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锂电池行业分析
锂电池行业分析
一、锂电池简介
锂离子电池（LithiumIonBattery，缩写为LIB），又称锂电池。
锂电池分为液态锂离子电池（LIB）和聚合物锂离子电池（PLB）2类。
其中，液态锂离子电池是指Li+嵌入化合物为正、负极的二次电池。
电池正极采用锂化合物LiCoO2或LiMn2O4，负极采用锂-碳层间化合物。
锂电池是迄今所有商业化使用
的二次化学电源中性能最为优秀的电池，这也是促进锂电池用于电动助力车的一个关键因素。
（一）比能量高
无论是体积比能量，还是重量比能量，锂电池均比铅酸蓄电池高出三倍以上。
由此决定了锂电池体积更小、重量更轻，其市场消费感觉很好。
（二）循环寿命长
锂电池用于电动助力车的循环寿命一般在800次以上，采用磷酸铁锂正极材料的锂电池可以达到2000次左右，超出铅酸蓄电池1.5倍至5倍以上。
这大大降低了锂电池的使用成本，提高了消费者的使用便利程度。
（三）具有较宽的充电功率范围
这是锂电池具有的独特优势。
在需要时，可以使充电时间控制在20～60min，充电效率达到85%以上。
在进一步技术创新的基础上，这一特性得到更好的发挥，可以具有很好的商业价值。
（四）倍率放电性能好
锂电池的倍率放电可以达到10倍率以上，特殊制作可以达到30倍率。
这一特性非常有利于电动助力车的智能控制骑行技术的发展。
只是目前对这一特性尚未有很好的开发与利用。
我国锂离子电池产量全球第一，生产量占世界总量的1/3以上，100多家锂电生产企业对锂离子电池材料需求殷切，不少厂商都计划在今后2年内把产量大幅提高。
目前，中国锂电制造企业形成了液态锂电池以比亚迪为首，聚合物锂电以TCL电池为首的两大巨头。
TCL电池完成了聚合物锂离子电芯从技术研发到大规模生产的全过程，并且迅速走到了这项技术的最前沿。
TCL生产的聚合物锂电芯在电池电化学阻抗、能量密度、高低温放电等方面均已跻身世界一流行列，比亚迪是液态锂离子电池的老大，而TCL则是新一代聚合物锂离子电池的老大，聚合物锂电比液态锂电具有优势。
二、锂电池的原材料
锂离子电池由正负电极、电解质、聚合物隔离膜及保护电路芯片组成，锂电池的上游有正极材料、负极材料、隔膜、电解液、锂资源等。
（一）正极材料
锂电池根据正极材料不同，可分为磷酸钴锂、磷酸锰锂、磷酸铁锂三种。
磷酸钴锂由于钴价高昂而被放弃；磷酸锰锂相较于磷酸铁锂，在安全性和使用寿命方面不高；在可预见的将来，磷酸铁锂将成为锂电池的主要正极材料。
通用的Volt和比亚迪的F3DM都采用磷酸铁锂电池。
随着锰酸锂和磷酸铁锂等极具发展前途的正极材料的技术进步，其在动力电池领域也开始了扩张的
步伐。
贝特瑞公司是锂电池碳负极材料和磷酸铁锂正极材料的龙头。
贝特瑞在国内拥有40多项锂电池正负极材料专利，2008年销售额1.8个亿，净利润3000万，预计2009年全部销售额4亿～5亿元，2010年8亿～10亿元，同比保持100%历史增速。
（二）负极材料
开发和使用的锂离子电池负极材料主要有石墨、软碳（softCarbon）、硬碳（HardCaobon）等。
在石墨中有天然石墨、人造石墨、石墨碳纤维。
在软碳中常见的有石油焦、针状焦、碳纤维、中间相碳微球（MesocarbonMicrobends，缩写MCMB）等。
硬碳是指高分子聚合物的热解碳。
常见的有树脂碳、有机聚合物热解碳、碳黑等。
目前除石墨材料外，其他各类材料都还存在一些尚未解决的难题，目前还不能应用于LIB的生产。
例如无序炭尽管放电容量很大，但不可逆容量也很大，而且电位滞后现象严重，即Li+嵌入的电位接近0V而Li+脱出的电位接近1V，与无序炭类似。
B-C-N系化合物和C-Si-O系化合物的放电曲线为——“斜坡”，不象石墨材料那样在低电位处有一个电位平台。
过渡金属氧化物用作LIB负极活性材料时的主要问题是不可逆容量大和充、放电电位平台高。
锂一过渡金属氮化物则由于其对空气湿度的敏感，因此实际应用仍受到限制。
至于锂合金材料则因在合金化过程中体积膨胀率太大，致使电极材料在反复充、放电时粉化、导电网络中断，因此循环性能很差。
对这些问题还有待进一步的研究，以求获得更新更好的负极材料。
（三）电解液
电解液是锂电池四大关键材料之一，号称锂电池的“血液”，是锂电池获得高电压、高比能等优点的保证；作为锂离子电池必需的关键材料，锂离子电池电解液的发展取决于锂离子电池的发展。
锂电池电解液是由六氟磷酸锂（LiFL6）加上有机溶剂配成，六氟磷酸锂由五氯化磷和溶解在无水氟化氢中的氟化锂反应结晶而成。
其供货商主要在国外，如德国Merck公司和日本Stella公司，且质量较好。
我国是继日本之后成为全球第二个产业化六氟磷酸锂的国家，国内有金光高科有限公司、天津化工设计研究院、山东肥城市兴泰化工厂等企业能生产。
2007年，江苏国泰锂电池电解液的产量为2490t，已经达到世界第二的水平。
目前，华荣化工、日本宇部、韩国三星是全球锂电池电解液产能最大的3家企业。
江苏国泰的锂电池电解液业务已经占营业利润的30%，发展成为公司利润新的增长点。
而2009年公司新增产能投产后，华荣化工锂电池电解液的产能将达到3000t/年。
巨化股份拥有六氟磷酸锂全套生产技术，并供应六氟磷酸锂上游原料无水氟化氢，巨化股份公司网站和巨化股份在浙江衢州统筹的招商引资项目中都有六氟磷酸锂项目，锂离子电池的兴旺将拉动上游电解液六氟磷酸锂的氟化工产业链，巨化股份正迎来机遇。
据估算每辆新型动力汽车需碳酸锂约为30kg,假设2009年起全球新增1%的乘用车使用锂电池,此后逐年递增1%。
按2007年全球产销规模约5000万辆为基数,依此推算,每年新增碳酸锂需求将达数万吨。
目前全球碳酸锂供需基本平衡,如因新型动力电池而出现需求的跳跃式增长,碳酸锂的供需平衡将被彻底打破，市场规模的急剧扩大,将给现有碳酸锂生产企业带来革命性变化。
（四）隔离膜
隔离膜材料占锂离子电池成本的1/3左右。
锂离子电池隔离膜一般采用聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）单层微孔膜,以及由PP和PE复合的多层微孔膜作为隔离膜,以聚丙烯为例,其原料成本约8千元/吨,而将其加工成隔膜后,其价值可达到300万元/吨,大幅升值几百倍。
（五）电池保护IC
锂电池在使用过程中，过充电、过放电和过电流都会影响电池使用寿命和性能，严重者会导致锂电池燃烧、爆炸，现已出现手机锂电池爆炸致人伤亡的案例，经常出现IT和手机厂家召回锂电池产品的事件。
所以每块锂电池都要安装一块安全保护板，由一块专用IC和若干个外部元件组成，通过保护环路有效监测并防止对电池产生损害，防止过充、过放和短路造成的燃烧、爆炸等危险。
由于每个锂离子电池中都要安装一片电池保护IC，锂电池保护IC市场大得惊人，每年有几十亿美元的市场，专业的微电子生产商士兰微集团是生产“锂电池保护电路芯片”的龙头企业，公司生产的锂电池保护用集成电路，可比日本理光的产品媲美，而价格却低得多，市场潜力很大。
三、锂电池发展的障碍
锂离子电池循环寿命短，充电电路复杂，对电池内部保护电路的要求很高等，尤其对全密封铝壳封装的锂离子电池来说，在其安全保护的设计上存在一个极其致命的缺陷。
（一）资源紧缺
地壳中锂元素的比例约为0.0065%，其丰度在各种元素中居第27位。
海水中锂的总储量达2600亿t，但浓度太小，提炼困难。
世界盐湖锂资源主要分布在智利、阿根廷、中国及美国。
花岗伟晶岩锂矿床主要分布在澳大利亚、加拿大、芬兰、中国、津巴布韦、南非和刚果。
印度和法国也发现伟晶岩锂矿床，但是不具有商业开发价值，目前世界上只有少数国家拥有可经济开发利用的锂资源。
中南大学化学电源与材料研究所所长唐有根表示，即便是锂的成本和安全性的问题全部解决了，今后用锂电池替代汽油的话，也满足不了全部需求，因为这相当于用一种紧缺的资源去替代另一种紧缺的资源。
（二）冶炼污染
锂离子电池中含有的六氟磷酸锂、聚丙二乙烯（醇）等化学物质会对环境造成有机污染。
其含有的钴等重金属元素，也会对环境会造成危害，尤其是钴，含量相对较高，属于稀有贵重金属，具有很高的回收价值。
虽然锂电池本身的污染并不严重，但锂金属在提取冶炼过程中，对环境的污染不亚于汽油产生的污染。
金属锂的工业生产方法主要有熔盐电解法和真空热还原法。
熔盐电解法系采用氯化锂为原料，在熔融电解槽内电解时分解为金属锂和氯气，在阴极析出锂，在阳极析出氯气。
电解进行时，氯化锂离解为锂离子，向阴极移动并放电，形成的金属锂通过熔盐逐渐上升到电解槽表面或到锂收集室。
在阳极析出的氯气通过熔盐上升至出口排出或收集。
该法的最大缺点是电解时产生氯气污染严重，且产品质量不易控制，生产成本高。
（三）安全问题
专家认为，市场上多半使用的高容量锂电池由于化学成分的不同，在发生质量问题时，容易出现爆炸伤人事故。
而相对安全的是镍氢和镍镉电池。
锂元素过于活跃，它使用时不太安全，经常会在充电时出现燃烧、爆裂的情况，后来经过改进型的锂离子电池，加入了能抑制锂元素活跃的成分，从而使锂电提高安全标准和高效。
在锂电池发展过程中，因为采用的正负极材料及其配方不同，出现过爆炸、燃烧等不安全现象。
主要是负极采用金属锂，经循环后产生枝晶，致使短路，出现燃烧爆炸；而正极材料采用钴酸锂或镍钴锂等，其化学活泼性较高，在石墨负极的配合下，一旦出现高温，容易发生爆炸燃烧。
尽管实际发生的概率在十万分之一或百万分之一以上，但由于以手机及笔记本电脑等为主的电子消费品数量极大，使用范围极广，因此累计发生的安全事故绝对数量使人们感觉很多。
由于这些电子消费品是人们日常生活相伴，不可或缺的用品，一旦发生安全问题，影响很大，致使人们“谈锂电池色变”。
这种在电子数码产品中使用的锂电池的安全问题形成一种成见，开始影响电动助力车用锂电池。
锂离子电池的安全设计过分依赖其内部电子安全保护芯片，而没有设置必要的物理安全保护措施。
在充电以及使用的过程中，一旦出现其安全保护芯片失效的故障，后果是不堪设想的，轻则出现电池内部气体积聚引起电池体涨鼓现象，重则可能因为发生电池内部短路等等异常而导致电池爆炸的悲剧发生。
（四）成本问题
相对于铅酸蓄电池，锂电池用于电动助力车的成本较高是一个突出的特点，也是影响锂电池大规模替代铅酸蓄电池用于电动助力车的关键。
锂电池的正极材料、负极材料、集流体、隔膜、电解质等主材价格比铅酸蓄电池高出很多，其组装辅材和外部电路系统成本则是铅酸蓄电池几乎没有的。
虽然锂电池由于能量远高于铅酸蓄电池，因此单位功率的原辅材料成本并没有表现出来的成本差距那么大，但是二者的材料成本差距确实存在，而且差距以倍数计。
由于制作工艺的原因，锂电池的人工成本比较高。
在制造成本中，锂电池的人工成本占40%以上，而铅酸蓄电池的人工成本一般为10%～20%。
锂电池在生产中大部分过程是不可逆的，而铅酸蓄电池是可逆修复的，因此锂电池的总体合格率较低。
铅酸蓄电池使用之后的回收价值在40%以上，而锂电池的回收价值几乎是零。
四、锂电池的市场前景
目前动力电池主要是镍氢电池和锂电池2种形式，混合动力电池目前多采用镍氢材料，但由于镍氢电池的一些技术性能已经接近理论极限值，因此并不被认为是未来的发展方向。
相对而言，锂离子电池由于工作电压高、体积小、质量轻、能量密度大、无记忆效应、无污染、自放电小、循环寿命长，得到广泛的认可。
自从商业化以来，锂离子电池已在便携式电器如手提电脑、摄像机、移动通讯中得到普遍应用。
锂电池电解液目前主要用于手机、数码相机、手提电脑等电子产品以及矿灯，约占锂离子全部使用量的90%；已经独霸手机和手提电脑等高端市场，成为各类电子产品的主力电源。
电子产品、矿灯等用锂电池的需求将保持每年10%的稳定增长。
目前开发的大容量锂离子电池已在电动汽车中开始试用。
雷天锂离子动力电池与一汽集团合作，重点开发锂离子电动商务中巴、锂离子电动豪华大巴、锂离子电动城市大巴3种车型，并在长春和无锡生产基地投产，计划2009年大批量生产。
安装“雷天”锂离子动力电池的大客车，充电20min即可以130km时速行驶300km左右路程，而每行驶100km耗电仅18度。
日本及海外汽车厂商纷纷开始在乘用车上采用锂离子充电电池。
在日本国内厂商中，丰田汽车、富士重工业、三菱汽车已经决定采用，而在欧美，戴姆勒也表示采用。
德国奥迪、美国通用汽车也准备在2010年采用。
在目前的混合动力汽车及未来的电动汽车所采用或将采用的电池中，存在着镍氢电池与锂电池之争。
与锂电池相比，镍氢电池具有续航能力不足以及不能外插式充电等缺陷。
市场分析人士认为，随着锂电池技术的提高，以及大规模制造导致成本降低，未来有可能替代镍氢产品成为HEV动力电池的主流。
锂电池代表的是混合动力汽车动力电池的未来，而目前从成本和商业化的角度看，更现实的选择是镍氢电池。
镍氢动力电池刚刚进入成熟期，是目前混合动力汽车所用电池体系中唯一被实际验证并被商业化、规模化的电池体系，全球已经批量生产的混合动力汽车全部采用镍氢动力电池体系。
现有混合动力电池99%的市场份额为镍氢动力电池，商业化的代表是丰田的普锐斯。
预计，到2020年前，非镍氢混合动力电池的占有市场份额不到20%，镍氢混合动力电池的市场前景看好。
在未来的8～10年，镍氢动力电池仍是新型混合动力汽车的动力电池体系的主导产品。
有关专家曾乐观地预期，至2016年锂离子电池市场总产值有望挑战100亿美元。
预计将成为21世纪电动汽车的主要动力电源之一，并将在人造卫星、航空航天和储能方面得到应用。
其未来的市场前景十分广阔，被视为21世纪发展的理想能源。
作为伯克希尔·哈撒韦公司的董事长，2008年9月巴菲特旗下的中美能源宣布以2.32亿美元购入比亚迪约2.25亿股。
（二）市场预测
新华网东京11月9日专电日本专业市场调查机构——富士经济研究所日前发布的报告显示，由于环保汽车在全球范围内受到追捧，混合动力车及电动汽车走俏，今后几年，车用锂电池市场将迅速扩大，2014年的规模将比2008年扩大200倍以上。
根据该机构今年8月-10月对电池厂商的调查，2009年，受经济危机的影响，全球电池市场将萎缩约11.2％，其中，一次性干电池的总出货额将微降0.5％，约为1.2952万亿日元（约90日元合1美元），而可充电电池出货额将大幅下降15.9％，约为2.5213万亿日元。
报告预计，2010年之后市场将迅速恢复并持续扩大，至2014年，全球电池厂商的总出货额将比2008年提高45.2％，达到6.2392万亿日元。
其中，一次性干电池的市场规模将下降4.7％，约为1.2409万亿日元；但与此同时，可充电电池的市场将扩大至4.9983万亿日元，增幅为66.8％。
特别值得一提的是，汽车产业的需求将成为电池市场扩大的主要引擎。
预计2009年汽车用锂电池的出货额将在2008年104亿日元的基础上翻番，提高到250亿日元，而到2014年，该市场的规模将迅速扩大至2．25万亿日元，是2008年的约215倍。
五、主要生产企业
（一）日本东芝公司
日本东芝公司投资300亿日元新建锂电池工厂在全球经济下滑，企业纷纷收缩投资之时，日本东芝公司却宣布将投资300
亿日元，新建一家锂离子电池工厂，以满足产业机械和汽车业等的需求。
据日本媒体最新报道，东芝的新充电电池工厂将建在新泻县柏崎市，计划2009年开工建设，2010年秋天建成投产，投资额最多有望达到300亿日元（约90日元合一美元）。
据悉，新工厂将生产东芝自主开发的“SCiB”新型锂离子电池，这种电池比普通锂电池的安全性能更高，并可以在很短时间内，比如五分钟完成充电，将来有可能越来越多地用于电动汽车和笔记本电脑等。
东芝将争取到2015年使月产量达到1000万个，实现2000亿日元的销售目标。
随着世界经济走向下滑，全球半导体产业也难免萧条，加上激烈的价格竞争，使得东芝的主要业务之一半导体盈利急剧恶化。
而与此形成鲜明对比的是，充电电池业务则由于具有高环保性能，中长期的需求持续扩大，东芝也正是看到了这一点，在经济萧条企业收缩设备投资的情况下，逆风而上，积极投资成长领域，以期巩固收益。
（二）日本日产和NEC将大举增资车用锂电池产能
综合外电2008年12月29日报道,日产和NEC为提前一年实现双方合作的车用锂电池项目的增产计划,投资1,000亿日元以上分别在日本国内及欧美国家建设新的工厂。
与目前油电混合动力车和电动汽车普遍使用的镍氢电池相比,锂电池具有体积小、重量轻的特点,能够降低汽车的燃油消耗,并能提高一次充电的最大行驶里程。
因此,尽管新车销售陷入低迷使各大车商都在紧缩整体投资,但目前看来,日本企业为了确保在环保车的关键技术领域处于领先地位,仍坚持着优先投资环保型汽车的战略。
据悉,本田公司也计划在2010年代中期使其车用锂电池产能达到供50万辆车使用的水平。
（三）比亚迪
深圳市比亚迪锂电池有限公司是比亚迪股份公司的全资子公司，主要产品是锂离子电池。
公司的客户包括摩托罗拉、诺基亚、爱立信、京瓷、飞利浦等国际通讯业巨头。
深圳市比亚迪锂电池有限公司已成为全国最大和全球领先的移动能源供应商，公司总体目标是：
BYD成为全球第一的锂离子电池供应商。
强大的研发实力是比亚迪迅速发展的根本，公司目前拥有研发人员700余人，研发中心实力全球业界领先，下属设备齐全的电池材料研究中心，电池技术研究中心和新产品开发部门。
在电池领域，“比亚迪”在中国乃至世界都占据着重要位次。
目前“比亚迪”镍镉电池、镍氢电池和锂电池销量分别居全球第一、第二和第三位。
“比亚迪”最新年报显示：
2008年“比亚迪”二次充电电池及其他业务占营业额比例达23%。
（四）TCL金能电池有限公司
全球第三大聚合物电池生产企业——TCL金能电池有限公司是TCL集团股份有限公司旗下的一家专业研发、设计、生产高能量锂离子电池企业。
公司电池产品主要包括聚合物锂离子电池和民用电池两大类。
其中，TCL聚合物锂离子电池是新一代锂离子电池，不仅具有液态锂离子电芯的高电压、长循环寿命、放电电压平稳以及清洁无污染等特点，而且消除了液态锂离子电池存在的爆炸的安全隐患。
同时外形更灵活、方便，重量更轻巧。
产品性能均达到或超过液态锂离子电池的技术指标，更具安全性。
据2008年4月第十一届科博会-科技成果推广与商务合作项目推介会显示，TCL金能电池有限公司注重发展知识产权，并拥有自主的核心技术专利。
产品具有高能量密度、安全性能好、高功率密度、内阻小、几何尺寸量身定做等特点,主要运用在蓝牙设备、PDA、MP3/MP4、数码相机、航模、笔记本电脑、手机、DVD、电动工具等方面。
该公司用二年时间开发的聚合物磷酸铁锂动力电池以其安全性可靠，循环寿命长，充放电平台稳定等优点可广泛应用在电动自行车、混合动力汽车、电动汽车和军备移动电源等领域，在国内、外均处于领先水平。
公司目前已通过ISO9001/2000质量认证体系、ISO14001环境认证体系、OHSA18001职业安全体系认证、UL、CE认证和欧洲ROSH检测。
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