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替代传统电池 锂和镍氢纯电池供汽车动力

2010年12月30日20:29腾讯汽车[微博]综合报道我要评论(0)
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新能源电动汽车最主要的部件是动力电池、电动机和能量转换控制系统,而动力电池要实现快速充电、安全等高性能,是技术门槛最高、也是利润最集中的部分。

新能源汽车对电池要求很高,必须具有高比能量、高比功率、快速充电和深度放电的性能,而且要求成本尽量低、使用寿尽量长。传统的铅酸电池、镍镉电池和镍氢电池本身技术比较成熟,但它们用在汽车上作为动力电池则存在较大的问题。目前,越来越多的汽车厂家选择采用锂电池作为新能源汽车的动力电池。

锂电池具有以下优点:体积小、质量轻、工作电压高(是镍镉电池、氢镍电池的3倍)、比能量大(可达165WH/㎏,是氢镍电池的3倍)、循环寿长、自放电率低、无记忆效应、无污染、安全性好等优点。

目前阻碍动力锂离子电池发展的瓶颈是:安全性能和汽车动力电池的管理系统。

安全性能方面,由于锂离子动力电池具有能量密度大、工作温度高、工作环境恶劣等方面的原因,加上以人为本的安全理念,因此,用户对电池的安全性提出了非常高的要求。汽车动力电池的管理系统方面,由于汽车动力电池的工作电压是12V或24V,而单个动力锂离子电池的工作电压是3.7V,因此必须由多个电池串联而提高电压,但由于电池难以做到完全均一的充放电,因此导致串联的多个电池组内的单个电池会出现充放电不平衡的状况,电池会出现充电不足和过放电现象,而这种状况会导致电池性能的急剧恶化,最终导致整组电池无法正常工作,甚至报废,从而大大影响电池的使用寿命和可靠性能。

锂电池材料可分为电极(正极/负极)材料、隔膜和电解液。正极材料是锂电池的核心,目前以钴酸锂、锰酸锂、镍钴锰锂和磷酸铁锂为主。负极材料则以石墨、固体碳粒为主;在正负极中间则是电池电解液和隔膜。

1.正极材料:

此前,锂电池成本之所以高于镍氢电池,主要原因就在于其正极材料使用的是以贵金属钴为原料的钴酸锂,锰酸锂和磷酸铁锂由于成本优势更为明显;不过,与锰酸锂相比,磷酸铁锂的容量密度更高,前者为100-115mAH/g,后者为130-140mAH/g;充放电寿命更长,前者为500次以上,后者可达1500次以上;工作温度区间更大,前者为0至50℃,后者则为-40至70℃。因此,在锂离子电池中,磷酸铁锂电池最被看好。

在锂电池产业链目前的产能比较中,由于进入壁垒较高,锂电池正极材料的产能是最小的,这是整个产业链中最看好的一个环节。目前生产正极材料的企业主要有:中国宝安、中信国安和杉杉股份、比亚迪

杉杉股份(600884):公司控股的上海杉杉科技,锂离子电池正极材料销售收入已经成为国内最大,世界前三甲的正极材料供应商。然而,其2008年的毛利率却低于行业应有的最低水平,毛利率仅14.21%。据了解,杉杉股份的锂电正极材料,其产能均为锰锂和钴锂,并非业界最为看好的磷酸铁锂,只是在技术上做了跟踪。正极材料利润高,杉杉却“只做收入不做利润”,负极材料有技术优势,但较低的毛利率水平不足支撑锂电池生产的总体业绩。

中信国安(000839):作为国内为数不多的拥有锂电池产业链中两个关键环节——上游的碳酸锂及下游的锂离子电池的公司。中信国安现持有青海国安99.375%的股权,主要从事青海西台吉乃尔盐湖中锂、钾、硼、镁等资源的综合开发。西台吉乃尔盐湖位于柴达木盆地中部,按设计产能计算,以上资源至少可供公司开采25年以上,潜在经济价值1700亿元。除了拥有上游碳酸锂资源外,中信国安控股90%的子公司中信国安盟固利公司,是目前国内最大的锂离子二次电池正极材料钴酸锂和锰酸锂的生产企业,占据钴酸锂产品国内市场份额的40%。

中国宝安(000009):公司参股的天骄科技公司是一家集锂电池正级材料研发、生产、销售为一体的高新技术企业,公司目前的主导产品是锰镍钴酸锂电池正极材料(三元正极材料)。

2.负极材料:

与正极材料相比,负极材料占锂电池成本比重较低,而且国内已经实现产业化,负极材料以石墨、固体碳粒为主。目前国内从事锂电池负极材料生产的前三甲企业是中国国安、杉杉股份、长沙海容,目前负极材料基本能够满足国内市场的需求,但随着新能源汽车的逐渐普及,未来这一块的市场需求将出现巨大缺口。

中国宝安(000009):深圳贝特瑞是中国宝安控股55%的子公司,是国内锂电池碳负极材料标准制定者。其碳负极材料产能是6000吨/年,价格为6万元/吨左右,市场占有率高达80%,居全球第二。客户包括松下、日立、三星、TCL、比亚迪等130多家厂商。2008年,贝特瑞收购了天津铁诚公司,使其碳负极材料成本下降30%。虽然子公司电池材料业务蒸蒸日上,但是受整体市场规模限制,对中国宝安上市公司来说,来自电池材料的业绩贡献还难以依靠。中国宝安主营业务为房地产和医药,2008年上半年收入占比超过90%,包括锂电在内的其他收入占比不到9%。

杉杉股份(600884):杉杉股份是贝特瑞的一大竞争对手。公司的控股子公司,上海杉杉科技,产能1200吨锂电池负极材料--中间相炭微球(简称CMS)。CMS项目是国家863高科技研究发展计划项目,被列为国家高新技术产业示范工程项目。近几年公司的锂离子电池材料产业继续呈现出迅猛发展的态势,其中负极新产品MG(微博)S和FSN-1在大规模推向市场后取得不错的销售业绩。目前,杉杉股份的CMS价格每吨在10万元以上,年产能为1200吨。

长沙海容:长沙市海容电子材料有限公司成立于2004年11月,是致力于锂离子电池中高端负极材料的研发、生产和销售的高新技术企业。目前公司已形成SKG、CAP、MGM、MCP、PBA等多个系列的产品,适用于方型、圆柱型、聚合物、动力等多种锂离子电池,主导产品SKG、CAP系列中高端负极材料和PBA系列动力负极材料得到了国内外客户的一致好评。公司产能已达2000吨,销售网络遍布中国大陆、台湾、日本、韩国、德国和加拿大等地。

3.电解液:

国内电池生产商电解液配套也已基本实现国产化。电解液主要原材料为六氟磷酸锂,占电解液成本的50%左右,其生产成本为10万元/吨,售价为40万元/吨,毛利率高达75%,但是,目前市场基本上被关东电化学工业、SUTERAKEMIFA、森田化学等几家日本企业垄断。因此,亟待解决锂电池电解液最为关键的电解质成分六氟磷酸锂(LiPF6)的大规模生产问题。只有此项关键技术取得突破,中国的汽车动力锂电池产业链才能接近完善。

现在全球锂电池电解液市场供求基本平衡,锂电池对电解液要求比较高,但用量却很少。比如一块手机电池只用3克,比重很小,2000吨电解液可供生产6亿块手机电池。汽车动力电池可就不一样了,一辆车就要40公斤。电动车一旦兴起,将带来电解液的爆发性增长。

国内从事锂电池电解液的生产企业主要有巨化股份、杉杉股份、华荣化工、珠海赛纬电子、天津金牛、汕头金光、广州天赐等10余家。其中,华荣化工、珠海赛纬电子定位高端市场,其他企业只能做中低端市场。

巨化股份(600160):目前国内很少企业能生产六氟磷酸锂,在这一块巨化股份走在国内企业前列,已拥有完善的氟化工产业链、先进的氟化工技术和丰富的氟化物原料。生产的六氟磷酸锂上游原料无水氟化氢,将成为开发龙头,是江苏国泰、杉杉股份等锂电池电解液生产厂家的上游行业,前景相当广阔,值得重点关注。

4.隔膜:

李胜茂认为,随着新能源汽车的逐渐推广,未来对动力锂电池材料的需求将得到引爆。隔膜系锂电材料中技术壁垒最高的一种高附加值材料,毛利率通常达到70%以上,占了锂电池成本的20-30%。按照计算,一辆汽车就可以用到一千到两千平方米的隔膜。目前隔膜市场供应量严重不足,大部分依赖进口,市场主要被日本旭化成工业、东燃化学,及美国Celgard把持。隔膜具有典型的“高技术、高资本”特点,而且项目周期很长,投资风险较大,国内企业的投资热情并不高。目前,国内能生产隔膜的企业仅有星源科技、金辉高科两家技术相对成熟。

佛塑股份(000973):2006年,比亚迪与佛塑股份共同出资281万美元,组建了佛山市金辉高科光电材料有限公司,其中佛塑股份占了55%的股份。正是这个公司,将佛塑股份和比亚迪概念联系了起来。目前,国内年需求大概是1.3亿平方米,而金辉公司做了1200多万平方米。尽管如此,金辉公司每年1200万平方米的隔膜产品,用在汽车动力电池上的却很少,绝大部分还是用在通讯电池。包括销售给比亚迪的隔膜,也主要是用在手机用锂电池。财务数据显示,成立仅三年的金辉公司,利润呈现大幅增长态势,08年已经为佛塑股份带来了2000万元的利润。

中达股份(600074):佛塑股份的同行中达股份也是制膜大王。中达股份大股东申达集团在技术创新上寻找新的突破,自主研发生产太阳能光伏新材料、电池隔离膜等一批具有国际领先水平的项目。中达股份是我国高分子软塑新材料龙头,生产BOPP薄膜、BOPET薄膜、CPP薄膜三大系列产品,生产规模国内领先,但这些都是较低档产品,多用于做包装材料,而聚烯烃薄膜若应用于锂离子隔离膜、薄膜太阳能电池中,将身价百倍,中达股份具有佛塑股份般的潜力。

未来新能源汽车替代传统汽车趋势将成为必然,动力锂电池作为新能源汽车的“心脏”,将催生庞大的产业经济效应,对电池原材料供应商和厂商来说都是巨大的商业蛋糕。

到2012年,新能源车的年产量将达到100万辆,按每辆新能源汽车电池成本7万元,动力锂电池的正极磷酸铁锂材料52公斤,负极材料41公斤,电解液40公斤计算。100万辆混合动力汽车将带动5.2万吨正极材料,4.1万吨负极材料,4万吨电解液的需求。对于国内电池厂商而言,这将是一个总产值700亿元的大蛋糕。而如果按客车计算,这一数值还将提高3倍——每辆混合动力客车的电池需求是轿车的4倍。

无论是插电式混合动力还是纯电池动力的汽车,都将用到动力锂电池。但动力锂电池的参与企业要进入赢利轨道恐怕要到2012年之后,而且动力锂电池本身还有些技术问题要解决。当今成熟的动力电池应属镍氢动力电池。

与传统的化学电源(如铅酸、镍镉等)相比,镍氢动力电池具有无污染、高比能、大功率,可快速充放电,耐滥用性等许多优异特性,具有广阔的应用和市场前景。

北京有色金属研究总院先后在“七五”、“八五”、“九五”计划中承担国家“863”高技术项目镍氢动力电池及其相关关键材料的攻关研究,并于1993年、1996年在国内首次研制完成开口富液型镍氢动力电池组,并成功运行电动三轮车和电动汽车。期间,先后建立300万只圆柱密封镍氢电池生产线及镍氢电池用相关关键材料如贮氢合金、氢氧化镍、泡沫镍等生产线。

之后,又在国家“863”高技术新材料领域及有色金属研究总院科技创新项目支持下,完成了10Ah~150Ah系列方形密封镍氢动力电池的开发工作,并于1999年底在国内首次成功应用于5人座电动轿车,一次充电行驶里程达225千米。该镍氢电池电动车还完成了一次充电北京-天津往返,北京-天津-塘沽,及北京二环路-三环路(城市实际路况)的实车运行实验(平均时速50~80千米/小时),电池性能表现优异。

“十五”期间承担了国家“863”电动汽车重大专项项目“燃料电池城市客车用镍氢动力电池辅助系统及管理模块”、“混合动力轿车用高功率镍氢动力电池组及其管理系统”以及“混合动力轿车用超级电容器及其管理系统”等重大课题的开发任务。所开发动力电池可应用于电动自行车、摩托车、各类军用武器装备及各类需要电源等。

所研制的电池具有如下特点:

大容量:6Ah~200Ah,可满足各种类型电动车的使用要求

公称电压:单体1.2V,电池组电压可按要求设计制作

高比能:50~70wh/kg,赋予电动车更长的一次充电行驶距离

比功率:160~800W/kg,也可根据用户需求设计开发各类高功率或超高功率型镍氢动力电池,赋予电动车高效的起动、爬坡与加速性能或混合动力电动车使用。可按高功率型电池、 高能量型两种类型电池分别设计。

长寿命:高能量型动力电池300~800次(80%)DOD,赋予电动车以优异的综合性能/价格比,高功率型电池寿命在浅充放循环下达20万次以上。

使用温度:-20℃~60℃ 无污染:被誉为“绿色电源”,为当今电动车发展最具现实应用性的首选二次电源。

经过十几年国家重点课题攻关研究工作,目前已初步建立电动车用镍氢动力电池中试研究实验室熢谑笛槭抑幸呀ㄉ柰瓿傻缂电化学性

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