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1、锂锂离离子子电电池池正正极极材材料料磷磷酸酸铁铁锂锂发发展展分分析析 国际能源网讯：电动汽车行业发展可谓风起云涌，而车用动力电池作为其中的重要组 成部分，已经引起学术界、投资界和产业界的高度关注。目前，已经在各种车辆上实现应用 的电池种类主要有铅酸电池、镍氢电池与锂离子电池 3 种，由于铅酸电池污染大、克容量 小， 其成本优势不足以抵消其劣势， 故在车辆动力方面至今仅在小型电动自行车等领域得以 应用；镍氢电池现为混合动力汽车领域应用的主要产品，其制造工艺成熟，购置和使用成本 较低，故而在短期内仍将是混合动力汽车的首选，但其自放电率高、比能量较小，记忆效应 和充电发热等方面的问题直接影响到该电池
2、的使用， 这些缺点的存在使镍氢电池可能只是作 为过渡产品存在； 锂离子电池是 90 年代发展起来的高容量可充电电池， 能够比镍氢电池存 储更多的能量，比能量大、循环寿命长、自放电率小、无记忆效应，能够满足对体积、寿命、 功率等要求较高的乘用车方面的需求，已成为今后纯电动汽车应用的理想产品。 锂离子电池的正极材料种类较多，主要品种有钴酸锂、锰酸锂、镍锰钴三元材料及磷酸 铁锂等，其中钴酸锂是现有正极材料中工业化程度最高、技术最成熟、产量最大的品种，主 要用于手机、数码产品等小型电池领域，但由于原材料钴和镍金属的价格高昂，污染较重， 且电池在大型化后，会有过热着火或爆炸的危险。故相对而言，正极材料为
3、锰酸锂、三元材 料和磷酸铁锂的锂离子电池安全性能更好， 成本更为低廉， 所以目前产业的投入主要集中于 这几种材料之上。 其中， 磷酸铁锂由于具有另外两种材料所不具备的循环寿命和材料成本方 面的潜在优势，而被业界普遍看好，代表着动力电池正极材料的未来发展方向，三种正极材 料性能比较见表 1。 表 1 . 三种正极材料性能比较 钴酸锂磷酸铁锂三元材料 振实密度/gcm-3 比表面积/m2g-1 初始克容量/mAhg-1 电压平台/v 循环寿命 原料成本 2.83.0 0.40.6 135140 3.6 500 次 高 0.71.4 1220 150 3.2 2000 次 低 约 2.1 约 0.5
4、 140160 3.84.2 800 次 一般 制造工艺 环保性 安全性能 适用领域 成熟 含钴 有隐患 小型电池 不成熟、工艺难度高 好 好 动力电池 较成熟 一般 好 动力电池 国际上主要的磷酸铁锂电池材料生产厂商有加拿大 Phostech、美国 Valence、美国 A123、台湾地区的台塑长园能源科技、立凯（Aleees）等，其中，前 3 家企业掌握着较为 成熟的量产技术。2008 年全球磷酸铁锂出货量为 1500 吨左右，其中美国 A123 公司供应 750 吨，几乎占了一半的份额，国内厂商供应量只有几百吨，2009 年全球磷酸铁锂出货量 约为 1600 吨，2010 年全球磷酸铁锂
5、出货量为 1370 吨左右。 另统计，目前国内磷酸铁锂正极材料厂商超过 60 家，实现批量生产的企业接近 20 家，呈 现“诸侯混战”的局面。从公开资料统计来看，全国磷酸铁锂总产能约 6400 吨/年，但实际 产量远低于产能（不足产能的 1/10），国内主要磷酸铁锂生产企业及设计产能见表 2。 表 2.国内主要磷酸铁锂生产企业及设计产能， 吨/年 企业名称设计产能实际情况 深圳贝特瑞新能源材料股份有限公司 天津斯特兰能源科技有限公司 北大先行科技产业有限公司 合肥国轩高科动力能源有限公司 湖南浩润科技有限公司 恒正科技(苏州)有限公司 临沂杰能新能源材料有限公司 深圳天骄科技开发有限公司 湖南
6、瑞翔新材料股份有限公司 新乡华鑫能源材料股份有限公司 北京锂先锋科技发展有限公司 烟台卓能电池材料有限公司 新乡市创佳电源材料有限公司 西安铁虎能源新材料有限公司 800 500 500 500 500 500 400 350 300 240 200 200 200 200 实际批量生产，供货量 10 吨/月 14 条生产线，产量 14 吨/月 实际产量约 10 吨/月 实际产量远低于产能 实际投产产能 10 吨/月左右 总体来说，我国磷酸铁锂的产业化发展与国际基本同步，目前国内部分产品的成本比国 外同类产品要低，在性能、单位产能方面的差距并非遥不可及，但也该冷静的看到，国内目 前尚未诞生真正
7、的领军企业，行业缺乏原始创新技术，低端跟风模仿风气较盛，整体来看， 磷酸铁锂材料行业处于产业化临界点之下。未来随着磷酸铁锂生产技术的不断完善， 其 市场前景依然为产业界所看好，除电动汽车、自行车、代步车和电动工具市场外，磷酸铁锂 电池在风电、 太阳能发电储能装置， 矿灯电源和植入性医疗器械领域也有着广泛的应用前景。 通过静态测算可以得出结论，磷酸铁锂电池在未来 57 年内，若根据 10%20%的产品 渗透率计算，国内仅仅在电动汽车、电动工具、电动自行车和电动代步车这 4 个领域就拥 有大约 150 亿元的市场规模，其中磷酸铁锂材料本身占到电池成本的 30%左右，对应约 45 亿元的市场规模，年
8、需求量可望达到 3 万吨。 存存在在问问题题： 1.专利专利侵权问题。 一场专利“缠讼”牵动着业内人士的敏感神经橄榄石结构磷酸 铁锂（LiFePO4）诞生于美国得州大学，得州大学于 1997 年对磷酸铁锂的晶体结构与化 学分子式申请了专利，后将专利授予加拿大自来水公司 Hydro-Quebec（H-Q）及其下属 公司 Phostech 使用。2005 年全球最大电动工具厂商 Black &Decker(B&D)推出一款使 用磷酸铁锂电池的无电线电动工具，在欧美热卖。2006 年 9 月，得州大学及加拿大 Phostech 对 B&D 及电池制造商 A123 公司提起诉讼，控告其未获授权制造与销
9、售侵权商 品。A123 认为自己的正极材料有不同的晶体结构和化学分子式，不存在专利侵权问题，目 前案件仍在审理， 但性质已从大学和企业的专利纠纷转变为跨国专利诉讼。 由于通用汽车的 Volt 电动车将采用 A123 提供的磷酸铁锂电池，若 A123 被判侵权，则意味着通用也构成 侵权， 因此从更大的范围来讲， 判决结果将影响美国乃至全球电动车市场的发展格局。 此后， 又发生了多起相关专利诉讼事件，结果无一例外的是加拿大 Phostech 方面获得最终胜利。 目前，在磷酸铁锂电池和材料领域，有两大核心技术专利，其中一个是包敷碳技术，另 一个是碳热还原技术， 前者由加拿大 Phostech 公司拥
10、有独家使用权， 并且已经在我国申请 专利，后者的专利权由美国 A123 公司所有，目前尚未在我国申请专利，但是美国 A123 公司现已在苏州成立了 2 家公司，分别负责磷酸铁锂材料的生产和电池制造，随着 A123 等公司抢占市场步伐的加快，专利问题已经很现实地摆在了国内厂家面前。 事实上，专利权之争短期内对我国国内销售并无影响，但从长期来看，其将成为行业发 展的巨大隐患。目前国内大部分生产厂商只掌握磷酸铁锂技术和加工工艺，没有国际专利， 无论得州大学与 A123 专利官司的哪一方获胜，国内磷酸铁锂企业今后或许都将会面对高 昂的专利许可费用。2010 年 6 月 12 日，中国政法大学知识产权研
11、究中心受中国电池工业 协会委托， 已向国家专利复审委员会对 Phostech 公司持有的“磷酸铁锂电池”专利提出了无 效请求，现已受理。虽然磷酸铁锂专利事件还会继续相当长的一段时间才能见分晓，但最重 要的是，行业应从中吸取教训，把研发作为核心，加大投入，同时加快国内专利申请，并将 关键技术向国外申请专利。 2.一致性难题须破解。国产磷酸铁锂正极材料存在不同程度的质量问题，其主要表现在 质量一致性难以保证等方面。 此前， 国内部分大型锂离子电池制造商从磷酸铁锂材料平均粒 径、电极加工性、电极压实密度、实际比容量、循环寿命、倍率放电、温度特性、安全性等 方面对国内几个磷酸铁锂材料供应商和 Vale
12、nce 等国外供应商所提供的材料进行了非常系 统的试验评价，试验数据客观地表明：国内磷酸铁锂产品与 Valence 等国外供应商产品相 比仍有不少差距，且同一供应商提供的产品质量批次一致性差异较大、重复性很差。 究其原因，首当其冲的是技术未吃透，磷酸铁锂对合成工艺条件的敏感性远远大于目前 产业化的其他正极材料， 即合成的工艺条件要做到严格一致才能确保批次的稳定性。 国内企 业在未吃透技术的条件下盲目生产，其产品自然存在“先天不足”现象；其次，科研成果转化 存在衔接问题， 从科研成果向中试过渡和从中试向批生产过渡过程期间， 缺乏工艺技术系统 工程设计的理念； 此外， 国内的材料厂商的生产过程管理
13、精细度较低， 缺乏包括工序、 作业、 采购、检验等环节在内的规范化、标准化技术和管理体系，也是造成产品一致性低的重要原 因。 3. 投资刺激洗牌竞争。从现有情况来看，我国车用动力电池基本都处于研发、试验阶 段，尚未实现大批量生产，短期内动力电池企业不太可能实现盈利，故而上游材料企业多按 需生产，其规模也远未达到规模化生产的程度。然而，行业概念的炒作已经引燃了投资的热 情，我国车用锂电池现实的有效产能不足成为了最佳“突破口”，此外，在地方经济利益的驱 使下，政府大开绿灯，民间投资也似乎都是各取所需，大有“圈地”之嫌，动辄数亿的投资项 目遍地开花，行业已经显示出产能过剩的端倪。有资料显示，截至 2010 年，我国动力锂电 池产能 20 亿 Ah， 主要分布在珠三角、 长三角、 东三省和京津唐等汽车产业聚集区， 在 2015 年前，动力锂电池及其上游材料产业投资仍将大步向前。预计在一系列投资刺激下，2015 年我国动力锂电池产能将达到 39 亿 Ah，而我国当年 EV/PHEV 乘用车和电动商用车产量 预计为 12 万辆左右，需消耗锂电池约 9 亿 Ah，这仅占动力锂电池产能的 23。多方投资 的磷酸铁锂产业如其他新兴产业一样，在发展到一定阶段之后，洗牌在所难免，唯有注重技 术积累、理性投资、精细化管理和市场运作的企业方能大浪淘沙始见金。