动力电池-电动汽车的“CPU”.docx

【作者：刘彬 杨平来源：国联证券时间：2009-05-21】投资要点： 电动汽车关键零部件只有一两个！20 世纪80 年代初，IBM 将个人电脑中的两个关键零部件外包：操作系统交给了当时很不起眼的微软，而CPU 交给了一家资产不足10 亿美元的英特尔。过去20 年中，这两家公司经历了爆炸性的成长，如今市值合计超过了2600 亿美元，是IBM 的两倍。电动汽车关键零部件只有电池、电机和电控系统，而电动汽车的装配并非难事，费用也低廉得多。那么，这种关键部件只有一两个、更易于制造的电动汽车，对传统汽车产业带来什么冲击呢？低门槛的电动汽车制造已为新的竞争者打开了一扇大门，比如挪威的Think Global、美国的特斯拉（Tesla）以及中国的比亚迪，而关键零部件将是产业链的核心。 动力电池组技术是电动汽车发展的基础。阻碍电动汽车发展的瓶颈主要是以电池为动力的电动汽车在续航能力、成本等方面与传统汽车相比还有一定劣势。只有动力电池组技术水平有较大提升，电动汽车产业才能发展壮大。 不看好铅酸电池和镍氢电池路线。镍氢电池是未来23年过渡产品，最终目标是锂电池和燃料电池。镍氢电池以其成本优势占据了电池容量要求不高的混合动力电池市场，能量密度小、续航能力差；铅酸电池便宜而笨重，寿命不到2年。未来23年锂离子动力电池实现规模化生产，成本大幅降低之时，就是镍氢电池和铅酸电池被淘汰之日。鉴于日本的镍氢电池市场的领先优势，欧盟汽车厂商纷纷越过镍氢电池直接发展锂电池和燃料电池，而国内镍氢电池厂商从示范运行到规模化供货，大约需要23年。 看好锂离子动力电池。锂离子单体电池已经完全达到实用水平，但成组应用技术尚不成熟，导致动力电池成本高，寿命较短。具备优越性能的锂电池材料已经面世，但由于制造工艺和设备的限制，成品率较低，若成品率达到80%，成本即可降低30%50%。1、运输工具消耗全球60%石油，二氧化碳排放占16%过去30 年全球交运工具消耗的石油的比例从45.4%增加到了60.5%。减少交通运输领域的石油消耗，是人类摆脱石油依赖最重要途径之一；汽车尾气是造成大气污染和二氧化碳排放的重要因素之一。低排放少耗油的低碳汽车是摆脱石油依赖的重要手段。汽车排放的二氧化碳量急剧增加，加速了地球变暖趋势。据国际能源署2006 年估计，全球16%的二氧化碳来自于汽车的尾气，汽车二氧化碳总排量将从1990 年的30 亿吨增加到2020 年的60 亿吨。2. 能源危机和环境污染催生新能源汽车革命-脱“碳”的革命人类的主要能源，从煤炭到石油，再到天然气，再到太阳能风能等可再生能源，产生同等能量，二氧化碳排放量逐渐减少。如无烟煤火电站每生产1 度电排放约720 克二氧化碳，而一个现代天然气电站仅排放370g 二氧化碳，减少近50%；而太阳能、风能几乎不产生二氧化碳。从这个意义上来说，能源利用的演变过程就是脱碳的过程。汽车能源的发展也遵循着这一条规律。目前正经历着从石油到非石油的转变：从汽/柴油到天然气或生物燃料，再到电能或氢气，二氧化碳的排放量逐渐减少，直至排放量为零。目前低碳汽车发展遵循的路线如下：1、 低碳燃料以天然气或者生物燃料替代汽/柴油。天然气二氧化碳排放量可减少50%；生物燃料，如生物柴油和生物乙醇，来自绿色植物，其生长过程吸收和使用过程排放的二氧化碳几乎相等，不额外排放的二氧化碳，也可较大程度减少二氧化碳的排放。2、混合动力汽车通过回收汽车行驶过程中被浪费的能量，以及电池储存的电能辅助汽车行驶，能够部分减少汽/柴油使用量，从而达到减排的目的。3、纯电动汽车汽车以电为能量，使用过程中二氧化碳排放量为零。4、燃料电池以氢气为燃料，排放物只有水，二氧化碳排放量为零。3. 低碳汽车分类电动汽车是未来主流3.1 低碳燃料汽车仍将与汽柴油汽车长期共存低碳燃料汽车，国内外发展多年，但与传统汽/柴油相比，由于其燃料来源和燃用性能的局限，一直无法大规模替代汽柴油，直至今日也仅仅是作为传统燃料的有益补充，但仍不失为一种减少二氧化碳排放有效途径。发展最快的低碳燃料当属生物燃料，主要是燃料乙醇（美国和巴西）和生物柴油（德国和美国）。但乙醇和生物柴油需占用大量土地，与民争粮，引起多方争议，无法各国大规模推广。巴西、美国和德国依靠国内政策大力扶持，充分利用其国内耕地面积大，生物燃料发展迅猛。而在其他耕地资源相对贫乏的国家，发展生物燃料受到很大局限。传统的低碳燃料，如天然气、石油液化气，经过多年发展，并不能从根本上解决对矿石能源的依赖，近年来有逐渐萎缩的趋势。甲醇和二甲醚来自煤炭，转化过程中需消耗大量能源，政府持谨慎态度；而天然气和液化石油气的能量密度较汽/柴油有较大差距，多年来多局限于公共交通领域。3.2 23 年内，混合动力车仍将是电动汽车市场的主流混合动力汽车结合了内燃机和电机两者的优势，以热能和电能两套系统驱动汽车。以丰田普锐斯为代表，动力以内燃机为主，电动机是辅助作用。汽车启动或低速行驶时，电动机优先供能，此时内燃机关闭，汽车油耗为零；加速和上坡时两套系统同时出力；可回收刹车和下坡时的能量，储存到电池中备用。这些特点使得混合动力车在堵车时排放量下降80，省油50，非常适用于拥堵的城市交通状况。在混合动力中，现阶段依然是以油为主导，电只是辅助作用。随着电池技术水平的提高，进入第二阶段，即以电为主，油为辅，也就是所说的PLUG-IN插入式混合动力。只有走过这两个阶段，汽车才能真正走向纯电动阶段。相比于销量逐年微降的传统汽车销售市场，经过多年市场开发，混合动力汽车销售日渐兴隆。截止08 年底，全球混合动力汽车累计销售170 万辆，其中丰田公司销售了100 万辆以上，本田销售30 万辆。丰田和本田在大力发展锂离子动力电池的同时，不会轻易放弃来之不易的垄断市场，仍将会继续改进混合动力技术，降低成本等方式大力推动镍氢混合动力车的不断发展，以获取更多收益。因此我们认为混合动力车仍然会是未来23 年内电动汽车的主流。在油价高企的时候，成熟的混合动力可以极大的满足人们对于省油和环保的诉求；当油价低迷，购车成本较高的混合动力车的吸引力大大减小。各种混合动力汽车中，插电式（PHEV）有望获得最大发展插电式混合动力车充分发挥了电池的作用，拥有较大的电池容量，减排力度最大，是目前混合动力车中最经济最现实的解决方案。PHEV 最大限度地发挥了电动机的辅助驱动作用，动力性能能够达到或接近现代内燃机汽车汽车的水平，油耗降低到内燃机汽车的20%50%，环保方面可达到超低污染的环保标准。混合动力车上实现双能源动力的关键是同时对内燃机驱动系统和电机驱动系统实现控制，合理有效的管理和分配内燃机驱动力与电动机驱动力。3.3 纯电动汽车是最终目标，混合动力只是过渡虽然混合动力汽车可以有效减少石油依赖，减少二氧化碳排放，但依然不彻底。而且同时搭载两套动力系统，不仅增加了购车成本、操控难度和复杂性，也额外增加了车的重量，降低了汽车的整体能效。因此这只是在电池技术没有取得较大突破之前的权宜之计。据美国能源部的测试报告，汽/柴油提供的能量中，仅有12.6%最终用来驱动汽车，内燃机损耗占62%，空转、刹车及传动损失占20%。在不输入外部电能的情况下，混合动力能效最多还可以提高20%，省油空间有限。3.3.1 行驶同等路程，电动汽车能源成本比燃油汽车低80%以上3.3.2 电动汽车能效高，操控性能优越混合动力虽然能降低能耗和污染，但终归是以内燃机为主要动力源，电机仅仅作为辅助动力。同一辆汽车需要搭载两套动力系统，从经济性、成本和环保角度来说，都有较大的局限性。纯电动汽车完全解决了汽车使用环境的污染和排放问题。电动机汽车能源利用率70%80%，传统汽车不到20%。纯电动汽车只有四个组成部分：电池及管理系统、电机、电控系统、车身及辅助系统。相比内燃机汽车，省却了离合器、变速箱、差速器，电动机的体积和重量也比内燃机大幅减少，机械系统的重量和复杂性大大降低，复杂机械系统中的损耗的能量大幅减少，因此纯电动汽车能源利用效率可提升至60%80%，是内燃机的34 倍。调控方便。对于新型动力电机，只需通过电路调控电动机的电压或电流等参数即可控制电动机的转矩和旋转方向，无需复杂的机械装置辅助（如离合器、变速箱、差速器等），减轻自重的同时，提高了能效。电动机能效高，操控性能优异。交通工具运行通常需要不同的转速和扭矩，内燃机不能在工况变化较大的情况下同时满足速度和扭矩分配。内燃机需保持较高转速，若需切换和调节转速和扭矩，需通过变速器和离合器的配合，才能实现扭矩和转速的调控。由于这个原因，汽/柴油机只能在很窄的速度和扭矩范围内输出最大功率，通常效率在1020%。而电动机可带负荷启动，低速运转时即有高扭矩，转速和方向调节简单，无需换挡即可方便的调节转速和扭矩，运行效率达80%。同等驱动力情况下，电机驱动系统更小更轻巧。如Tesla Motors 纯电动跑车的电动机仅52kg（内燃机引擎可达400kg），百公里耗电12.7kWh，能效86%。内燃机运行过程中，多个活塞一起运作，使得扭矩输出不稳定，形成扭矩波动；而电机驱动系统运行非常顺滑，且能实现快速控制，当怠速或者刹车时，可回收这部分被浪费的能量。丰田Prius 已应用此项技术。3.3.3 电池组技术急需突破-电动汽车没有普及的原因由于电动车全部能源来自动力电池，动力电池组的性能将决定电动汽车的使用性能。使用的便利性。由于电池容量相对有限，相比于汽/柴油车，车载能量较少，续航里程明显偏小。充电站数目很少，专业快充充电网络尚未健全，慢充电时间长达5 小时以上，容易给用户造成很不方便的消费体验，因此纯电动汽车还不被广泛接受。电池组一致性问题。新开发的锂离子单体电池性能完全能满足实用需要，但动力电池需上百个单体电池组合使用。同时保持这么多单体电池的性能一致，难度较大，而一致性又影响到电池组整体寿命。目前的条件下制作出来的电池一致性不佳，导致出现了单体电池寿命超过2000 次而电池组寿命只有500 次的情况。一致性难题的解决有赖于制造工艺和设备水平的提升，以及电池管理系统的智能化。电池组初置成本较高。制程技术的限制，电池成品率较低，另外动力电池尚未规模化应用，造成动力电池生产成本偏高。性能相当的电动汽车成本也明显高于传统汽车，虽然长期来看电动汽车使用费用远低于汽/柴油车，但消费者依然不愿意承担较高的初置费用。国家付出更多的石油成本，“补贴”国内石油消费。同等配置的比亚迪F3DM 和丰田Prius，大约每辆贵8 万人民币。中国为了应对节节高攀的油价和每年新增石油消费量，平均每年需多支付大约1000 亿人民币进口石油。如果将其中一半用于补贴低碳汽车，每辆车补贴10 万，每年中国可新增低碳汽车62 万辆。为什么我们宁愿付出高昂的代价去购买海外石油，而不愿意将购买石油的多付出的钱用来发展中国的电动汽车，促进我们自己的新能源汽车产业技术升级呢？07 年我国交运领域石油消耗占比34%，工业耗油41%。传统汽车制造商没有动力推广电动汽车。金融危机以前，传统汽车生产商的传统汽车业务能创造足够的利润，足以维持公司运行，生产商也就没有动力去制造和销售电动车。遭遇金融危机后，各汽车厂商相继陷入经济危机，纷纷寻找新的利润增长点，同时在各国政策驱动下，新型电动汽车成为各厂商争相投入的热点。相信在各大汽车产商和政府政策的大力推动下，电动汽车发展速度将会加快。3.3.4 充电网络的建设，电从哪里来？- 国家电网公司有推动力“谷电”潜力大！庞大的电动车充电可减少电网浪费为解决用电高峰期用电紧张问题，国家需投入大量资金平抑“峰谷”用电，以保证足够的富余供应量，建成之后大部分时间被闲置，造成巨大浪费。以上海电网为例（上海地区把超过90%的负荷定义为电负荷），每年出现电负荷的时间只有100 到200 个小时，但是电网之间为了解决每年的负荷，仅仅输配电投资即达到200 个亿，还不包括增扩建发电厂的投资。庞大的电动汽车晚上充电储存富余的电能，可一定程度减轻电能浪费。“谷电”价格便宜50%，电动车使用费用更显优势。据中电联08 年数据，全国全口径发电量34334 亿千瓦时，全社会用电量34268 亿千瓦时。晚上用电需求大减，电力公司不少发电机处于空转状态（重启发电机所需能源比空转时耗能更大），闲置浪费量按1%计算也有340 亿千瓦时，足够6.8 亿辆纯电动汽车充电。同时国家电网也获得新增售电收入。国家电网公司自2003 年就开始稳步推进电动汽车应用自2003 年起，国家电网公司启动电动汽车的研制工作。2006 年发布关于加快推动纯电动汽车发展有关工作的通知文件要求，制定了“十一五”期间详细的车辆替换和运行计划，要求京沪浙鲁等七个省市分公司推广电动工程车，替换现有公用车5的比例，其他省（市）分公司替换2，四年内完成公司系统1979 辆电力车辆的替换，公司经营区域内电动公交出租车达到4800辆，并建成内部标准化充电站网络，实现充电机生产和充电接口的标准化。2007 年9 月在上海与瑞华集团合作生产电动汽车，在杭州与万向集团合作电动车开发。11 月，电动汽车内部应用工作全面启动。2008 年年初，选定大连电机集团的改装电动皮卡为纯电动汽车发展平台。3.4 燃料电池汽车-终极目标,等待技术突破燃料电池以氢气为能源源，排放物为水，实现了零排放，是真正清洁能源。完全适应未来对碳排放标准的严格要求。燃料电池由于是直接将化学能转化为电能，效率可达到40%50%，再加上对于电池热能的综合利用，能源利用效率可达到70%以上。而且氢来源广泛，可来自水等富氢物质，不存在资源量限制。以目前的技术水平，从水制取1kg 氢气，耗电4570kWh。 氢气成本（包括储运成本）28 元/kg,是同等重量汽油价格的8 倍。如果以水电、风电、太阳能等可再生能源制取氢气，则氢气是完全清洁能源。图 11：燃料电池示意图能量效率远高于内燃机和油电混合动力车。美国国家科学院（National Academies of Science）最近的报告显示，燃料电池车效率为传统汽油车的2.4倍。有待突破的关键点：燃料电池使用成本：1.燃料电池使用贵金属铂作为催化，且铂极易因一氧化碳中毒丧失活性；隔膜成本高昂，且技术难度大；2.氢气制造成本高，每公斤氢气价格为汽油的8 倍，储运难度大，氢气储运成本高；3.燃料电池的稳定性、寿命、复杂路况下的性能衰减。加氢网络：氢气的低成本储运是个很大的挑战。氢气常温常压下是易燃易爆的气体，且很难液化。气体状态下，能量密度低（680 个大气压下的氢气气体，能量密度仅为一加仑汽油液体的14%）。 2006 年，丰田普锐斯曾创造过570英里的里程世界纪录，目前燃料电池车里程仅100250 英里。4. 汽车动力电池路线图电动汽车的核心部件是动力电池及管理系统,无论是培育市场阶段还是快速发展阶段，有较高技术壁垒的关键零部件-动力电池及管理系统，都将是最先受益和持续受益的环节，很可能获得超额收益。而其他如车身等传统零部件仅仅只能获得平均收益。电动汽车完全依赖车载电池储存的有限能源，且需要应对各种复杂工况，这对动力电池性能、电机及控制技术提出了高效率、动能再生利用、高功率密度、高起动力矩、低噪声和低振动、良好的调速性和可控性，以及高可靠性、长寿命、易维护等技术要求。动力电池 电动汽车产业的瓶颈和核心动力电池作为电动汽车的能量来源，是电动汽车产业链的核心，其作用相当于传统汽车的“汽油”，电脑的“CPU”。电池材料的电化学特性决定了电池的基本性能，如容量、功率和安全性，电池材料决定电动汽车能否快速发展，取代传统汽车的关键因素。全球动力电池产业目前面临技术制约和成本制约，只有当动力电池性能得到改善、成本大幅降低、规模化应用之后，才能带动其他较为成熟的环节的大力发展，如电机和电控系统等。因此我们认为动力电池是电动汽车产业链中最具投资价值的环节，最有可能获得超额收益，其他如电机和电控系统环节有较为成熟技术和市场基础，竞争者众多，可能只能获得平均收益。4.1 铅酸电池铅酸电池是目前应用最广泛、技术最成熟，唯一大批量生产和应用的动力电池，主要用于汽车和电动自行车。缺点：用于电动自行车，仅能使用1.52 年；比能量、比功率和能量密度都比较低，充电时间长；笨重，重量是同等容量锰酸锂电池的3 倍。优点：单价最低，可高倍率放电。应用范围：三分之一用于电力、交通、信息等产业备用电源，在汽车、叉车等运输工具和大型不间断供电电源系统中处于控制地位。我国95%以上的电动自行车电池采用铅酸蓄电池。铅酸电池技术最为成熟，虽然其比能量、比功率和能量密度都比较低，但较高的性价比及高倍率放电性能，成为目前唯一大批量生产的电动汽车用电池。但是只要想像一下用叉车、吊车将成吨的电池组装上电动公交车的艰难情景(因充电慢，分多组轮流使用)，就可预见其黯淡的未来。4.2 镍氢电池镍氢电池已成功应用于丰田Prius 混合动力汽车，目前应用较为成熟的动力电池，搭载镍氢电池的混合动力汽车全球销量已超过170 万辆。缺点：续航能力差，低温性能差，技术提升空间不大；适合大电流快速充放电、耐过充放电能力强；只能用于汽车的辅助动力，纯电动车必须选用更高比能量的动力电池；自放电率高，常温下放置30 天，损失额定容量30%35%；比能量较小。优点：安全性高，耐过充过放性能优秀。适用范围：混合动力车、电动工具等对电池容量要求不高的工具。截至09 年1 月底，混合动力车在全球累计销量已超过170 万辆，其中丰田100 万辆，本田30 万辆。2000 年丰田普Prius 混合动力车首次登陆北美市场。丰田用了7 年使镍氢混合动力车销量突破50 万辆，而从50 万到100 万辆只用了约2 年时间，混合动力车逐渐为为市场所接受。4.3 大容量锂离子电池动力电池最关注的是大功率放电、长寿命、低的自放电。锂离子电池具有重量轻、储能容量大、功率大、无污染、寿命长、自放电系数小、温度适应范围广等优点，已开始逐渐取代酸铅和镍氢电池，成为目前世界上大多数汽车企业的首选目标和主攻方向，全球已有20 余家主流企业进行车载锂离子动力电池研发，如富士重工、三洋电机、NEC、东芝、美国江森自控公司等。缺点：耐过充过放能力差，有安全隐患。优点：高能量密度，可达150WH/kg：体积小，重量轻，单位重量的能量密度是镍氢的2 倍；寿命可达10 年。锂离子电池主要由正极材料、负极材料、电解质溶液和隔膜构成，辅助材料还有作为基底材料的超薄铜箔和铝箔。4.3.1 锂电池的安全问题对于公众来说，锂离子电池“容易爆炸”的观念已经先入为主，这也是目前锂离子动力电池实用较少的缘故之一。所谓的锂离子电池安全问题特指采用了以钴酸锂为正极材料的锂离子电池，原因主要是以铅酸电池的充电方式为锂离子电池充电，造成部分电池单体过充、过热，引起高温和过流，最后导致燃烧爆炸，并非电池本身存在安全问题。依靠稳定可靠的过充保护电路，可避免这种安全问题。因钴酸锂的氧化性很强，175分解后产生强氧化物质，分解有机电解质。一旦电池壳体泄漏，析出的金属锂接触空气剧烈燃烧，同时引起易燃的电解质燃烧、爆炸。新开发的锰酸锂、磷酸铁锂、三元材料等新型正极材料稳定性大为提高，已经能解决安全难题。图 12：锂离子电池过充引发爆炸的原因4.3.2 影响锂离子动力电池实用的主要因素- 性能、成本和电池组寿命。锂离子电池主要构成有：正极材料、隔膜、电解液和负极材料。其中对电池性能影响最大的是正极材料，技术难度也最大，也是一直以来研究的热点。目前锂离子电池应用于汽车难点：一致性、电池寿命、电池低温性能；过热过载，电池成本（材料筛选开发，低成本制造）。一致性的影响：主要影响因素有有电池材料、制造过程的控制，电池化成设备的影响，三个因素各占三分之一。锂电池组品质的好坏，80%在于生产过程的控制。锂离子动力电池的发展目前严重受制于滞后的电池成组应用技术。前一阶段动力锂电池的研究重点是关键材料研究，现在慢慢转向电池成组应用技术，如电池组充放电、维护管理等应用技术型研究，电池组应用技术的已落后于材料技术发展速度。公用超快充电站是纯电动汽车商业化的基础设施，充电网络较快建设是否到位，会对电动汽车快速发展起到巨大的推动作用，反之则是电动汽车商业化应用的主要短板。正极材料的性能对电池性能影响最大。最先得到大规模应用的是钴酸锂，主要用于手机等便携式电子产品。但钴酸锂电池充放电存在安全隐患，不适合大型电池。因此开发出很多安全性优良的锂电池正极材料，替代钴酸锂，应用于大型动力电池。相比较而言，钴酸锂最大的问题是安全性差（175即分解，引发安全问题）、成本高（目前钴价约32 万元/吨，含钴60%的钴酸锂超过26 万元/吨）、循环寿命短；锰酸锂安全性比钴酸锂好很多，但高温环境的循环寿命差（500次）。磷酸铁锂因为高放电功率、成本相对低、可快速充电且循环寿命长（2000次以上），在高温高热环境下的稳定性高（300 度高温以上才有安全隐患），具有很好的安全边际，是目前最理想的动力电池正极材料。三元材料融合了钴酸锂和锰酸锂的优点，在小型低功率电池和大功率动力电池上都有应用。钴是一种贵金属，价格波动大，对钴酸锂的价格影响较大。钴酸处于价格高位时，三元材料减少了钴用量，具有较强的市场竞争力，成本较低。但钴处于低位时，三元材料优势大大减小。今后三元材料的市场表现取决于钴酸锂和磷酸铁锂的发展，与前者比较价格，即当钴酸锂价格高于30 万/吨时，三元材料才有市场竞争力；与后者比技术，即一旦磷酸铁锂技术得到突破，并实现大规模量产，那么三元材料就会被市场挤兑。锰酸锂最便宜，充放电过程中结构会逐渐改变，导致容量衰减，寿命降低。锰酸锂鉴于技术和价格的优势，在两年内可以维系市场竞争优势，但迟早将被磷酸铁锂取代，只能作为一种过渡电池材料。4.3.3 锂电池材料中明星材料 磷酸锂铁相对来说磷酸铁锂优势最明显，而且技术提升空间更大，全球主要汽车厂商和电芯厂商大多数认为，磷酸铁锂是动力电池正极材料的首选，而且从现有的投资方向看，也基本定位于磷酸铁锂。多家国际汽车企业与电池企业陆续联合进行大规模锂电池投资竞赛，包括丰田与松下、日产与NEC、大众与三洋、博世与三星。国内磷酸铁锂今后随着产能加大和生产技术的提升，成品率提高到80%，成本即可降低一半，价格下降空间非常大。从磷酸铁锂的材料结构而言, 其比容量虽然比钴酸锂电池比容量少了25%,但安全性得到极大的提升；比容量比镍氢电池提升了70%, 安全的特性加上容量的提升, 使得汽车生产商从磷酸铁锂的身上看到了安全与续航力的平衡点，因此成为兵家必争之地。磷酸铁锂材料在锂电池被重视的根本原因其安全的橄榄石结构，当过充过放的过程中，可以吸纳更多的锂离子，不会发生因锂离子析出而引起的“爆炸”可能。由于磷酸铁锂有着巨大的商业价值，也引起各厂商展开对专利权的控制与反控制。4.3.4 磷酸锂铁的专利之争日本的NTT（1996 年）和美国德州大学John.B.Goodenough 教授（1997 年）先后发表磷酸铁锂的橄榄石结构，并在美、日、德、英、法、意、加申请了专利。但由于NTT 的工程师冈田重人涉嫌窃取德州大学的营业秘密，NTT 不得不将其拥有的磷酸锂铁电池材料专利专属授权给德州大学，并为此支付3000 万美元，虽然NTT 的磷酸铁锂材料与德州大学的材料并不相同，甚至能量密度还要高于德州大学专利材料。比亚迪公司的磷酸铁锂材料组合与NTT 磷酸铁锂材料完全相同。该专利目前被授权给加拿大自来水公司Hydro-Quebec 及其下属公司Phostech 使用。2006 年4 月经过相关的诉讼，美国德州大学不得不缩窄“5910382 专利”的索赔范围；2008 年4 月15 日，A123, Aleees, Valence 等拥有不同晶体结构的LFP 三家公司趁胜追击，导致美国专利商标局（Patent and Trademark Office）发出了修订”6514640 专利“的索赔要求的复审证书。目前复查工作仍在进行中。2008 年12 月9 日欧洲专利局（EPO）撤销了授予德州大学和Goodenough教授等人的有关磷酸铁锂的欧洲专利。4.3.5 磷酸铁锂专利之争对动力电池产业的影响目前欧盟专利局已撤销磷酸铁锂在欧盟境内的专利，意味着欧盟境内磷酸铁锂材料不存在任何侵权风险。该专利尚未在中国申请相关专利，因此国内销售短期内也不存在专利官司。但如果需要出口至欧盟以外的地区时，可能存在被诉侵权的风险。5. 不看好铅酸电池和镍氢电池路线铅酸电池由于材料性能的极大局限，注定了铅酸动力电池寿命短。迟早被替代的命运，之所以现在还占据一定市场，主要是由于其价格便宜，而其他电池依然较贵。镍氢电池技术在日本已经非常成熟，目前广泛应用于混合动力汽车和电动工具，在动力电池领域，丰田和本田已牢牢把握住了市场垄断地位，其成熟的技术和低成本制造优势，其他竞争对手短期内还无法超越这些日本企业。因此美国通用汽车等公司也已放弃镍氢电池，直接开发锂离子动力电池。丰田和本田也加紧了新型锂离子动力电池的研发。国内生产商在既无市场优势，也无成组应用技术优势的基础上发展镍氢动力电池，如不能在23 年内抢占市场，按照现在锂电池的发展速度，一旦锂电池迅速商用，镍氢动力电池的盈利能力将大打折扣。况且，即使国内厂商花大力气研发和量产镍氢动力电池比较顺利，从示范运行到量产，到占领市场，至少要花23 年，此时日美等生产商早已开始享受锂电池的带来的利润了，与其发展落伍的技术，将来受制于人，还不如直接发展锂电池，与海外巨头站在同一起跑线上，开发新型锂离子动力电池。6. 看好锂离子动力电池-锂离子电池投资价值链分析锂离子电池能量密度较高，有良好的循环性能，可以同时满足汽车动力电池对于高容量、长寿命的要求，是目前最被看好的动力电池路线。6.1 锂离子动力电池市场容量中短期机会来自电池替换（铅酸电池和镍氢电池），如电动自行车和电动工具市场。锂电产业链下游应用环节，包括低端的手机、笔记本电脑、数码相机、电动工具、矿灯市场，中端的风电和太阳能储能市场，以及高端的电动交通工具市场，也可用于军事航天领域，如坦克、潜艇、火箭等。电动工具市场目前锂电池替代镍氢和镍镉电池的速度非常快，其中最具代表性的厂商是美国B&K 公司、德国B0SCH、日本牧田、香港创科（TTI）、日本日立和松下，这些厂商推出的磷酸铁锂电池驱动的电动工具，市场热销。国内电动自行车市场是目前较为被看好的锂电应用市场之一，但铅酸电池较大的价格优势有很高度市占率，锂动力电池占有率还比较低。目前锰酸锂电池也有部分市场。最具代表性的生产商是苏州星恒，目前已形成相当大的产值规模。作为铅酸电池理想的替代品 磷酸铁锂电池在国内应用甚少，因为其价格是铅酸蓄电池的45 倍，锰酸锂电池的2 倍，消费者一时难以接受。电动汽车是动力锂电池最大的应用市场，世界各国政府都在积极鼓励发展电动汽车，这对动力锂电池的发展是极大的利好。根据拓璞扑研究所的预测，全球混合动力车2010 年将成长至 210 万辆，2015 年将达600 万辆以上，未来将有2/3 的电动汽车使用锂电池。6.2 锂离子动力电池投资价值分析一般锂离子电池主要包含四部分：正极材料、负极材料、电解液、隔膜及超薄铜箔铝箔等辅助材料。其中正极材料、电解液和隔膜是最核心的3 种材料，占锂离子动力电池成本的70%。其中，市场容量最大、附加值最高的是正极材料，大约占锂电池成本30%，毛利率低则15%，高则70%以上。目前已批量应用于锂电池的正极材料主要有钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、三元材料以及磷酸铁锂。钴酸锂仍将是小型电池上主要的正极材料。钴酸锂电池容量较高，虽然原材料价格较高，但小型锂离子电池用量少，对小型锂离子电池的成本影响不是很明显。因此即便在三五年后，由于整个便携式电子产品的仍将保持增长态势，钴酸锂仍然会是小型锂电池的主要正极材料，钴酸锂的市场总量仍将继续稳步增长。汽车动力电池市场是新增的巨量市场；取代电动工具和电动自行车中的铅酸电池和镍氢电池，是替换市场。预计2011 年正极材料市场容量将超过500 亿，负极材料150 亿，电解液180 亿，隔膜400 亿。图 13：锂电池材料涉及的上市公司6.2.1 正极材料 看好杉杉股份、中国宝安正极材料占锂离子电池成本30%，是影响电池性能最主要的因素。杉杉股份（600884）：国内最大的锂电池材料一体化综合供应商，电池业务收入10.62 亿元，占比40%，净利润3414 万元，利润贡献约31%，是国内电池材料业务最完整，产业链分布最广的上市公司。持股75%的湖南杉杉磷酸铁锂产能500 吨，持股98.04%的上海杉杉碳负极材料产能1200 吨，全资子公司东莞杉杉电解液产能3500 吨，国内第二。公司正在着手研制磷酸铁锂电池，从而实现产业链的一体化。锂离子电池正极材料业务已经成为国内最大，世界前三甲的电池材料综合供应商，新型的正极材料，如三元材料和锰酸锂已进入销售阶段。中国宝安（000012）：电池业务收入1.89 亿元，占比6.5%，毛利0.69 亿元，占比约6.5%。持股55%的深圳贝特瑞具有1500 吨磷酸铁锂产能和6000 吨碳负极材料（国内产能第一，全球第二）。持股75%的天骄科技具有三元材料产能1000 吨，计划09 年中试生产150 吨磷酸铁锂。6.2.2 隔膜 - 关注佛塑股份（000973）、星源材质（拟上市）最后国产化的锂电池主材，隔膜占动力电池成本的30%左右，毛利率可达70%以。05 年之前基本依赖进口，国产隔膜从05 年才开始上市，主要供应低端产品。隔膜性能决定电池界面结构、内阻，直接影响电池容量、循环性能和安全性等特性，性能优异的隔膜对提高电池的综合性能具有重要作用。全球前3 大供应商依次为Asahi(旭化成工业)、美国Ce