青岛市动力型锂电池产业技术路线图研究

王志玲 宋福杰 房学祥

青岛市科学技术信息研究所

综合分析国内外动力型锂电池技术发展趋势、产业发展现状、市场供需情况及发展前景，结合青岛市动力型锂电池产业现状及SWOT 分析，确定产业发展目标、发展瓶颈及技术研发需求，绘制产业技术路线图，并提出对策建议。

锂电池是当今国际公认的理想化学能源，与铅酸电池、镍氢电池等电池相比，锂电池具有能量密度高、循环寿命长、自放电率小、无记忆效应和绿色环保等优势，已成为电动汽车用动力电池的首选，在新能源汽车时代将发挥主导作用，产业发展前景广阔。世界各国在动力型锂电池研究和应用方面已取得诸多进展及成果，但就其产业化应用来说，锂电池的安全与寿命问题仍然是制约电动汽车普及和大规模应用的关键。我国动力型锂电池产业处于研究开发和产业化起步阶段，随着新能源汽车等七大战略性新兴产业发展规划的实施，将进一步带动国内动力型锂电池产业的发展。

动力型锂电池产业及技术发展趋势

锂电池构成及分类

锂电池是一种锂离子浓度差电池，采用两种能可逆嵌入与脱嵌锂离子的化合物作为正负极，依靠锂离子在正负极之间的转移来完成电池充放电工作。一般由正极、负极、电解液、隔膜和外壳等构成，常用材料及成本构成详见表1。

锂电池产业为储能产业，广泛应用于通信电源、电动汽车、兆瓦级储能电源（如风能、太阳能、智能电网）等领域。按应用领域不同，锂电池可以分为电器类电池、储能电池、动力电池和微型电池。本文所述动力型锂电池范围界定为高功率动力电池，指在电动汽车、电动自行车、电动工具等大功率器件中作为动力源使用的电池。

动力型锂电池产业链构成

图1 动力型锂电池产业链构成

动力型锂电池的制造经历电池材料、电芯、电池模组、电池包四个环节，其产业链构成如图1 所示。产业链的上游主要是正极材料、负极材料、电解液、隔膜等关键原材料的制备；中游包括电芯制造和电池组集成，涉及电极板制作、电池芯封装、充放电以及安全性能测试、电池模块成组、电池组性能测试、电池组保护装置等环节；下游为锂电池在电动车、电动工具以及大功率器具等领域的应用。

技术发展趋势

从电池性能上看，目前车用动力型锂电池比能量为100～150Wh/kg，一次充电后电动汽车（EV）行驶里程为100～200km，不及传统汽车的1/3。因此，在大力提升锂电池安全性、循环寿命，降低成本的同时，研发新型电极材料、电池技术以提高电池整体性能成为研究的热点。

目前主流正极材料有钴酸锂、锰酸锂、三元材料（镍钴锰酸锂）和磷酸铁锂。其中技术最成熟、应用最广泛的锂电池正极材料是钴酸锂，但由于成本较高，且作为动力电池其安全性问题尚未得到解决，因此各国动力型锂电池研发的重点集中在锰酸锂、三元材料和磷酸铁锂。其中，锰酸锂系技术较为成熟，其缺点是单体电池寿命短，耐高温性能差；三元材料是已有材料的改性，更多的是关注工艺参数；磷酸铁锂因其超长的循环寿命，极好的安全性能，较好的高温性能，极其低廉的价格而被看好，但也存在导电性差、耐低温性能差、倍率性能差以及材料批次一致性控制困难等缺点。

表1 锂电池主要组分常见材料及成本构成

从技术路线上来看，锰酸锂和三元材料是目前国际上动力锂电池的主流技术路线，仅有美国和中国的企业选择磷酸铁锂路线。其中，日本和韩国主要采用锰酸锂和三元材料，美国的三家企业中，Johnson Controls-Saft 和EndDel 也是三元材料和锰酸锂，A123 选择了磷酸铁锂路线。国内企业普遍选择磷酸铁锂作为动力型锂电池的发展方向，但其两大核心技术（包敷碳技术、碳热还原技术）专利分别由加拿大Phostech 和美国A123 公司掌握，规避知识产权风险难度较大。从研发和生产锂电池的经验来看，日本和韩国是锂电池商业化生产做得最好的国家，并且一直占据高端锂电池市场，因此日韩企业选择三元材料和锰酸锂作为其动力锂电池的技术路线也是值得思考。

国内外动力型锂电池产业发展现状与市场前景分析

国外产业发展现状

2009年全球锂电池产量约为30.5 亿只，合计电池容量约15，000MWh。2010年锂电池产量达到50 亿只（引自中国化学与物理电源行业协会），同比增长64%，其中手机用锂电池约占总量的50%，笔记本电脑电池约占35%，而作动力使用的锂电池不足10%，可见小型锂电池仍占主导地位。但全球主要汽车厂家未来电动汽车的产销量数据显示：2009年之前电动汽车主要采用镍氢电池作为动力源，从2010年开始，汽车制造商开始大幅提高锂电池作为动力源的比例，目前开发的外接充电式混合动力汽车（PHEV）和EV 主要采用锂电池。2010～2013年为锂电池电动汽车的快速成长期，预计2013年将达到226 万辆，各种电动汽车锂电池容量达到14，000MWh；2014～2018年将进入稳步发展阶段，2018年预期产量近600 万辆，各种电动汽车锂电池容量达到45，000MWh，相当于2009年全球锂电池容量的3 倍。

在世界三大锂电池生产国中，日本企业居于世界领先地位，申请了大量专利，在核心技术上较中国、韩国有着明显的优势。2000年日本锂电池的市场销售额占据全球市场的93.9%，目前仍占据全球50%以上的市场份额。中投顾问发布的研究报告显示，全球二十多家动力型锂电池生产企业中，日本占据半壁江山，并已经开始着手制定统一的锂电池规格、安全标准、充电方式。

国内产业发展现状

我国锂电池产业形成始于20 世纪90年代末，目前已成为全球第二大锂电池生产国。国内从事锂电池的企业达到300 多家，在建动力型锂电池产能超过45 亿Wh，若按每辆车30kWh 计算，可满足15 万辆装车要求。2009年，国内锂电池产量超过15 亿只，销售额达到170 亿元。主要生产企业包括比亚迪股份有限公司、天津力神电池股份有限公司、深圳市比克电池有限公司、奇瑞汽车股份有限公司、中信国安盟固利电源技术有限公司、万向集团有限公司、杉杉投资控股（集团）有限公司等。

我国已经形成较为完整的动力型锂电池产业链，但核心部件仍由国外先进企业垄断。现阶段，各类电池产品中的正、负极材料、电解液等都基本完成了国产化，但电池隔膜、六氟磷酸锂盐等核心材料仍由日本、美国的几家公司垄断。近期虽然在隔膜、六氟磷酸锂盐技术上取得一定进步，但产业规模较小，仍以低端产品为主。锂电池产业发展进入到产业化建设和推广应用的关键阶段。

市场供需分析

2011年9月，据彭博新能源财经发布的报告称，未来两年国际电动汽车电池市场供大于求，且供应量将达到需求量的两倍。报告分析称2013年全球汽车制造商电动汽车生产量将达到83.9 万辆，需要电池容量180 亿Wh，而与此同时包括LG 化学和Johnson Control 公司在内的电池制造商产能将达到350 亿Wh，供大于求的市场状况将使一批小型电池企业遭到淘汰，或转投到储能等领域。

从国内动力型锂电池材料的供需状况来看，正极材料中钴酸锂和锰酸锂处于供求平衡，磷酸铁锂供不应求；负极材料供应充足，竞争格局稳定；电解液国内可满足，但电解质六氟磷酸锂依赖进口；锂电池隔膜尚未实现国产化，基本依赖进口。

市场前景预测

随着电动汽车的发展，锂电池的市场需求将呈现爆发式增长，电动汽车将是未来锂电池的最大应用领域，而传统便携式产品锂电池的需求将继续保持增长。预计2015年全球锂电池产值将由目前的80 亿美元分别提升至400 亿美元，2020年达到730 亿美元，如图2 所示。预计2020年电池价格约为350 美元/kWh，降至目前价格的1/3 左右。

从国内的情况来看，2009年《汽车产业调整和振兴规划》提出，2012年中国将形成50 万辆新能源汽车产能，销量占乘用车总销量的5%，形成10 亿Ah 的车用高性能单体动力电池产能。以单车使用2 万元电池（综合考虑混合动力和纯电动汽）的平均水平测算，国内汽车动力电池市场规模可达到100 亿元，相当于目前锂电池市场规模增长2 倍多。此外，我国电动自行车近年来产量逐年上升，2010年电动自行车产量达到2954 万辆，保有量超过1 亿辆，随着锂电池成本的逐渐降低，电动自行车也将成为动力型锂电池重要应用领域。

图2 全球锂电池产值预测（资料来源：日本IIT，金元证券研究所）

表2 青岛市动力型锂电池相关企业及研究机构

表3 青岛市动力型锂电池产业SWOT 分析

青岛市动力型锂电池产业概况

青岛市产业现状

近年来，青岛市锂电池产业得到快速发展。2010年，青岛海霸能源有限公司和宏耐新能源两家投资10 亿元以上的大型企业，分别在胶南、即墨开建，建成后动力锂电池产能将达到20 亿Ah；三菱化学在平度成立青岛雅能都化成有限公司，一期投资2.6 亿元的锂电池负极材料项目将于2012年3月正式投产，一期四条生产线年产锂电池负极材料1 万t，将实现销售收入7 亿元，二期八条生产线投产后，年产锂电池负极材料可达到3 万t 以上，可实现销售收入20 亿元，有望成为全球最大的锂电池负极材料生产基地。相关企业及研究机构情况详见表2。

从产业链来看，青岛市动力型锂电池企业集中在上游关键原材料制备，在正极材料制备方面，拥有乾运高科、新正锂业；在负极材料方面具有资源优势，青岛的平度市和莱西市石墨资源丰富，拥有规模以上石墨企业60 余家；中科院青能创业有限公司正在进行耐高温隔膜的产业化示范。中游单体电池、电池组的制造和下游应用比较薄弱，随着海霸能源有限公司和宏耐新能源的建成，将改变这一格局，中游电池制造能力得到提升。此外，青岛市正在申请成为国家新能源汽车示范推广试点城市，将青岛一汽、海霸能源、澳柯玛电动车等企业列入本市汽车产业推进规划，到2012年实现产销万辆电动汽车、电动助力车等新能源电动车辆，将为锂电池的应用提供广阔市场前景。

SWOT 分析

综合分析我市动力型锂电池产业内部的优势与劣势，产业发展的外部环境的机会与挑战，得到SWOT 分析详见表3。总体来看我市发展动力型锂电池产业的机会多于威胁，优势大于劣势。

青岛市动力型锂电池产业技术路线图及对策建议

产业技术路线图

综上所述，结合我市技术产业基础和专家意见，确定了我市动力型锂电池产业的发展目标、发展瓶颈、研发重点等，绘制出青岛市动力型锂电池产业技术路线图如图3所示。

对策建议

（1）从电池管理系统着手，突破关键技术制约

新兴产业是关键核心技术突破、科技成果转化和产业化的直接结果。基于我市现有技术研发基础，政府相关部门应积极推动建立动力型锂电池产业技术创新战略联盟，形成产学研合作机制，加强战略性实质合作；建立动力型锂电池的研究、开发、中试生产平台，从电池管理系统技术研发入手，以动力电池模块为核心，以系统集成为重点；借鉴国内外先进技术，在锂电池正极材料、纳米材料电池技术等方面加大自主创新研发力度，在锂电池应用技术方面重视集成创新和引进消化吸收再创新，突破锂电池成组应用技术的制约，寻找有效锂电池安全性解决方案，为动力型锂电池产业化扫除技术障碍。

（2）以上游关键材料制备为基点，构建动力型锂电池产业链

图3 青岛市动力型锂电池产业技术路线图

我市动力型锂电池正极材料企业乾运高科和新正锂业已积累了较成功的产业化经验，负极材料石墨资源丰富，三菱化学投资的青岛雅能都化成有限公司将于2012年建成投产。在此基础上，依托新材料产业已有的技术优势和中科院生物能源所等研发团队，以关键核心技术或主导产品为基点，加强锂电池用电解质及隔膜等关键材料的研发，加快推进海霸能源和宏耐新能源两个动力型锂电池项目建设进程，实现锂电池产业化。同时加大锂电池在电动汽车及储能方面的推广应用力度，构建拥有核心技术和自主知识产权的动力型锂电池产业链，提升产业链条的附加价值，推动产业向高端、高效、高辐射方向发展。

（3）借新能源汽车试点城市之机，保障科技研发资金投入

我市正在申请争取成为全国第三批节能与新能源汽车示范推广试点城市，在2011年-2014年间，拟安排总额7.516 亿元用于节能与新能源汽车的购车、运营补贴及示范推广，以电动公交车的示范运行为主，推行买裸车——租电池——充换兼容——以换为主的商业运行模式，逐步将节能与新能源汽车推广到全社会。由于电池技术是限制电动汽车产业发展的关键核心技术，而我市锂电池产业具有一定基础优势，因此建议设立节能与新能源汽车科技研发专项资金，用于支持节能与新能源汽车重大课题研究、技术研发、产品设计及国产化技术改造，保障动力型锂电池、电池成组技术及电池管理系统等电动汽车应用技术研发资金的投入，以此推动我市电动汽车的产业化发展。

（4）引进产业技术人才，重视自主知识产权保护

从专利数据来看，在国内1336 件动力型锂电池相关专利中，我市共申请相关专利31 件，与深圳（163 件）、天津（124 件）、北京（110 件）、上海（76 件）等城市相比，专利数量较少，起步较晚，自主创新能力较弱。要提高我市动力型锂电池产业自主创新能力，就必须加强人才团队培养，注重知识产权保护，鼓励创新型中小企业发展。因此，建议我市加强与国内外相关企业及研究机构的交流合作，引进培养动力型锂电池产业技术人才，加大自主创新研发，培育本土品牌；同时完善专利申请与保护体系，以激励更多创新活动的产生，并通过采取政府资助、金融机构融资等多种方式，支持动力型锂电池产业链上的中小创新型企业快速发展。