動力電池材料比拼：比亞迪錳vs特斯拉石墨烯

　　密度不輸三元材料?比亞迪下代電池技術鎖定磷酸鐵錳鋰

　　在8月3日湖南韶山召開的由中科招商投資管理集團有限公司主辦的中國新能源汽車產業(yè)三基工程會議上，比亞迪股份有限公司總裁王傳福接受了媒體專訪，他認為，比亞迪秦這款車市場預期遠遠超出了他們的預估，給產能帶來很大壓力;在新的電池技術上，比亞迪一直在進行新電池、新材料的研發(fā)。

　　在新能源車的產能上比亞迪是如何安排的，能不能適應市場的需要?比亞迪現(xiàn)在使用的是磷酸鐵鋰技術路線，下一步其它技術路線如何選擇?

　　王傳?；卮鹫f，比亞迪現(xiàn)在正在遇到產能的瓶頸，因為對市場的預估有些小心謹慎，沒有判斷出比亞迪秦這款車市場如此的火爆，所以，現(xiàn)在的產能遠遠跟不上供應。

　　現(xiàn)在比亞迪秦已銷售了6000余輛，現(xiàn)在每個月的產能是1000輛，但每個月的訂單數量在3000至4000輛左右，超出了產能的3至4倍，這就出現(xiàn)了比亞迪秦市場供應的嚴重短缺。這也說明新能源車的市場拐點已經到來了。現(xiàn)在比亞迪也在積極布局，應對這樣的市場狀況，至少在明年早些時候能夠解決市場供應的問題。

　　說到電池材料技術路線問題，比亞迪現(xiàn)在是磷酸鐵鋰的方向，未來也會研究其它的技術。我們現(xiàn)在研究的就是在磷酸鐵鋰路線下的改進型，叫磷酸鐵錳鋰，就是在材料里面添加錳元素。這種電池的能量密度已經達到了三元材料的密度。另外，我們考慮電池的技術路線，也是從材料的礦物質多少出發(fā)的。三元材料中的鈷是相對稀有的金屬，地球上儲藏量有限，這就造成有這個元素的電池價格會下不來。而我們選擇的磷酸鐵錳鋰，這些元素在地球上很富有，不會存在枯竭的那一天，所以，我們從經濟性上來考慮，就選擇了這個路線。當然，隨著電池技術的不斷發(fā)展，我們也有可能選擇其它技術路線。

　　石墨烯或成特斯拉電池理想候選材料

　　特斯拉CEO馬斯克在接受英國汽車雜志采訪時表示，目前正在研究高性能電池，特斯拉汽車很快將能行駛805公里，相比目前增長近70%。特斯拉對電池技術的革新，將引發(fā)市場對提升鋰電池能量密度材料的關注。石墨烯具有高導電性和良好的柔韌性，是柔性儲能器件的理想候選材料之一。

　　柔性屏、鋰電池、超級電容是石墨烯短期最具吸引力的三個應用領域。(1)柔性屏將給消費電子領域帶來革命性變化，手機與平板電腦實現(xiàn)完美統(tǒng)一;(2)石墨烯可用于鋰電池的負極復合材料和導電添加劑，鋰電池比容量可以從370mAh/g提升到540mAh/g，同時大幅提升電池充放電速度;(3)超級電容器的正負極換成石墨烯后(原為石墨)，可大幅提高其比電容密度和額定電壓，同時降低電容器的等效電阻。

　　對于鋰電池而言，電極材料是決定其能量密度的關鍵因素。目前鋰電池負極材料的主要種類有天然石墨(59%)，人造石墨(30%)，中間相炭微球(8%)及其他類型(3%)，石墨類負極材料仍然占據主流地位。由于現(xiàn)有技術限制，當前主流負極材料(如人造石墨、中間相碳微球等)并不能大幅提高鋰電池能量密度，負極材料市場急需高效的新型材料。

　　公開資料顯示，近年來石墨烯等新型負極材料的研發(fā)與應用，開始受到業(yè)內的關注。石墨烯是一種新型材料，是已知材料中最薄的一種。由于它的電阻率低，電子遷移的速度極快，表面積大和電性能良好，被科學家認為是鋰離子電池的理想電極材料。

　　研究證明，將石墨烯應用于鋰離子電池負極材料中，可以大幅度提高負極材料的電容量和大倍率充放電性能。石墨烯可阻止復合材料中納米粒子的團聚，緩解充放電過程中的體積效應，延長材料的循環(huán)壽命。粒子在石墨烯表面的附著，可減少材料形成SEI膜過程中與電解質反應的能量損失。

　　近年來，國內高校和研究機構進行了石墨烯材料的研究工作，企業(yè)也開始推進石墨烯負極材料的產業(yè)化進程。2011年11月，常州第六元素材料科技股份有限公司成立，將生產用于鋰電池負極材料的石墨烯。2012年4月，大連麗昌新材料有限公司建成了全自動石墨烯負極材料生產線，年產能達300噸。機構預計，隨著石墨烯技術的突飛猛進，石墨烯的特性將提升鋰電池的能量密度，進而解決電動汽車的續(xù)航里程問題。

　　動力鋰電池材料路線之爭中日韓三元材料大戰(zhàn)

　　在嘗試了市面上超過300種電池后，特斯拉才認定三元鋰電池。

　　特斯拉電池技術總監(jiān)KurtKelty給出的理由是：能量密度更大且穩(wěn)定性、一致性更好;可以有效降低電池系統(tǒng)的成本;尺寸小但可控性和安全性都不斷提高。

　　事實證明，KurtKelty的選擇絕對正確。

　　在特斯拉從首款車型Roadster向目前最風靡的ModelS“轉型”的4年時間里，電池組成本已經下降了約44%，并且會繼續(xù)下降。

　　現(xiàn)在，MODELS續(xù)航里程能夠達到486公里，電池容量達到85kWh(1kwh=1度)，采用8142個3.4AH(AH，安時數，是反映電池容量大小的指標之一)的松下18650型電池。工程師們將這些電池以磚、片形式逐一平均分配，最終組成一整個電池包，放置于車身底板。

　　就在7日，特斯拉發(fā)布今年第一季度財報，首席執(zhí)行官馬斯克說，特斯拉與松下達成協(xié)議，將建造一座耗資約50億美元的超級鋰離子電池廠。

　　當特斯拉MODELS在高速公路上飛馳的時候，各方對三元鋰電池的關注度也以幾何級數飛增。

　　三元聚合物鋰電池

　　是指正極材料使用鋰鎳鈷錳三元正極材料的鋰電池，鋰離子電池的正極材料有很多種，主要有鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳酸鋰、三元材料、磷酸鐵鋰等。目前三元材料的電芯代替了之前廣泛使用的鈷酸鋰電芯，在筆記本電池領域廣泛被使用。

　　“用蘋果和安卓(智能手機)的都是好孩子，因為每天必須按時回家……充電。”

　　這個流傳甚廣的段子不僅調侃了當下人們對電子產品嚴重的依賴性，更有意思的是，它還折射了一種科技界的流行癥——對電池容量小、充電次數頻繁的焦慮。

　　焦慮癥蔓延的時候，特斯拉出現(xiàn)了，還帶來一個救星：三元鋰電池。

　　“旋風”突襲之前，有關電池以及充電問題的討論被不斷放大，篇幅遠遠超過特斯拉汽車的其他性能。但很快，當特斯拉最知名車型MODELS采用三元鋰電池(即以鎳鈷鋁三元材料為正極材料的鋰電池)的消息傳出，整個電池業(yè)豁然開朗。

　　大而化小。這款應用于電動汽車的技術，適時緩解了從智能手機到可穿戴設備，甚至充電寶等小型電子產品的“充電焦慮癥”。鋰電池，也正式迎來三元材料時代。

　　正極材料鋰電池之心

　　我們的手機里、手表里、平板電腦里，鋰電池無所不在。

　　這種在當代被廣泛應用的產品，據考證靈感最早來源于愛迪生。他曾使金屬鋰和二氧化錳發(fā)生作用，產生放電反應。

　　經過這么多年的技術發(fā)展和改進，今天，一顆合格鋰電池的基本組成包括外殼、正極材料、負極材料、隔膜、電解液等。其中，正極材料對于鋰電池的能量密度、安全性、循環(huán)壽命等起著決定性作用，占鋰電池成本的40%，其技術發(fā)展也變得尤為關鍵。

　　目前，主流的正極材料包括鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰以及鎳鈷錳酸鋰三元材料等。就能量密度、成本、安全性、熱穩(wěn)定性和循環(huán)壽命來看，上述主流正極材料的表現(xiàn)各有千秋，這也導致動力鋰電池正極材料技術路線出現(xiàn)分化。

　　但無論如何，對鋰電池而言，鈷金屬是必不可少的材料。

　　不過，金屬鈷一方面價格高昂，一方面存在毒性，無論技術領先的日韓企業(yè)還是國產電池廠商近年來都致力于電池“少鈷化”。

　　在這種趨勢下，以鎳鹽、鈷鹽、錳鹽為原料制備而成的鎳鈷錳酸鋰三元材料漸漸受到推崇。從化學性質角度出發(fā)，三元材料屬于過度金屬氧化物，電池的能量密度較高。

　　盡管在三元材料中，鈷的作用仍不可缺少，但質量分數通?？刂圃?0%左右，成本顯著下降。而且同時兼具鈷酸鋰和鎳酸鋰的優(yōu)點。

　　隨著近年來國內外廠商不斷加碼生產，以三元材料為正極材料的鋰電池取代商用鈷酸鋰的趨勢已十分明顯。

　　大到電動汽車，小到智能手機、可穿戴設備或者充電寶，這種新型技術都完全適用。

　　特斯拉大手筆三元材料迎高峰

　　在特斯拉之前，各界對三元材料知之甚少。

　　直到特斯拉宣布在其風靡全球的高端跑車MODELS車型上采用三元材料作為電池正極材料，這一技術才漸漸被廣泛認可。如今儼然已是未來動力電池的發(fā)展方向。

　　公開資料顯示，特斯拉MODELS續(xù)航里程能夠達到486公里，電池容量達到85kWh，采用了8142個3.4AH的松下18650型電池。工程師將這些電池以磚、片的形式逐一平均分配最終組成一整個電池包，電池包位于車身底板。

　　任何事物都有兩面性。盡管鎳鈷鋁能量密度高，但由于鎳鈷鋁的高溫結構不穩(wěn)定，導致高溫安全性差，且pH值過高易使單體脹氣，進而引發(fā)危險。

　　最終，特斯拉通過有效的電力管理系統(tǒng)解決了三元鋰電池的安全性問題，并使單位成本卻遠低于其他電動車型，大約為416美元/kWh。

　　特斯拉7日稱，該公司已與日本松下公司簽署共建超級電池廠的意向書，這項工程可望下月動工。

　　特斯拉今年2月宣布，為適應量產電動車的需求，將建造一座耗資約50億美元的超級鋰離子電池廠，預計將滿足特斯拉年產50萬輛電動車的需求，電池組每千瓦時的成本將降低逾30%。

　　特斯拉7日發(fā)布今年第一季度財報，首席執(zhí)行官馬斯克表示，特斯拉與松下就共建超級電池廠簽署了意向書，雙方已組建電池生產的研發(fā)團隊。

　　松下目前是特斯拉的主要電池供貨商。根據雙方2011年簽署的協(xié)議，松下在4年內為特斯拉提供6.4億塊汽車級鋰離子電池。這一供貨量后來又增加到18億塊。

　　關于電池廠的最終選址，特斯拉尚未敲定，備選地包括亞利桑那、內華達、新墨西哥、得克薩斯以及加利福尼亞等5個州。馬斯克表示，為最大限度減少延期風險，特斯拉將在至少兩個地點建電池廠。

　　特斯拉在最新財報中說，全球市場對Models全電動汽車的需求增長較快，公司今年將交付3.5萬輛。目前特斯拉的生產能力是每周近700輛，今年年底有望增至每周1000輛。

　　松下曾在2010年向特斯拉投資3000萬美元，成為其股東之一。并且于2011年達成戰(zhàn)略協(xié)議，將負責特斯拉今后5年全部車輛的電池供應。

　　電池行業(yè)人士告訴記者，鑒于特斯拉和松下在三元材料電池方面的合作，再加上特斯拉建設超級電池廠這一大手筆。未來，三元材料電池將進入一個全新的發(fā)展高峰。

　　值得注意的是，除了特斯拉MODELS，有消息稱雪佛蘭Volt沃藍達汽車采用的是LG化學提供的三元正極材料電池。電池保質期達到8年，行程可達16萬公里左右。2011年，雪佛蘭Volt沃藍達從位于上海金橋的通用汽車中國總部出發(fā)，途經多種路況，完成了約248公里省道的不間斷行駛，也在一定程度上證明了這種電池高效的性能。

　　“雖然國內電動車廠商(比如比亞迪)主流觀點仍是堅持采用磷酸鐵鋰(材料制造商如天津斯特蘭科技)電池，但也有部分電池廠商明顯踏上了追隨日韓企業(yè)的步伐，把重點對準了三元材料。”有研究人士說。

　　可以預見，未來隨著電動汽車的普及，三元材料的需求量必將進一步上升。而且，三元材料還將在復合電池材料中占據一席之地，以更好地平衡成本和性能。

　　日韓技術領先國內企業(yè)忙追趕

　　從全球范圍來看，各方對三元材料的研發(fā)生產都在不斷推進。在這個過程中，材料性能大幅提升，應用領域也一再拓展。

　　2009年8月，美國總統(tǒng)奧巴馬宣布用24億美元支持企業(yè)發(fā)展“下一代”電池和電動車計劃，三元材料電池生產企業(yè)被納入補貼范圍。

　　2012年2月，我國工信部發(fā)布的《新材料產業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》中，提出到2015年將新增正極材料產能4.5萬噸/年，將組織開發(fā)包含高效率、大容量、長壽命、安全性能能的鎳鈷錳三元系電池正極材料。

　　不過截至目前，高端三元材料生產技術主要集中在日韓企業(yè)中。一些知名電池廠商從2010年就開始全面使用三元材料。

　　有資料稱，日本的三元材料電池性能甚至已接近于鈷酸鋰電池。能得到特斯拉的青睞，也證明了日本廠商提供的三元材料具備高品質。

　　從供應角度來看，日亞化學、韓國L&F、比利時UMICORE這三家公司是全球鋰電池正極材料主要供應商，2012年上述3家企業(yè)市場份額合計為36%。

　　國內三元材料生產從2005年左右起步，截至目前也已出現(xiàn)了10家左右規(guī)模企業(yè)，其中不乏上市公司。

　　不少企業(yè)長期與日韓電池企業(yè)保持上下游合作關系，也有企業(yè)獲得美國3M公司授權代工，總體而言，這些企業(yè)在三元材料技術制造和應用領域方面仍面臨較大的局限，幾乎沒有產品面向動力電池領域，難與日韓企業(yè)正面對抗。

　　最近一則新聞顯示，中國企業(yè)終于也開始涉足動力電池領域。再生資源龍頭企業(yè)格林美近日公告稱，該公司控股子公司江蘇凱力克鈷業(yè)股份有限公司以現(xiàn)金5298.2萬元收購清美化學株式會社、長瀨產業(yè)株式會社、上海信銘國際貿易有限公司合計持有的清美通達鋰能59%的股權。

　　而清美通達鋰能研發(fā)的重點方向就包括三元正極材料。而公司高管不久前曾透露，鎳鈷錳三元電池材料項目已在進行中，并且看好三元材料在新能源汽車領域的應用。