7月16～18日于北京舉行的“第十六屆中國電動車輛學術年會暨第二屆電動汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略研討會”上，中國國家“863計劃”動力電池測試中心主任王子冬從市場和技術層面全面分析了全球鋰離子動力電池的發(fā)展?jié)摿ζ北搿Ｋ赋鲈蜾囯x子動力電池市場正處于一個重大轉型期，在電動車（EV）市場需求帶動下队贱，預計該市場規(guī)模在未來5年內(nèi)將超過2000億元人民幣色冀。

　　王子冬首先以日產(chǎn)綠葉（Leaf）電動車為例，介紹了鋰離子動力電池的市場需求情況柱嫌。該車將于2010年秋季上市锋恬，并計劃在2010年生產(chǎn)5萬輛，2012年生產(chǎn)20萬輛编丘。以鋰離子動力電池產(chǎn)量來看与学，每輛綠葉的電池容量為24kWh,20萬輛的容量相當于48億kWh。這是目前全球手機鋰離子電池30億kWh市場的1.6倍嘉抓。即一款汽車就可以完全改變整個市場狀態(tài)索守。目前，全球主要汽車制造商都已宣布要大規(guī)模生產(chǎn)采用鋰離子電池的電動車抑片，而日產(chǎn)只是其中一家而已卵佛。

　　誘人的行業(yè)前景吸引了業(yè)內(nèi)外大量投資

　　王子冬指出，電動汽車的量產(chǎn)為鋰離子電池產(chǎn)業(yè)帶來了重要的發(fā)展機會议乐。按照上述測算奥憎，幾年之內(nèi)，鋰離子動力電池市場將超過全球手機鋰離子電池市場的規(guī)模忙坡。這種改變將引發(fā)相關制造設備和廠房的新一輪投資眉藤，同時，眾多新進入鋰離子動力電池及材料的廠商將使相關領域的技術競爭更趨激烈底悍。

　　受到誘人行業(yè)前景的吸引杜糕，很多來自不同行業(yè)的廠商將目標定位在電動汽車市場，欲在鋰離子動力電池商機中分一杯羹蜡瓜。

　　例如悉种，索尼在2009年11月進入了電動汽車和大容量蓄電池領域，并表示未來幾年內(nèi)將在量產(chǎn)設施上投資1000億日元。三洋電機將在2015年前投資800億日元函唾，松下也準備在2012年前投入1230億日元巢季。另外，三菱重工在其長崎造船廠也投資了約100億日元建立實驗基地味扼，準備從2010年開始年產(chǎn)66MWh容量的鋰離子動力電池沾谓。

　　針對動力電池領域，LG化學公司投資了約10億美元戳鹅；三星SDI和博世共同成立的SBLiMotive也投資了6億美元均驶。美國陶氏化學和韓國KokamEngineering及其他合作伙伴成立了合資公司，投資6億美元枫虏，計劃針對電動車和混合動力車年產(chǎn)約6萬塊的鋰離子動力電池妇穴。

　　據(jù)王子冬介紹，中國的比亞迪和天津力神計劃將動力電池生產(chǎn)容量提升至10億Wh隶债。近期全國在動力電池方面的投資總額約為22億美元腾它。

　　鋰離子電池的應用市場將從手機轉向電動車及智能電網(wǎng)領域

　　王子冬給出的一系列數(shù)據(jù)表明，電動車市場規(guī)模將從2009年的250億日元死讹，激增至2010的3000億日元瞒滴，并將在2012年超過便攜式電子產(chǎn)品市場，達到15800億日元赞警。2014年將達22500億日元妓忍。從上述數(shù)據(jù)可以看出，市場在5年內(nèi)將增長90倍仅颇。

　　他接著分析表示单默，電動汽車中的鋰離子電池容量比手機中的高出幾個數(shù)量級。例如瘦肥，目前手機中的鋰離子電池容量約為2-3Wh，而單一混合動力車電池組的容量約為1kWh筷品，約為前者的500倍挟伯；電動車為20kWh，是前者的近1萬倍絮眨。

　　如果鋰離子動力電池實現(xiàn)規(guī)哪粗В化量產(chǎn)，價格將會大幅下降低白，預計將在2015年降到約人民幣3750元/kWh唬爹，這時將有條件進入鐵路運輸和工業(yè)設備領域。

　　隨著市場規(guī)模進一步擴大酣夫，當價格降到約人民幣3750元/kWh時押赋，鋰離子充電電池可考慮作為常備電池儲存電能，從而進入成本敏感型市場。

　　另外仙冕，在太陽能和風能等可再生能源發(fā)電領域粱快，大容量鋰離子電池可儲存電能，以保證電網(wǎng)穩(wěn)定供電叔扼。而對于這種應用事哭，目前只有硫化鈉電池一種產(chǎn)品。

　　綜上所述瓜富，大容量鋰離子電池的應用相當廣闊鳍咱。2015年后，甚至可以進入公共建筑和家庭与柑。

　　中國電網(wǎng)公司也在積極開展10MWh級的鋰離子電池儲能系統(tǒng)的試驗項目谤辜。

　　提高鋰離子電池能量密度

　　為了滿足電動車等市場對鋰離子電池的需求，首先要研發(fā)新材料仅胞，以提升電池能量密度每辟。近期目標是120Wh/kg，遠期目標是 500Wh/kg干旧。

　　全球各電池廠商已經(jīng)對陰正極渠欺、負極材料、隔膜與電解質等關鍵元件做出選擇椎眯。通常酥丛，廠商們選擇的是日本廠商開發(fā)的材料。

　　據(jù)王子冬介紹咒舰，日立制作所與日立車輛能源于2010年1月開發(fā)出了插電式混合動力車的鋰離子動力電池蘸暮，能量密度為120Wh/kg，在SOC為50%時埂帜，輸出功率密度為2400W/kg懊据。

　　在開發(fā)中，為了提高能量密度跑科，調(diào)整了原來電池中的電極活性物質成分和電極厚度接纽。為提高輸出功率密度，將導電材料碳調(diào)整為電流易流通的材料贝渣，降低了電極的內(nèi)部電阻阶铝。電池容量達25Ah，正極采用了錳（Mn）類材料确告，負極用的是碳材料惊也。隔膜材料用耐熱陶瓷取代了原來的聚乙烯，保證隔膜在200℃高溫下不會收縮遇患，并可防止正負極短路统台。同時雕擂，模擬分析了電池結構及振動等，提高了抗振性能饺谬。并通過調(diào)整集電結構捂刺，確保了可靠性。

　　另外募寨，日立最新一代混合動力車鋰離子動力電池的輸出功率密度已達4500W/kg族展，為散熱性更好的方形結構，正極采用錳（Mn）類材料拔鹰，負極是非晶碳材料仪缸。

　　王子冬表示，目前鋰離子動力電池在車上占用的空間較大列肢，成本很高恰画，且能量密度僅為90～120Wh/kg，仍然無法滿足電動車長距離出行的需要瓷马。因此拴还，各電池廠商仍需進一步改善能量密度、輸出功率密度裂怕、成本與安全性症影。希望能在2015年～2020年開發(fā)出能量密度達200～300Wh/kg的第二代材料。

　　主要材料體系特點分析

　　目前椒缀，全球廠商正在研究的主要材料體系包括：

　　1．磷酸鐵鋰正極材料的五年定型和一致性工藝研究垦亲。材料安全性好，壽命長脑播。主要為美國專利常迹。

　　2．長壽命錳酸鋰材料研究。通過摻雜和生產(chǎn)工藝改進冗级，提高高溫穩(wěn)定性奖卒。材料價格低，比能量高咸耍。目前工藝技術和設備由日本廠商掌握室拿。

　　3．鈦酸鋰材料作負極的研究。提高比能量拢宛，降低成本。材料安全性好陈莽，壽命長渤昌，充放電比功率高。主要為美國專利走搁。

　　4．混合電容—電池的結構和工藝研究独柑。材料壽命長迈窟，充放電比功率高，價格低忌栅，安全性好车酣。目前中、日索绪、韓均在進行此項研究湖员，中國已有產(chǎn)品問世，不存在國外專利保護問題瑞驱。

　　王子冬指出娘摔，中國廠商可進一步拓展研究其他在安全性、壽命唤反、充放電比功率凳寺、價格方面表現(xiàn)突出，且沒有國外專利保護的材料旧搔。

　　鋰離子電池材料的開發(fā)方向

　　鋰離子電池的正極旁核、負極、電解液仿扩、隔膜及其他元件的特性必須合理搭配平衡极求，才能保證電池整體的高性能。

　　不同于特定容量普遍偏低的正極材料频澜，硅盖础、錫等許多負極材料的電位可以提供更大的容量，特別是硅试授，其理論容量至少10倍于目前最常用的負極材料石墨伶肚。但鋰離子的嵌入可以導致400%的體積變化，結構很容易因反復充放電遭到破壞辈畜，其壽命延長成為一個關鍵問題侄含。

　　研究人員已經(jīng)在嘗試與傳統(tǒng)石墨混合以制造空氣間隙，從而控制體積膨脹到一定程度洽腊，以及與氧化硅或其他材料再混合的石墨褒醒，以制造出一種氧化硅-碳（SiO-C）的復合材料。一池摧、兩年內(nèi)焦除，使用這種硅復合負極材料的電池將首先應用在手機中。

　　對于電動車來說作彤，鋰離子動力電池組的安全性非常重要膘魄。由于負極材料石墨比鋰的電位低，因而不可避免地會出現(xiàn)鋰沉積在負極界面或電解質形成化合物的問題竭讳。

　　東芝為此開發(fā)出一種鋰鈦氧化物LTO（Li4Ti5O12）的新型負極材料创葡。LTO比鋰的電位高浙踢，可避免上面提到的鋰沉積或與電解質界面反應的問題，提高了電池的安全性灿渴。不過洛波，LTO的電位比鋰高出約1.5V，使用現(xiàn)有的正極材料時骚露，電池放電電壓將減少至約2.4V蹬挤。其理論電容與石墨相當，因此電池能量密度的提高有一定程度的限制荸百。

　　在采用LTO與5V的正極材料槽邮，或者采用它與高容量硅合金復合材料或類似材料，以提高電池放電電壓的情況下债竖，電池能量密度很可能至少可以提高到200Wh/kg调捍。

　　另外，據(jù)王子冬介紹姨猖，全球各電池廠商及相關機構正在加緊針對全新類型吃它、能量密度超過500Wh/kg電池的基礎研究，如固態(tài)電池漆逐、鋰金屬電池驼凌、鋰硫電池、鋰空氣電池等撬替，并計劃在2030年前后開始推向市場唾姊。

　　對于全固態(tài)電池，日本大阪府立大學一直在研究采用硫化物類固態(tài)電解質梦柬。例如驱劳，加熱Li2S-P2S5類玻璃進行結晶化后的電池，其室溫下的離子導電率達到10-3S/cm以上磺送，與目前液態(tài)電解質的導電率水平相同驻子，而且還可能再提高2～5倍。

　　對于仍用有機溶劑估灿，但采用新結構以提高能量密度的鋰空氣電池崇呵，由于其正極上用空氣中的氧作為活性物質，因此馅袁，理論上正極的容量密度是無限的域慷。此外，當負極使用金屬鋰時汗销，理論容量可比鋰離子電池高一個數(shù)量級芒粹。日本產(chǎn)業(yè)技術綜合研究所與日本學術振興會已開發(fā)出這種電池。

　　電池的負極采用金屬鋰條大溜，電解液組合用的是含有鋰鹽的有機電解液化漆，正極的水性電解液使用堿性水溶性凝膠，與微細化后的碳和低價氧化物催化劑形成正極組合钦奋。

　　該電池放電反應生成的不是固體氧化鋰（Li2O）座云，而是易溶于水性電解液的氫氧化鋰（LiOH）。因此付材，氧化鋰在空氣電極堆積后离春，不會導致工作停止。另外帜焰，水及氮等也不會穿過固體電解質隔膜集圈，因此不會出現(xiàn)與負極鋰金屬發(fā)生反應的危險。在配置充電專用的正極時味爷，還可防止充電導致空氣電極的腐蝕和老化恩奢。

　　試驗結果表明，以0.1A/g的放電率放電時嫩属，放電容量約為9000mAh/g阎恒，而此前的鋰空氣電池放電容量只有700～3000mAh/g。

　　另外瞄惑，若以水溶液代替水溶性凝膠棺厚，可在空氣中以0.1A/g的放電率放電20天，其放電容量約為50000mAh/g漓楣，比原來提高一個數(shù)量級离钱。由于金屬鋰電池的容量本來就比鋰離子電池高一個數(shù)量級，因此链患，這一放電容量實際上比鋰離子電池高了2個數(shù)量級巧鸭。不過，凝膠的易用性更好些锣险。

　　另外蹄皱，如果不對這種鋰空氣電池直接充電，而是通過底座更換正極的水性電解液芯肤，以卡盒等方式補充負極的金屬鋰巷折，可縮短電動車的充電時間，更換后即可行駛崖咨。通過回收水性電解液重新生成金屬鋰锻拘，可實現(xiàn)鋰的循環(huán)使用。

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