智能手機和電動車市場要重點解決電池能量密度

    鋰電世界  真鋰研究認為，全球鋰離子電池及其材料產業鏈的發展正處在一個“痛并快樂著”的尷尬階段。一方面，市場快速發展并呈現出加速度發展狀態，這種狀態明顯還將持續較長時間，在目前全球經濟總體處于低谷的情況下顯得尤為難得；另一方面，產品售價的下降速度超過了成本的降速，企業利潤在持續降低；同時，在高中低端的幾乎各個產品領域，都存在產能嚴重過剩的現象，兩個因素疊加作用，使得行業內所有企業都面臨著如何可持續發展的問題。

    為什么會出現這種狀況？鋰電世界-中國電池雜志戰略合作機構——真鋰研究認為，根源在于鋰離子電池的技術進步速度跟不上下游應用市場的發展需求。這種矛盾主要體現在兩方面：一是能量密度的提高跟不上市場需求步伐，二是成本的下降幅度跟不上市場的要求。其中，前者是主要矛盾，在多數下游應用領域表現明顯，如智能手機、電動汽車等更受大家關注的應用市場；后者是次要矛盾，在部分下游應用領域表現明顯，主要是電動自行車市場。

智能手機和電動汽車市場要重點解決電池能量密度問題

    智能手機和電動汽車市場要著重解決消費者對電池續航能力不足的擔憂，但具體來看側重點又有所不同。在智能手機電池方面，模組技術不是重要問題，關鍵是要提高電芯的能量密度。目前這一代鋰離子電池的理論能量密度為250Wh/kg，從蘋果（Apple）iPhone5使用的聚合物鋰離子電池（由索尼（Sony）、東莞新能源（ATL）、天津力神（Lishen）等供應，可存儲電量5.45Wh，重22.68g，計算能量密度達到240Wh/kg）來看，已基本接近理論極限。

    這樣，業界亟需開發可使能量密度大幅度提高的下一代鋰離子電池技術。

    而在電動汽車電池方面，模組技術和能量密度的提高均很重要，考慮到在保證安全系數不降低的前提下提高能量密度并非短時間內就可以辦到的事，因此現階段相對要更重視模組技術的提高。大幅度提高電池模組的循環壽命，實際上也是降低消費者使用成本的一個重要手段。影響模組壽命的主要因素有二：一是電芯的一致性，二是模組技術。長期以來中國業界討論的最多的是半人工半機械化的生產方式導致電芯的一致性不夠而影響到了模組壽命。

    這當然是事實，不可否認。但同時必須承認的是，一些代表性的中國企業這幾年在生產設備的自動化程度方面做了大量的工作，包括半人工半機械化生產方式的開山鼻祖比亞迪（BYD）以及中國最大的鋰離子電池企業天津力神等在內，現在其動力鋰離子電池生產的自動化程度都已經很高了，但實際上模組壽命提高的速度并不明顯。對于EV電池組的循環壽命，中國企業都諱莫如深，不肯公開相關數據，不用說肯定是做得不夠好。先進的生產設備要充分實現它的功能，需要熟練的技術工人。目前中國優秀的技工非常短缺，這在一定程度上影響了企業生產，使得電池一致性的提高幅度不是太明顯，做不到像松下（Panasonic）那樣的領先企業的程度。有中國檢測機構曾對松下應用于筆記本電腦上的18650電池拆卸下來進行過檢測，取兩組電池同時做0.2C充放電，然后對放電數據作曲線，發現兩條曲線完全重疊在一起，一致性高得令人難以置信，比三星SDI（Samsung SDI）、LG化學等韓國巨頭的表現都要好。中國企業難以望其項背。

    生產設備的自動化很重要，操作設備的技工也很重要，但模組壽命的提高根本上還在于模組技術，這在全球范圍內亦是如此。LG化學（LG Chem.）的生產自動化程度很高，電芯的一致性非常不錯，但應用在通用（GM）Volt PHEV上的電池組只能限定使用30%～80%，否則就達不到電池組8年/16萬km的質保要求（循環壽命需在2,500次左右）。豐田（Toyota）插電版普銳斯（Prius）5.2kWh的電池組可使用3.7kWh，使用率超過70%，較LG化學高出不少，電池模組技術來自松下。全球最領先的鋰離子電池企業如松下、LG化學等，都還需要進一步提高其模組技術，更不用說其他鋰離子電池企業了。

    高超的模組技術可以提高電池組的使用率，直接降低消費者的使用成本。如果通用VoltPHEV電池組的使用率可以達到70%，那么在純電動模式續航里程不變的情況下，只需裝配11.5kWh的電池組就夠了（而不是現在的16kWh），這樣，Volt的售價就可進一步降低，對進一步提高其銷量肯定會有幫助。不過，要從根本上解決消費者的“里程焦慮”，只能從提高電池能量密度方面下工夫。

    目前階段，在新型材料和電池技術尚不成熟的情況下，走小電池路線可能是提高EV電池組能量密度的一個有效辦法。上面已經提到，小電池的能量密度已經接近這一代鋰離子電池250Wh/kg的理論極限，而且，已經有了一家企業在EV用方面做得比較成功，這家企業就是最近風頭很勁的美國新進電動車企特斯拉（Tesla），松下為其EV產品提供的鋰離子電池是用在筆記本電腦上的18650型電池。

    用在特斯拉Model S EV上的、松下采用鎳鈷鋁酸鋰（NCA）為正極材料的18650鋰離子電池的能量密度高達247Wh/kg，比日產（Nissan）Leaf EV用鋰離子電池單元157Wh/kg的能量密度高出不少，這直接導致特斯拉Model S電池組能量密度接近160Wh/kg，幾乎比Leaf電池組86Wh/kg的能量密度翻了一番，結果是Model S的續航里程也比Leaf翻了一番，達到了400km以上（均指理想工況下的續航里程），可在很大程度上緩解消費者的“里程焦慮”。因此，2013年1季度Model S的銷量高達4,900輛，位居美國電動汽車銷量榜榜首，同時也使得特斯拉成為全球第一家賺錢的電動車企。

    在走大電池路線的企業中，為Leaf提供電池組的AESC（日產與NEC的合資企業）是目前階段做得最好的，然而，Leaf銷售成績的后繼乏力現象表明消費者越來越擔心Leaf的續航里程。這個問題已經引起了日產和AESC的高度關注。日產已經在采取相關措施，這在之前的月度報告中已經有所述及：①減輕車體重量80kg，使續航里程增加了約10%，這個工作由日產來做；②計劃將鋰離子電池單元的能量密度由現在的157Wh/kg提高到200Wh/kg以上，這個工作由AESC來做，目前相關技術準備已經就緒，即將進入量產階段。

    很多企業都在致力于提高鋰離子電池能量密度的技術開發工作，一些新進企業更希望以此重塑全球鋰電產業格局。因此我們這一兩年聽到了很多“新”企業的名字，如美國Envia在開發使用富鋰錳基材料的鋰離子電池技術，豐田、出光興產（Idemitsu Kosan）、GS加德士（GS-Caltex，韓國GS集團與美國加德士集團的合資企業）等世界500強企業在積極開發全固態鋰離子電池技術，等等。包括電池和材料在內的傳統鋰電知名企業倒是在這些新技術領域沒有傳出多少令人關注的消息。這很有意思，是目前鋰電產業發展的一道特殊風景。鋰電世界-中國電池雜志戰略合作機構——真鋰研究認為，現有的鋰電產業格局有可能會在未來幾年內有一定程度地改變。