充电，但是只需要充电几分钟即可再获得一次安全的最大行程。达索飞机制造公司与生产汽车车体的 Heuliez公司合作生产四座电动汽车，装备下一代的锂聚合物蓄电池和一台扩大汽车自主性的辅助动力机，最高时速可达 130 公里，自主行驶里程可以达到 300公里。 2005年 5月，日本三菱公司推出了属于世界首创的交流电动轮轿车（第二代纯电动轿车） 运动型小马（ Colt）牌 5人座的低中级电动轮轿车。其重要特征是采用了具有高能量密度，可急速充电，能在车辆使用的各种环境下 使用，空车重量只有 1.15吨，装有两台最高转速为 1500转 /分，功率为 20千瓦，最大扭矩为 600Nm的永磁式三相交流同步伺服电动机。 Colt的驱动电机的电源为锂离子蓄电池组，由 22个锂离子蓄电池模块并联组成。每次充电可行驶 150公里，最高时速 150公里每小时。 2005 年 8月，富士重工将下一代乘用车目标定位为纯电动轿车。它将层状单体锰锂蓄电池组应用到 R1e牌微型纯电动汽车上，最高车速为 120公里每小时，一次充电的续行里程为 120公里，将来拟达到的目标是 200公里。还有日本著名大学庆应义塾和一些民间企业共同研发 的八轮电动轿车 艾利卡（ Eliica），从静止状态加速到 100公里 /小时仅需 4.2秒，最高车速则可达 370公里 /小时，但其成本很高。 还有通用在 2007上海国际汽车工业博览会推出新款雪佛兰 Volt概念车，采用了最新研发的 E-Flex 动力推进系统，在 110 伏电源上充电约六小时即可充满锂电池，使用 220伏电源充电所需时间更短。使用纯电动模式可在城市道路上行驶约 64 公里，当内置电池组中的电能耗尽后， E-Flex动力推进系统可以将汽油、乙醇、生物柴油、氢气等能源转化成电能，从而为车辆的行驶确保有足够的电力 驱动能力。根据实验数据，如果使用汽油内燃机，通过能源转换后， Volt的最大续航能力超过 1000公里，每升汽油可以使汽车行驶 17公里，超过传统汽车的两倍。 二、国内企业产业化概况 国内企业从事纯电动汽车研发、少量产业化生产与试运营的有东风、天津清源、北京理工科凌、比亚迪、万向等企业。 2006年，我国第一批纯电动轿车取得了产品准入公告，吸引更多企业加入蓄电池或纯动力汽车的研发或试运营，如咸阳威力克能源有限公司、博信电池（上海）有限公司、上海瑞华集团、深圳雷天绿色电动源有限公司、中信国安黄金有限公司、合肥工业 大学等。 东风公司是国内最早从事电动汽车研发的汽车企业之一，开发了游览车、多功能车、工业专用车和高尔夫球车等 4大系列、近 20个品种的纯电动车，包括东风纯电动轿车（ EQ7160EV）、纯电动富康轿车（ EQ7140EV）、纯电动客车（ EQ6690EV）等。 2003年东风纯电动车实现商品化销售以来，已累计销售 1000 余台，进入行业前三甲。截止到 2005年 11月，参与示范运营的东风纯电动小巴有 93 台。到 2010年，东风电动车公司计划实现纯电动场地车销售 5000辆的年产销量。 14 “十五”期间，国家 863 计划电动 汽车重大专项项目中纯电动轿车研制点之一在天津汽车。天津市电动车辆研究中心与天津一汽产品开发中心联合众多汽车技术研究中心与大学资源，组建天津清源电动车辆有限责任公司，承担 863计划重点项目“ XL-2纯电动轿车”研发工作，各项技术指标达到了国际先进水平，全车总重 1600公斤，最高时速达到 140千米 /小时，续驶里程超过 260千米， 0千米 /小时 50千米 /小时的加速时间 6.8秒，被认为是国内水平最高又最接近产业化的电动车型。 2005年，清源公司开发的 6辆“幸福使者”纯电动汽车出口美国，这是国内电动汽车整车第一次出口 。根据美方要求，该车作为美国家庭用车，最高时速限定为 40公里，最大续驶里程 100公里 ，整车定价近 1万美元。之后，清源公司继续向美国出口纯电动轿车， 2005年出口总数达到112辆， 2006年销往欧美 500辆， 2007年国际市场订单已超过 1000辆。 2006年底，清源公司在天津滨海新区建设电动汽车研发制造基地，将形成一条年产 2 万辆纯电动汽车的生产线。 “十一五”期间，北京理工大学作为整车总体单位承担了 863 电动汽车重大专项“纯电动客车项目”，作为技术依托单位承担了北京市科技奥运电动汽车特别专项“电动汽车运行示范、研究开发及产业化”等项目。已完成纯电动准低地板公交车、纯电动中巴客车、纯电动旅游客车、纯电动超低地板公交车等四种车型的整车开发、型式认证和定型设计，并进行了 40 余辆的小批量试生产，各项动力性、经济性、续驶里程、噪声等指标已达到或接近国际水平；组建电动汽车示范车队，在北京市开展“一线一区”两种模式示范运行。目前，北京理工大学等单位已经完成了北京理工科凌电动车辆股份有限公司密云电动车辆产业化生产基地的建设，初步形成了关键技术的研发能力和产业化配套能力。 著名电池制造商比亚迪在动力电池方面的研 究成果一直处于世界的前沿，该公司最新研发的车用产品的充电时间已缩短到 8 9小时，最高续驶里程可达 450 500公里，最高时速可达 120 180公里 /小时， 0 100公里 /小时加速时间小于 13秒。 2006年 7月，比亚迪为加速纯电动汽车的商业化步伐，推出一款全新技术的电动轿车 F3e。这款车基于 F3平台而开发，装载比亚迪在全球首家推出的技术“铁”动力电池“ ET-power”，一次充电能够行使 350km，单次充电时间 22分钟。“ ET-power”是以比亚迪在电池领域里的最新发明“铁电池”为核心技术支持的纯电动汽 车动力体系。（注： E表示环保和电力 environment和 electric 的首字母， T则表示技术 technology， power 则表示动力和能量）同时，比亚迪计划首批 200台纯电动出租车于 07年投入示范性商业运营。目前比亚迪已经在北京、上海、深圳、西安等四大基地完成了内部实验性电动汽车充电站的建设，计划先在企业内部进入“电动汽车”时代。 万向集团公司从 1999年开始涉足电动汽车领域，目前已经研制出了纯电动轿车和纯电动公交车，运行总里程已经超过了 15万公里。其纯电动轿车最高时速为 126公里，经济时速下最大 续驶里程为 380公里，百公里平均耗电量为 11千瓦时；纯电动公交车最高时速为 90公里，经济时速下的最大续驶里程为 280公里，百公里平均耗电量为 70千瓦时，充电方式采用设置换电站快速更换电池组方式。 2006年 4月，万向集团公司研制的锂离子电池驱动纯电动汽车在杭州开始示范运行。 15 第三章 纯电动汽车的发展历程及地区概况 纯电动汽车以车载电源（充电蓄电池）作为储能方式、用电动机为动力来驱动车轮行驶，不仅具有节能、环保的特性，还有动能来源广泛的优点，可以利用水力、风力、核能等发电或利用电力系统低谷期给蓄电池充电，从 而提高电网效能。 一、 历史沿革 纯电动汽车在电动汽车中发展时间最长。自 19 世纪 90年代美国人制造出世界上第一辆纯电动汽车以来， 20世纪初第一次达到生产高峰，占领了 40%的汽车市场。后来由于电子启动器的发明以及纯电动汽车动力性差的原因，在 30年代中期结束了早期的纯电动汽车生产而进入燃油汽车的黄金时期； 1974年 -1975年和 1979年 -1982 年欧美两次能源危机推动纯电动汽车的研制重新进入高峰。这一阶段汽车电力电子学尚未建立，既没有完善的科学理论做指导，更缺乏高科技含量的汽车电力电子装置可供采用。特别是，当时 仅有铅酸蓄电池可供使用，而铅酸蓄电池体积大、质量重，能量密度小、功率密度低，充电时间长，每次充足电后续驶里程较短，再加上电力传动系统的制造成本过高等因素困扰， 1997年以后绝大多数公司对纯电动汽车的研发基本处于停滞状态。 第二代纯电动汽车的出现，是以汽车电力电子学的最新发展为基础的，其技术亮点包括高能量密度锂离子蓄电池、锂离子电容器等的发明，以及乘用车电动轮技术的开发和实用化等。虽然，纯电动汽车离真正商业化还有一定的距离，但与第一代纯电动汽车相比，它已经在充电时间、续驶里程、动力性、快速充放电能力等方面 取得了可喜的进展。与传统内燃机汽车及混合动力汽车、氢燃料汽车相比，第二代纯电动汽车也显示出了一定的“比较优势”：控制精确度高于混合动力车，风阻系数可降至 0.19，整车质量大大低于燃料电池车， CO2排放量低于同级别汽油车，使用过程的能耗费用低于汽油车。当然还存在技术瓶颈和若干问题。 二、 地区发展 在新能源汽车的发展战略中，各个国家、地区和世界各大汽车公司都依据自己的评估作了不同的选择，对纯电动汽车的研究采用了不同的策略。从当前整体情况看，重视混合动力汽车和燃料电池汽车技术的国家与企业较多，选择重点研发与产业化 纯电动汽车的较少。 1、美国 1991年，美国通用汽车公司、福特汽车公司和克莱斯勒汽车公司共同协议，成立了“先进电池联合体”（ USABC），共同研究开发新一代电动汽车所需要的高能电池，并且与美国能源部签订协议在 1991 1995年间投资 2.26亿美元来资助电动汽车用高能电池的研究。 20世纪 90年代中期，美国克林顿政府曾制订了发展电动车的“新一代汽车伙伴(PNGV)计划”，集中研究电池驱动的纯电动汽车。但鉴于当时蓄电池技术还未能获得关 16 键性突破，纯电动汽车一次充电后的续驶里程短，充电时间长，降低电池造价 困难，在技术上也难以解决处理废旧电池二次污染、回收困难的问题，而且电池价格昂贵，商业化进展缓慢。美国加州经过 13年在环保及环保车辆的探索实践，表示不再积极鼓励发展纯电动汽车，而转向了燃料电池。 EV1、 Chrysler EPIC 等相继停产，通用曾经也宣布不再继续加大对纯电动汽车研究的投入，只是对已经在路上使用的电动汽车进行维护。不过美国国家实验室还在继续进行纯电动汽车先进驱动系统、先进电池及其管理系统等的深入研究。 2002年，美国能源部批准经费 l500 万美元，用于“工业研究、开发和演示使用电池的电动汽车”的费 用共担项目，包括使用效率和动力储存、供电质量等。小型、低速、特种用途的纯电动汽车不断发展。 2、欧洲 与美国相比，欧洲更崇尚追求完美零污染的纯电动汽车。成立于 1990 年的欧洲“城市电动车”协会至今在欧共体组织内已有 60座城市参与，帮助各城市进行电动汽车可行性的研究和安装必要的设备，并指导城市的电动汽车运营。其中最为成功和著名的就是电动标致 106车型，这种以镍镉电池为动力的电动汽车已经在欧洲各国，尤其是在政府部门当中拥有大量的用户。这与法国政府给予纯电动汽车高度重视和支持，出台了许多鼓励研发和生产产业 化的优惠、支持、补贴和扶持政策密切相关。法国政府、法国电力公司、标致 -雪铁龙汽车公司和雷诺汽车公司签属协议，共同承担开发和推广电动汽车，共同合资组建了电动汽车的电池公司 萨夫特（ SAFT）公司承担电动汽车的高能电池的研究和开发，以及电池的租赁和维修等工作。但它终究还是没有能成功地解决一次充电后的续驶里程短的问题，因此也没有进行更大规模的扩张，而是更多地转向清洁柴油车的产业化。目前，还有一些机构继续在做纯电动汽车的研究开发，例如体现法国政府意向的法国重要的国营企业，法国电力公司与达索集团签约了纯电动汽车的合 作开发项目。追随法国进行理论研究和产品开发的是比利时，主要集中在高等院校之中，例如布鲁塞尔和列日（ Liege）大学。但是比利时没有自己的汽车工业，没有很多的企业投资，只有有限的政府资助，缺乏实际运用效果。此外还有意大利着重两轮纯电动车的研发和运营，瑞士则侧重研究超级电容器，尤其是电动城市轻轨方面的研究。 3、日本 日本从 70年代开始开发纯电动车，许多汽车企业都陆续进行了一些产品发布与销售运行，但坚持下来进行研发和销售的只有大发和铃木两家。到了 90年代之后，由于环境等问题，一些大汽车企业重新开始研发第 二代纯电动车，丰田、本田、日产等陆续进行了一些产品发布与销售运行。然而由于技术与价格等方面的原因，在新能源汽车研发战略中，更多的日本汽车企业选择了混合动力汽车作为重点发展方向，坚持纯电动汽车蓄电池技术研发的重点落在三菱重工、富士重工等动力装备类企业。纯电动汽车的产品开发向小型化发展，单人和 2人车型成为主力车型，车辆技术、零部件技术、充电设施技术都已相对成熟。截止到 2002年，日本纯电动汽车的保有量为 2696台。目前，日本电动车辆协会、汽车协会、汽车电子协会等部门已经初步建立了一些纯电动汽车共同利用系统，进行 实用化试运行和试运营。 17 4、中国 我国纯电动汽车的研究开始于 20世纪 60年代，到了 90年代掀起了一股电动汽车热，部分高校、汽车研究所以及生产企业联合开发充电电池和纯电动汽车，并取得了一些成果。 2001年，我国确立“十五”国家高新技术研究发展计划（ 863计划）电动汽车重大专项项目，明确了我国的电动汽车战略发展基本原则，即燃料电池汽车发展居首位、第二为混合动力电动汽车、纯电动汽车兼顾一下，提出“三横三纵”研发布局，并招标确定纯电动轿车由上汽奇瑞、天津汽车来牵头研制。 2006年开始实施的国家中长期科技规划 对电动汽车研发战略也大体相同。按照项目规定进程，纯动力电动汽车功能样车已经实现，纯电动轿车和纯电动客车在国家质检中心的型式认证试验中各项指标均满足有关国家标准和企业标准的规定，关键零部件高功率镍氢电池、锂离子电池性能有了较大提高。因此，虽然在传统汽车的开发上，我国与世界先进水平相比有 30 年以上的差距，但在纯电动汽车技术开发上的差距并不大，几乎站在同一起跑线上，而且关键零部件技术平台相同，有专家认为研发水平最大差距不超过 5年。甚至在某些领域，如锌 -空气电池和锂电池研究方面，已经达到世界领先水平 18 第四章 纯电动汽车 面临的瓶颈问题 目前第二代纯电动汽车在技术、运行经济、基础设施配套、政府政策支持等方面还存在着产业化发展的瓶颈，在轿车领域的发展还没有达到预期目的，大部分产品集中于短途低速、城区公共交通及旅游区交通等特定用途，包括高尔夫球场场地车、公园游览车、工厂内的牵引车或两轮电动自行车等。纯电动汽车的产业化进程才刚刚起步，要能够大批量生产，并且质量稳定、符合标准，还有较长的路要走。 一、技术争议 这几年，通过实施 863 计划，我国纯电动车的研发能力大大提高， 技术难点正逐步克服，检测手段也不断增强，整车技术已能够达到或非常接近国际水平，部分技术能够达到国际先进水平。比如双 CAN 总线控制器网络系统，交流感应电机和永磁电机的全数字四象限矢量控制技术，分布式、网络化电池管理系统，以及智能化高压电安全管理系统等，都基本上已是当前国际上最先进的技术。因此，有专家认为我国纯电动汽车的产业化已不存在近期难以克服的重大技术问题。 但是，也有专家认为当前的纯电动汽车技术还存在不少问题，如蓄电池的使用寿命不长而更换成本高；国产零部件尚未完全过关，关键元器件均需进口；低温条件下电 池超快充电技术未根本解决等。而且，当前纯电动汽车开发还基本以实验室研发为主，各项关键技术指标在实际复杂运行环境下缺乏批量化的质量控制，不能保证达到测试时的数据值一致性。此外，虽然目前某些关键技术有所突破，但关键技术的突破并不意味着市场化的可能性，汽车是一个完整的、复杂的大系统，纯电动车更是由计算机控制，对电动机、变速器等零部件的要求很高。只有关键技术和传统技术、关键部件和传统配件的全面发展，才能开发出先进的、可以市场化的纯电动汽车。而且这种换掉整个 能源 体系、不要燃油机的方式将会给汽车产业链带来巨大变化，无论发达国家还是发展中国家都不是几年内能够接受得了的，因此存在很多争议。 二、运行经济性 纯电动汽车不使用燃油，不受油价飞涨的影响。但是由于纯电动汽车需要改变整个动力体系，要花一部分额外的成本来装电机、电池，而电机控制系统的成本较高，带动整车销售价格也提高。从目前各国试运行和部分产业化的情况来看，包括低性能两轮电动车在内的小型纯电动汽车产业化情况较好，而高性能较大型纯 电动汽车的设计目的本就有较远距离、较大速度的需求，直接的后果的就是加大车身重量、对电机功率和电池容量要求比较大、成本加重、经济性下降。在这种情况下，与同时也在不断进步的内燃机节能技术相比，如果没有政府的政策鼓励性经济补贴，用户选择购买价格昂贵的纯电动汽车并不见得划算。这也成为纯电动汽车产业化的瓶颈之一。当然，随着电池价格下降和纯电动车产量增大，购买价格会逐渐降低。日本经产省制定计划，与日本汽车产业、电机产业、各大学和研究所共同研发高性能、低价格的充电电池技术，在 2015年将装配 19 高性能电池的电动汽车成本降低到 目前微型车的水平。届时可以大大提高纯电动汽车的运行经济性。 三、基础设施装备 纯电动汽车商业化的基础设施包括充电站网络、车辆维修服务网络、多种形式的电池 营销 、服务网络等。建立一定数量的公用充电站、配备专用电缆及插座等是延长行驶里程、实现纯电动汽车产业化的关键。这些公用设施，由当地政府规划，由发电厂和当地城市供电公司共同投资建设，由充电站企业 来独立经营，利润不会低于加油站。在一个城市内建设十几个或数十个公用充电站，市区内的出租汽车、私家车、商务车均可在公用充电站快速充电。公交公司也可在终点站、始点站自行建设充电站，为本线路公交车提供充电服务，环卫车辆可在本企业的停车场内充电，同时私家车还可在晚上回家充电。 这里就有一个电力供应问题。有专家认为近几年电力建设突飞猛进，国内装机容量大幅增加，未来 1-2年内在建电力项目均可形成发电，电力盈余局面即将出现。如果将城市公交车、出租车、私家车、市内环卫车、企业商务车等在市区内行驶的原燃油车辆改为纯电动汽 车，利用夜间电网的廉价谷电来进行充电，既省电又可平抑电网的峰谷差。目前已有汽车企业与电网公司探讨由电网公司制作标准化电瓶，利用波谷电将电蓄到电瓶，再将电瓶租给电动车、公交公司的方式。 2006 年，上海比亚迪研发中心建成第一个电动汽车充电站并通过检测，随后在北京、深圳、西安等三个基地也完成了内部电动汽车充电站的建设。还有国家电网公司除了进行纯电动汽车电池技术研发、电动汽车改装和示范应用之外，在奥运会和世博会中心区域投资建设电动汽车充电站，对充电站的建设进行统一规范，实现充电机生产和充电接口的标准化，建成公司内部 充电网络，完成社会用公交车、出租车以及其他社会用车配套的供、充电系统建设。按照其“十一五”车辆替换和运行计划，将以北京、上海、天津、山东、浙江、湖北、湖南等省（市）为试点区域，按照试点省（市）电力公司现有公用车 5%的比例，其他省（市）电力公司现有公用车 2%的比例，四年内完成公司系统 1979 辆电力车辆的替换，建成内部充电网络。但是，也有专家认为，纯电动汽车对于法国等核电充足的国家来说比较合适，因为核电是保持恒定发电的，但我国核电比例很小，电能仍然缺乏。 四、政府政策支持 正因为纯电动汽车在技术上、运行经济上、 基础设施上还存在着产业化发展的瓶颈，需要政府相关政策支持，营造市场启动阶段的政策环境，推动电动汽车的商业化过程，顺利完成示范宣传 政府主导的批量需求 大批量生产 国家逐渐淡出四个阶段。在这里，政府政策支持主要集中在 3个环节。首先是研发环节，设立国家专项资金支持，吸收汽车企业、电池制造企业与研发单位组建共同的研发平台，形成官、产、学、研结合模式，集中财力、物力加快技术研发速度。我国在这方面做得较成功。第二是销售环节，借鉴世界各国发展高新技术产业的通用做法，建立一套完整的税收补贴政策，免收 20 养路费、免征购置 税和进口税，开征燃油税。这方面，美国、日本等国的例子很多，我国还没有相关政策措施。第三是使用环节，制定配套优惠政策措施，包括无偿提供停车场地、发行正式营运牌证、提供充电基础设施等，促进电动汽车的消费与使用环境。这方面我国正在积极探索与进行中。 21 第五章 国 内 主要锂离子动力电池 及材料 厂家 概况 一、 国内主要锂离子动力电池厂家统计： 深圳比亚迪， 天空能源（洛阳） ， 苏州星恒，深圳雷天，河南环宇，青岛澳柯玛，武汉力兴，天津力神，北京盟固利， TCL金能，北京中润恒动， 浙江兴海，山西光宇，天津航力源，苏州迪耐特，双一力（天津）新能源，深圳兴科特，江西美亚能源，天津蓝天双环，湖南海星高科，深圳德朗能电池 二、 国内 锂电池 材料供应商统计： 1、正极： 北京当升、中信国安、湖南衫衫、湖南瑞祥、北大先行，无锡博节能、沈阳北泰集团、西安荣华、美特、钨业、博杰、深圳振华、河南思维、重庆普瑞格斯、天骄、恒力电源、新乡创佳、济宁 *、浙江黄岩江口、冀州远新、盐光科技、青岛乾运高科、广州洪森、深圳源源、余姚金和、烟台卓能、西安铁虎能源新材料有限公司 新乡华鑫能源材料股份有限公司（原新乡八化） ，正极：磷酸铁锂，三元；负极：石墨 西安铁虎能源新材料有限公司 (TIHOO) 电池正极材料 磷酸铁锂（ LiFePO4 2、负极： 杉杉、 BTR、长沙海容、汕头诚翔、湖南辉宇、青岛大华、远东、弘光、红顶、金卡本、瑞富特、华容、斯诺、湖南星光、余姚宏远、北京创亚、佛山三高、 3、电解液： 张家港国泰华荣化工新材料有限公司、东莞市杉杉电池材料有限公司、深圳宙邦化工有限公司、广州天赐高新材料股份公司、汕头金光高科有限公司、北京创亚恒业新材料科技有限公司、北京化学试剂厂、天津金牛电源材料有限责任公司、福禄（苏州） 新型材料有限公司（ Ferro美资企业）、河北香河昆仑、上海图尔实业、珠海赛维 4、 PVDF:厦门物投、深圳市华尔电子科技有限公司、 5、 CMC:美国斯比凯可、赫克力士 6、 SUP:上海汇普工业化学品有限公司 7、 S-O:青岛星远、中橡集团炭黑工业研究设计院 8、 NMP:伟源 9、 SBR:广州石油化工 22 10、铝箔：福来顺、深圳市振鑫箔电子包装材料有限公司、四方达公司、中南铝业、上海美铝 11、铜箔：联合、梅雁、佛冈、深圳市国兴铜箔有限公司、佛冈建滔实业有限公司 12、铝带：惠华 13、镍带 ：无锡广翔合金材料、宜兴市大宏电子有限公司、湖南德先新材料有限公司、 14、复合带：宜兴市惠华复合材料有限公司 15、隔膜：恩太克、环岛科技（东莞）有限公司、深圳市纳光科技有限公司 16、铝壳：同力高科、日亚星、深圳市亿进利科技发展有限公司、常熟市高科电池材料有限公司、温州市高科锁具有限公司、深圳市新洋电器有限公司、温州市鹿城巨星锂电池壳体厂、余姚市岳华塑胶制品厂、深圳市龙天科技有限公司、 17、盖板：深圳市亿进利科技发展有限公司、同力高科、温州市宏艺锂电池配件有限公司 23 第六章 锂电池材料的制备及生产工艺概述 一、当前国内磷酸铁锂现状 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 .本项目的合成方法与美国 valence公司的合成方法相近 ,即采用碳热法 .与大多数生产厂家不同之处有原材料选择和烧结工艺 . 1.市场前景需求 国内方面 ,山东海霸通讯设备有限公司投资 3亿人民币 ,新建厂房占地 350 亩 .拟建成国内最大的磷酸铁锂动力电池生产基地 .万向集团实测了山东 海霸的磷酸铁锂聚合物动力电池 ,发现其性能比锰酸锂电池性能还要好 ,通常所担心的低温性能在 -20 已经达到 80%设计容量 ,而高倍率放电 10C时也可达到 80%容量 ,仅温升过快而已 .这表明 ,磷酸铁锂已经基本达到电动汽车的使用要求 !当然磷酸铁锂要大行其道 ,可能还有一些工艺完善 ,产品质量稳定化的过程 ,但据预测 ,2-3年内必是磷酸铁锂作为动力电池的主流 ,这个观点是绝大多数动力锂电池生产者和研究者的共识 .另外 ,深圳市比亚迪电池股份有限公司正致力于研究动力汽车 ,目前该公司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 公司都成吨的采购 ,据称目前磷酸铁锂月需求是 40吨 .该公司已经先购入三条不同的烧结设备准备进行中试研究 .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 ValenceOEM 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 ,市场已经逐渐成熟 .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 ,至 2006年 ,锂离子动力电池总需求量为 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 .综合上述分析 ,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 ,具有广阔的市场前景 .在未来的两三年内 ,磷酸铁锂的市场需求量将达 5万吨以上 ,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 .解决产品的稳定性也正是本技术团队的优势所在 . 2.目前消费需求和潜在客户 目前磷酸铁锂尚没有达到大规模商品化的主要原因是磷酸铁锂产品质量的稳定性 ,这一问题正被某些公司所解决 .正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 24 等方面 . 3.推广应用领域 磷酸铁锂的应用领域主要有 : (1) 储能设备 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 )； (2) 电动工具类 高功率电动工具 (无线 ) ； 电钻、除草机等 ； (3) 轻型电动车辆 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 ； 混合动力汽车 (HEV),近期 2-3年的目标 ； (4) 小型设备 医疗设备 :电动轮椅车 ,电动代步车 )； 玩具 ( 遥控电动飞机 ,车 ,船 )； (5) 其它小型电器 矿灯 ； 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 ) ； 替代铅酸 ,镍氢 ,镍镉 ,锂钴 ,锂锰类电池在小型电器上的应用 (2007镍镉将全面退出市场 )； 目前已经实现的应用 :1.8Ah及以下的 18650型圆柱电池 .应用市场 :18650型是一种通用标准 ,可用于小型电器 .全球需求为 5000万个电池 /年 ,折算为正极材料需求 600吨 . 磷酸铁锂的总生产能力预计到 2007年底将达到 3000-4000吨 /年左右 . 磷酸铁锂市场价格目前比较高 ,国内售价为 18万 /吨 ,国外公司和董明的价格为 30万 /吨 .主要原因有 1)锂源上涨 ,目前 Li2CO3和 LiOH等价格均在 6.5万 /吨左右 ,而 2005年价格为 3万多 ,2006年初为 4万左右 .(2)生产成本高 ,生产企业采用 LiH2PO4(磷酸二氢锂 )作为锂源 ,解决了环境污染问题 ,但原材料成本提高 .(3)目前这个材料应用主要是出口 ,正极材料能提供更好的安全性和稳定性 ,价格因素不太敏感 . 预计近 3年内 ,将会出现磷 酸铁锂和锰酸锂 ,三元系材料在市场并存的局面 ,主要看谁能提供批量稳定的正极材料 ,谁就能占领更多的市场份额 .预计 3年后磷酸铁锂的应用将会有一个很大的增加 ,并将会占据主导地位 .据国内大型锂离子电池正极材料供应商的预测 ,磷酸铁锂的实际需求有望在三年内达到上万吨 /年 . 3.4 竞争性分析 主要竞争来自于美国 valence、美国 A123公司 ,天津斯特兰 . (1)美国 valence公司及在华企业威能 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方式生产 410Ah 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还不足构成实质竞争 . (2)美国 A123公司及其在华企业高博 25 A123公司主要从事掺杂金属离子的 LiFePO4材料的商品化运作 ,但相关网站上涉及技术指标的公开资料不多 ,部分产品已在台湾的部分厂家试用 ,但据称 无量产能力 ,且批次稳定性差 .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 公司目前定位为潜在的竞争者 . (3)其它企业的竞争 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 .其中 ,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 4条网带式烧结炉 ,计划 07年扩产至 20条 ,产品质量已经基本成熟 ,目前产品供不应求 ,预计 3年后会有一定的竞争威胁 . 总之 ,目前磷酸铁锂产品正处于行业的萌芽阶段 ,而中国环境问题突出 ,能源问题紧张 ,因此 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 .结论 :磷酸铁锂的生产在近 2-3年不会发生争夺客户的竞争 ,目前的市场现状是客户寻找市场 .从事磷酸铁锂生产 (中试或者生产 )的主要单位 (排名不分先后 ): 北大先行 完成中试 ,年产 60吨 天津斯特兰 (原北京中辉振宇 ) 年产 200吨 ,计划 07年扩产至 2000吨 /年 青岛乾运 年产 30吨 山西力之源 年产 30吨 横店东磁 15吨 /年中试线建设批准阶段 山东海霸 中试 ,已购入推板式烧结炉 ； 湖南瑞翔 中试完 成 ；计划 07年实现 300吨 /年产量 ；后期扩产到 1000吨 /年 深圳比亚迪 中试线生产 (购买了三条不同的烧结炉设备准备进行中试 ) 余姚金和 中试 宁波彬彬 中试 广州鹏辉 日产 100公斤级小批量生产 ,据说准备量产 . 新乡八化 小批量试生产 苏州恒正 07年 1Q实现年产 500吨 (生产设备已经到位 )； 苏州威能和威泰 (美国 valence公司分公司 ,扩产 ) 镇江高博 (美国 A123公司分公司 ,正在建厂扩产 ) 常州高博 (美国 A123公司分公司 ,正在建厂扩产 ) 二、 锂离子动力 电池材料磷酸铁锂制备设备 1 引言 常规锂离子电池正极材料的研究集中于层状的过渡金属氧化物 LiMO2 (M=Co,Ni,Mn 等 )与尖晶石型的 LiM2O4 （ M=Co,Ni,Mn 等）。然而，钴资源的严重缺乏造成钴价格的高昂，同时，钴酸锂 (LiCoO2)安全性能差，很难满足大众化的锂离子动力电池的需求；而比容量低和高温性能差又成为长期以来困扰锰酸锂 (LiMnO2)实现商品化的关键技术难题；三方晶系的镍酸锂 (LiNiO2)在制备的过程中很容易生成无电化学活性的立方晶系的镍锂， 26 实用化的难度较大；新型的三元复合氧 化物镍钴锰酸锂 (LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2) 因兼有LiNiO2 和 LiCoO2 的优点，一度被人们认为是最有可能取代 LiCoO2 的新型正极材料，但仍存在合成条件较为苛刻、安全性较差、综合性能有待改进、成本也较高等缺点；正交晶系橄榄石型的磷酸铁锂 (LiFePO4)材料由于具有比容量高、价格低廉、无环境污染、安全性和热稳定 性好等优点而成为一种最有潜力的锂离子动力电池材料。热合成工艺是制备锂离子动力电池材料最重要的工序，它对于锂离子动力电池的最终性能具有决定性的影响，图 1 给出了制备锂离子动力电池 材料的典型工艺流程。制备设备是支撑新一代锂离子动力电池正极材料产业良性发展的基础。 2 制备设备简介 磷酸铁锂的合成方法主要采用高温固相反应法：将 FeC2O4、 2H2O、 Li2CO3 和 NH4H2PO4 或(NH4)2HPO4按化学计量比混合 ,在氩气或氮气等惰性气氛保护下 , 于 300 左右使混合物初步分解 , 然后升温到 600 800 ,保温 12 h 以上 ,就可以得到橄榄石晶型 LiFePO4 材料。如何在热处理的过程中防止二价铁的氧化是合成的关键控制点，也是制备设备必须解决的关键问题。相对于钴酸锂、锰酸锂 而言，磷酸铁锂材料的制备对设备要求极高。目前，国际上磷酸铁锂材料的制备基本上都是采用间歇式设备：如气氛保护钟罩炉、气氛保护箱式炉等。近来，也有采用气密保护回转窑合成的报道。国内我们最早在这方面进行了自主研发，在对试验型和小规模生产型的合成设备取得阶段性成果的基础上，研制开发了大规模连续式气密保护制备设备，该型设备主要技术指标 : 设备长度： 20 000 mm 有效口径 : 680 mm（ W） 140 mm（ H） 最高工作温度 : 1 000 常用工作温度 : 700 900 温度稳定度： 10 Pa 年生产能力 : 200 吨 3 关键技术研究 大规模连续式磷酸铁锂材料制备设备是将热工制造技术与材料生产工艺紧密融合的多学科交叉技术设备。它包含先进的密封隔离技术、独特的炉内气氛净化技术、特别的内衬材料和加热体抗腐蚀技术、先进的智能自动控温技术、复杂的自动送料控制技术等。 3.1 气氛场模拟分析技术 在大型反应室中特别是动态的反应室中，为保证所制备的产品性能的一致性，对气氛 的动态平衡控制技术提出了更高的要求，这就要求我们能精确地掌握气氛场的主要参数及其关系，气氛场模拟分 析技术必不可少。气氛的动态平衡控制主要通过压力闭环自动控制技术、气源的低扰动输送技术、高密封技术等来实现，全部控制过程均采用计算机发布指令，实现设备操作和参数最佳化的全自动控制，全方位地满足气体传输与气氛精密控制的系统要求。利用气体动力学和流体力学等学科建立气氛场模型，分析合成室内气氛的流动状况，从而获取最佳气氛控制参数。 3.1.1 气密结构设计技术 为满足直通式的窑腔通道内氧分压要求，设备采用全密封炉体、 气氛隔离仓（前后各 1 个）与气幕 27 相结合的方式进行密封。为了确保制备设备内稳定的氧分压和气流走向，设备除炉体采用全密封结构外，在制品出、入口处设置相互联锁的双闸门过渡密封仓结构。同时设置大流量惰性气体垂直气幕封门，使空气不能进入炉体内。当密封仓内的产品出来后，两闸门都紧闭时，对密封仓进行强制性换气净化，并在内闸门再次打开之前，将仓内氧分压从 21%降低到 0.01%以下。严格保证在密封仓换气净化之后，内闸门打开之前，密封仓内部的惰性气体压力和氧分压等同于炉体与密封仓相接处的压力和氧分压值。运行过程中，炉体出、入 口处的气幕始终保持，从而阻止外界气流对合成区域的干扰。 3.1.2 气氛稳定、均匀性技术 采用多点小流量均匀送气的设计思路，沿设备长度方向，设置保护气体总输入管，在各区段的分支，经过调节阀的必要调节和流量计的流量监测，向加热室输入所需要的高纯氩气或高纯氮气，并经过加热组预热后进入合成区段。同时，在设备各控制段都设置氧分压和压力抽样检测点，随时检测窑 腔横截面上各点的氧分压和气氛压力。窑体进气全部采用下部进气，废物排放区上部排气方式：保护气体进入窑内后，先进入下加热室，经加热室预热以后分多点层流式进入炉膛。 3.1.3 炉内气氛净化技术 为了达到合成室内的氧含量要求，除了设备严格密封外，加热室空腔及耐火保温材料释放的气体如何排出也是设备必须解决的关键问题。本设备采用独特的炉内气氛净化技术：下加热室逐个净化；上加热室由一路保护气体送入后，再分别送入该区其余各加热室，同时，制备设备顶部、加热室等处都预留放气阀，当制备设备初次启用并充入保护气体时，以较大的压力通以较大流量的保护气体，同时打开设备各顶盖板、加热室盖板上的放气阀，以排除窑内衬所吸收的氧气，保证合成室内的气氛要求。 3.2 抗腐蚀技术 磷酸铁锂电池材料在合 成过程中会产生腐蚀性气体（主要是 NH3 和 H2O），在高温下对炉衬材料和加热元件的损害非常强烈，故制备设备必须解决腐蚀气氛下的加热元件和内衬的抗腐蚀技术。对加热元件采取特殊的保护措施 独特的马弗式加热结构，即加热元件与合成室内腐蚀气体隔离，从而防止腐蚀气体的侵入，同时加热室通有保护气体进行保护，使加热元件的使用寿命大大延长，降低用户的使用成本。 3.3 热场模拟分析技术 电池材料制备设备的开发热工计算是关键。然而各种耐火材料的理化指标与实际的使用条件差距较大，计算非常复杂，很难做到精确，因此需要对各种不 同的使用条件下实际的热场进行模拟，建立科学的模型进行分析，掌握热场温度变化的关键，提高制备时温度的精确性和一致性，更加有效地利用热能。对磷酸铁锂电池材料而言，其电性能指标取决于在制备设备中的合成质量，即制备设备中的反应温度、反应时间和反应气氛三大要素。这三者之间是相互关联又相互制约的，即制备设备必须按一定的合成制度对材料进行合成。合成制度是根据材料制备工艺要求并考虑到热工、经济等方面因素而制定的工艺技术，它包括：温度制度、气氛制度和压力制度。本设备采用新的自动控制方式和方法来控制制备设备同一断面的温差，并设 计相应的控制系统和控制软件，使热场温度、气氛控制更精确和稳定，制备设备自动控制程度更高。 4 效果 2006 年，中国电子科技集团公司第四十八研究所根据某知名锂离子电池材料生产企业的特殊制造工艺，开发了磷酸铁锂正极材料连续式制备推板窑，在国内首次实现磷酸铁锂正极材料的连续式生产。我们研发的制备设备具有合成工艺先进、产品成本低、设备运行稳定、温度气氛均匀和产能大等特点，其生产工艺和合成技术均属国内首创，处于 28 国际先进水平，填补了国内空白。目前，我们已完成中试，通过该设备所制得的 LiFePO4 正极材料可逆容量高 达 155 (mA h) /g 以上，大电流性能十分优良， 10C 放电时，放电容量在 97 (mA h)/g 以上。高温性能更佳，采用 C/10 倍率的电流充放电时可逆容量达 161 (mA h)/g，且循环过程中容量衰减甚少。采用该工艺技术和制备设备我们成功地实现了 LiFePO4 的批量生产（产量可达 120 吨 / 年）。测试结果表明，中试生产的材料性能与实验室制备材料的性能是一致的，从而使该材料走向产业化应用迈出了关键一步。 5 发展趋势 大规模连续式制备代表了磷酸铁锂材料制备的发展方向，今后对磷酸铁锂制备设备的 研究以下几个方面值得我们的重视：磷酸铁锂制备时的特殊气氛要求，制备设备气密结构设计技术和气氛净化方 式的研究；炉衬材料和加热元件的抗腐蚀技术研究；既能提高材料电导率又能降低材料粒径的制备工艺及制备设备的研究；纳米级磷酸铁锂正极材料的制备技术研究等。总之，今后对磷酸铁锂材料的研究工作将集中于通过合适的制备设备、制备工艺和元素掺杂的方法改善其电子电导率。正是由于磷酸铁锂低廉的价格和与钴酸锂不相上下的电化学性能，使其有望在对安全性和温度要求较高的动力型二次电池领域获得广泛应用，磷酸铁锂动力电池材料制备设备的研究也 将会得到长足发展。 三、 LiFePO4 / C 制备工艺的优化及其性能 1 引 言 正极材料是决定锂离子电池性能的关键因素 ,目前 90 %以上的锂离子电池的正极材料都是用钴酸锂 (LiCoO2 ) ,由于钴资源有限且有毒、价格昂贵、存在一定的安全问题等不足 ,不能满足人们的需要 ；镍酸锂 (LiNiO2 ) 虽然容量较高、自放电率低 ,但是材料制备困难 ；尖晶石型锰酸锂 (LiMn2O4 ) 虽然具有良好的耐过充能力 ,但是由于锰在电解液中会溶解 ,且其高温循环性能差等不足限制了其实际应用。 1997 年 ,Goodenough 科研小组首先报道了具有橄榄石结构的磷酸铁锂 (LiFePO4 ) 能够可逆地嵌入和脱出锂离 子 ,LiFePO4 就以其低廉的价格、良好的循环性能、安全无毒、较高的理论容量、原材料来源广泛等优势 ,引起电化学工作者的广泛关注。 LiFePO4 的理论比容量是 170mAh/ g , 其理论真实密度是 3. 6g/ cm3 ,Fe2 + / Fe3 + 相对金属锂的电压是 3. 4V ,具有非常平稳的充放电平台。本文应用液相共沉淀法联合固相焙烧法来制备 LiFePO4 / C 复合材料 ,以材料首次放电比容量为考察标准 通过正交实验来优化制备工艺 ,并对材料的理化性能和电化学性能进行了测试。 2 实 验 2. 1 磷酸铁锂的制备 以硫酸亚铁、磷酸二氢铵、氨水为原料 ,柠檬酸为分散剂 ,用共沉淀法通过严格控制体系的 p H 值、物料流速、搅拌速度和反应体系温度等来制备球形磷酸亚铁铵 ,充分洗涤和干燥后按一定的 x (Li) x ( Fe) 与碳酸锂混合 ,再加入适量的葡萄糖 ,在高速球磨机上进行球磨 ,然后将球磨好的样品置于预抽真空高温炉中进行高温焙烧 ,用 N2 气保护 ,控制升温速率为 5 / min ,恒温一段时间后 ,在炉中自然冷却 ,得 到 LiFePO4 / C复合材料。 2. 2 材料性能测试与表征 用日本 Hitachi 公司 S2550 型扫描电子显微镜 (SEM) 观察合成产物颗粒的形貌 ,采用日本理学 D/MAX2PC2200 X 射线衍射仪 (Cu 靶 , = 0. 15405nm)对产品进行物相晶体结构 29 分析 , 电压 40kV , 电流 20mA ,扫描范围为 10 60 ,扫描速度 2 / min 。用北京第二光学仪器厂 WQF2510 型傅立叶变换红外光谱仪 (F TIR) 测试产品的组成 ,分辨率为 4cm- 1 ,扫描范围为 400 4000cm- 1 。 2. 3 电化学性能测试 用涂布法制备正极片 ,将得到的 LiFePO4 与乙炔黑、 PVDF 按 80 15 5 的质量比搅拌均匀 ,以无水乙醇为溶剂 ,混合成浆料 ,然后将浆料涂布在铝箔上 ,充分干燥后制成正极片 ,以金属锂为负极 ,Celgard2400聚丙烯多孔膜为隔膜 , 1mol/ L LiPF6 / EC2DMC(体积 比为 1 1) 为电解液 ,在充满 Ar 气的手套箱中组装成电池 ,将试验电池置于 BS9300 型充放电仪 (广州擎天实业有限公司 ) 上进行电化学性能测试 ,充放电电压范围是 2. 2 4. 2V 。 3 结果与讨论 3. 1 正交实验 在单因素分析实验的基础上 ,为得到以球形磷酸亚铁铵为前驱体用固相焙烧法制备LiFePO4 的最佳工艺条件 ,考察了球磨时间、