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              淺析鋰電池正極材料磷酸鐵鋰發展現狀

              返回列表來源:美安時 發布日期 2015-08-12 瀏覽:-

              電動汽車行業發展可謂風起云涌,而車用動力電池作為其中的重要組成部分,已經引起學術界、投資界和產業界的高度關注。目前,已經在各種車輛上實現應用的電池種類主要有鉛酸電池、鎳氫電池與鋰離子電池3種,由于鉛酸電池污染大、克容量小,其成本優勢不足以抵消其劣勢,故在車輛動力方面至今僅在小型電動自行車等領域得以應用;鎳氫電池現為混合動力汽車領域應用的主要產品,其制造工藝成熟,購置和使用成本較低,故而在短期內仍將是混合動力汽車的首選,但其自放電率高、比能量較小,記憶效應和充電發熱等方面的問題直接影響到該電池的使用,這些缺點的存在使鎳氫電池可能只是作為過渡產品存在;鋰離子電池是90 年代發展起來的高容量可充電電池,能夠比鎳氫電池存儲更多的能量,比能量大、循環壽命長、自放電率小、無記憶效應,能夠滿足對體積、壽命、功率等要求較高的乘用車方面的需求,已成為今后純電動汽車應用的理想產品。

              鋰離子電池的正極材料種類較多,主要品種有鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳錳鈷三元材料及磷酸鐵鋰等,其中鈷酸鋰是現有正極材料中工業化程度高、技術成熟、產量大的品種,主要用于手機、數碼產品等小型電池領域,但由于原材料鈷和鎳金屬的價格高昂,污染較重,且電池在大型化后,會有過熱著火或爆炸的危險。故相對而言,正極材料為錳酸鋰、三元材料和磷酸鐵鋰的鋰離子電池安全性能更好,成本更為低廉,所以目前產業的投入主要集中于這幾種材料之上。其中,磷酸鐵鋰由于具有另外兩種材料所不具備的循環壽命和材料成本方面的潛在優勢,而被業界普遍看好,代表著動力電池正極材料的未來發展方向。

              國際上主要的磷酸鐵鋰電池材料生產廠商有加拿大Phostech、美國Valence、美國A123、臺灣地區的臺塑長園能源科技、立凱(Aleees)等,其中,前3家企業掌握著較為成熟的量產技術。2008年全球磷酸鐵鋰出貨量為1500噸左右,其中美國A123公司供應750噸,幾乎占了一半的份額,國內廠商供應量只有幾百噸,2009年全球磷酸鐵鋰出貨量約為1600噸,2010年全球磷酸鐵鋰出貨量為1370噸左右。

              另統計,目前國內磷酸鐵鋰正極材料廠商超過60家,實現批量生產的企業接近20家,呈現“諸侯混戰”的局面。從公開資料統計來看,全國磷酸鐵鋰總產能約6400噸/年,但實際產量遠低于產能(不足產能的1/10)。

              總體來說,我國磷酸鐵鋰的產業化發展與國際基本同步,目前國內部分產品的成本比國外同類產品要低,在性能、單位產能方面的差距并非遙不可及,但也該冷靜的看到,國內目前尚未誕生真正的領軍企業,行業缺乏原始創新技術,低端跟風模仿風氣較盛,整體來看,磷酸鐵鋰材料行業處于產業化臨界點之下?! ∥磥黼S著磷酸鐵鋰生產技術的不斷完善,其市場前景依然為產業界所看好,除電動汽車、自行車、代步車和電動工具市場外,磷酸鐵鋰電池在風電、太陽能發電儲能裝置,礦燈電源和植入性醫療器械領域也有著廣泛的應用前景。通過靜態測算可以得出結論,磷酸鐵鋰電池在未來5~7年內,若根據10%~20%的產品滲透率計算,國內僅僅在電動汽車、電動工具、電動自行車和電動代步車這4個領域就擁有大約150億元的市場規模,其中磷酸鐵鋰材料本身占到電池成本的30%左右,對應約45億元的市場規模,年需求量可望達到3萬噸。

              存在問題:

              1、專利專利侵權問題。一場專利“纏訟”牽動著業內人士的敏感神經——橄欖石結構磷酸鐵鋰(LiFePO4)誕生于美國得州大學,得州大學于1997年對磷酸鐵鋰的晶體結構與化學分子式申請了專利,后將專利授予加拿大自來水公司Hydro-Quebec(H-Q)及其下屬公司Phostech使用。2005年全球大電動工具廠商Black &Decker(B&D)推出一款使用磷酸鐵鋰電池的無電線電動工具,在歐美熱賣。2006年9月,得州大學及加拿大Phostech對B&D及電池制造商A123公司提起訴訟,控告其未獲授權制造與銷售侵權商品。A123認為自己的正極材料有不同的晶體結構和化學分子式,不存在專利侵權問題,目前案件仍在審理,但性質已從大學和企業的專利糾紛轉變為跨國專利訴訟。由于通用汽車的Volt電動車將采用A123提供的磷酸鐵鋰電池,若A123被判侵權,則意味著通用也構成侵權,因此從更大的范圍來講,判決結果將影響美國乃至全球電動車市場的發展格局。此后,又發生了多起相關專利訴訟事件,結果無一例外的是加拿大Phostech方面獲得終勝利。

              目前,在磷酸鐵鋰電池和材料領域,有兩大核心技術專利,其中一個是包敷碳技術,另一個是碳熱還原技術,前者由加拿大Phostech公司擁有獨家使用權,并且已經在我國申請專利,后者的專利權由美國A123公司所有,目前尚未在我國申請專利,但是美國A123公司現已在蘇州成立了2家公司,分別負責磷酸鐵鋰材料的生產和電池制造,隨著A123等公司搶占市場步伐的加快,專利問題已經很現實地擺在了國內廠家面前。

              事實上,專利權之爭短期內對我國國內銷售并無影響,但從長期來看,其將成為行業發展的巨大隱患。目前國內大部分生產廠商只掌握磷酸鐵鋰技術和加工工藝,沒有國際專利,無論得州大學與A123專利官司的哪一方獲勝,國內磷酸鐵鋰企業今后或許都將會面對高昂的專利許可費用。2010年6月12日,中國政法大學知識產權研究中心受中國電池工業協會委托,已向國家專利復審委員會對Phostech公司持有的“磷酸鐵鋰電池”專利提出了無效請求,現已受理。雖然磷酸鐵鋰專利事件還會繼續相當長的一段時間才能見分曉,但重要的是,行業應從中吸取教訓,把研發作為核心,加大投入,同時加快國內專利申請,并將關鍵技術向國外申請專利。

              2、一致性難題須破解。國產磷酸鐵鋰正極材料存在不同程度的質量問題,其主要表現在質量一致性難以保證等方面。此前,國內部分大型鋰離子電池制造商從磷酸鐵鋰材料平均粒徑、電極加工性、電極壓實密度、實際比容量、循環壽命、倍率放電、溫度特性、安全性等方面對國內幾個磷酸鐵鋰材料供應商和Valence等國外供應商所提供的材料進行了非常系統的試驗評價,試驗數據客觀地表明:國內磷酸鐵鋰產品與Valence等國外供應商產品相比仍有不少差距,且同一供應商提供的產品質量批次一致性差異較大、重復性很差。究其原因,首當其沖的是技術未吃透,磷酸鐵鋰對合成工藝條件的敏感性遠遠大于目前產業化的其他正極材料,即合成的工藝條件要做到嚴格一致才能確保批次的穩定性。國內企業在未吃透技術的條件下盲目生產,其產品自然存在“先天不足”現象;其次,科研成果轉化存在銜接問題,從科研成果向中試過渡和從中試向批生產過渡過程期間,缺乏工藝技術系統工程設計的理念;此外,國內的材料廠商的生產過程管理精細度較低,缺乏包括工序、作業、采購、檢驗等環節在內的規范化、標準化技術和管理體系,也是造成產品一致性低的重要原因。

              3、投資刺激洗牌競爭。從現有情況來看,我國車用動力電池基本都處于研發、試驗階段,尚未實現大批量生產,短期內動力電池企業不太可能實現盈利,故而上游材料企業多按需生產,其規模也遠未達到規?;a的程度。然而,行業概念的炒作已經引燃了投資的熱情,我國車用鋰電池現實的有效產能不足成為了佳“突破口”,此外,在地方經濟利益的驅使下,政府大開綠燈,民間投資也似乎都是各取所需,大有“圈地”之嫌,動輒數億的投資項目遍地開花,行業已經顯示出產能過剩的端倪。有資料顯示,截至2010年,我國動力鋰電池產能20億Ah,主要分布在珠三角、長三角、東三省和京津唐等汽車產業聚集區,在2015年前,動力鋰電池及其上游材料產業投資仍將大步向前。預計在一系列投資刺激下,2015年我國動力鋰電池產能將達到39億Ah,而我國當年EV/PHEV乘用車和電動商用車產量預計為12萬輛左右,需消耗鋰電池約9億Ah,這僅占動力鋰電池產能的23%。多方投資的磷酸鐵鋰產業如其他新興產業一樣,在發展到一定階段之后,洗牌在所難免,唯有注重技術積累、理性投資、精細化管理和市場運作的企業方能大浪淘沙始見金。

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