電動汽車行業(yè)發(fā)展可謂風起云涌，而車用動力電池作為其中的重要組成部分，已經引起學術界、投資界和產業(yè)界的高度關注。目前，已經在各種車輛上實現應用的電池種類主要有鉛酸電池、鎳氫電池與鋰離子電池3種，由于鉛酸電池污染大、克容量小，其成本優(yōu)勢不足以抵消其劣勢，故在車輛動力方面至今僅在小型電動自行車等領域得以應用；鎳氫電池現為混合動力汽車領域應用的主要產品，其制造工藝成熟，購置和使用成本較低，故而在短期內仍將是混合動力汽車的首選，但其自放電率高、比能量較小，記憶效應和充電發(fā)熱等方面的問題直接影響到該電池的使用，這些缺點的存在使鎳氫電池可能只是作為過渡產品存在；鋰離子電池是90 年代發(fā)展起來的高容量可充電電池，能夠比鎳氫電池存儲更多的能量，比能量大、循環(huán)壽命長、自放電率小、無記憶效應，能夠滿足對體積、壽命、功率等要求較高的乘用車方面的需求，已成為今后純電動汽車應用的理想產品。
鋰離子電池的正極材料種類較多，主要品種有鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳錳鈷三元材料及磷酸鐵鋰等，其中鈷酸鋰是現有正極材料中工業(yè)化程度最高、技術最成熟、產量最大的品種，主要用于手機、數碼產品等小型電池領域，但由于原材料鈷和鎳金屬的價格高昂，污染較重，且電池在大型化后，會有過熱著火或爆炸的危險。故相對而言，正極材料為錳酸鋰、三元材料和磷酸鐵鋰的鋰離子電池安全性能更好，成本更為低廉，所以目前產業(yè)的投入主要集中于這幾種材料之上。其中，磷酸鐵鋰由于具有另外兩種材料所不具備的循環(huán)壽命和材料成本方面的潛在優(yōu)勢，而被業(yè)界普遍看好，代表著動力電池正極材料的未來發(fā)展方向，三種正極材料性能比較見表1。
表1 . 三種正極材料性能比較
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鈷酸鋰 |
磷酸鐵鋰 |
三元材料 |
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振實密度/g·cm-3 比表面積/m2·g-1 初始克容量/mAh·g-1 電壓平臺/v 循環(huán)壽命 原料成本 制造工藝 安全性能 適用領域 |
2.8～3.0 0.4～0.6 135～140 3.6 500次 高 成熟 含鈷 有隱患 小型電池 |
0.7～1.4 12～20 150 3.2 2000次 低 不成熟、工藝難度高 好 好 動力電池 |
約2.1 約0.5 140～160 3.8～4.2 800次 一般 較成熟 一般 好 動力電池 |
國際上主要的磷酸鐵鋰電池材料生產廠商有加拿大Phostech、美國Valence、美國A123、臺灣地區(qū)的臺塑長園能源科技、立凱（Aleees）等，其中，前3家企業(yè)掌握著較為成熟的量產技術。2008年全球磷酸鐵鋰出貨量為1500噸左右，其中美國A123公司供應750噸，幾乎占了一半的份額，國內廠商供應量只有幾百噸，2009年全球磷酸鐵鋰出貨量約為1600噸，2010年全球磷酸鐵鋰出貨量為1370噸左右。
另統計，目前國內磷酸鐵鋰正極材料廠商超過60家，實現批量生產的企業(yè)接近20家，呈現“諸侯混戰(zhàn)”的局面。從公開資料統計來看，全國磷酸鐵鋰總產能約6400噸/年，但實際產量遠低于產能（不足產能的1/10），國內主要磷酸鐵鋰生產企業(yè)及設計產能見表2。
表2. 國內主要磷酸鐵鋰生產企業(yè)及設計產能， 噸/年
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企業(yè)名稱 |
設計產能 |
實際情況 |
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深圳貝特瑞新能源材料股份有限公司 天津斯特蘭能源科技有限公司 北大先行科技產業(yè)有限公司 合肥國軒高科動力能源有限公司 湖南浩潤科技有限公司 恒正科技(蘇州)有限公司 臨沂杰能新能源材料有限公司 深圳天驕科技開發(fā)有限公司 湖南瑞翔新材料股份有限公司 新鄉(xiāng)華鑫能源材料股份有限公司 北京鋰先鋒科技發(fā)展有限公司 煙臺卓能電池材料有限公司 新鄉(xiāng)市創(chuàng)佳電源材料有限公司 西安鐵虎能源新材料有限公司 |
800 500 500 500 500 500 400 350 300 240 200 200 200 200 |
實際批量生產，供貨量10噸/月 14條生產線，產量14噸/月 實際產量約10噸/月 實際產量遠低于產能
實際投產產能10噸/月左右
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總體來說，我國磷酸鐵鋰的產業(yè)化發(fā)展與國際基本同步，目前國內部分產品的成本比國外同類產品要低，在性能、單位產能方面的差距并非遙不可及，但也該冷靜的看到，國內目前尚未誕生真正的領軍企業(yè)，行業(yè)缺乏原始創(chuàng)新技術，低端跟風模仿風氣較盛，整體來看，磷酸鐵鋰材料行業(yè)處于產業(yè)化臨界點之下?！ ∥磥黼S著磷酸鐵鋰生產技術的不斷完善，其市場前景依然為產業(yè)界所看好，除電動汽車、自行車、代步車和電動工具市場外，磷酸鐵鋰電池在風電、太陽能發(fā)電儲能裝置，礦燈電源和植入性醫(yī)療器械領域也有著廣泛的應用前景。通過靜態(tài)測算可以得出結論，磷酸鐵鋰電池在未來5～7年內，若根據10%～20%的產品滲透率計算，國內僅僅在電動汽車、電動工具、電動自行車和電動代步車這4個領域就擁有大約150億元的市場規(guī)模，其中磷酸鐵鋰材料本身占到電池成本的30%左右，對應約45億元的市場規(guī)模，年需求量可望達到3萬噸。
存在問題：
1.專利專利侵權問題。一場專利“纏訟”牽動著業(yè)內人士的敏感神經——橄欖石結構磷酸鐵鋰（LiFePO4）誕生于美國得州大學，得州大學于1997年對磷酸鐵鋰的晶體結構與化學分子式申請了專利，后將專利授予加拿大自來水公司Hydro-Quebec（H-Q）及其下屬公司Phostech使用。2005年全球最大電動工具廠商Black &Decker(B&D)推出一款使用磷酸鐵鋰電池的無電線電動工具，在歐美熱賣。2006年9月，得州大學及加拿大Phostech對B&D及電池制造商A123公司提起訴訟，控告其未獲授權制造與銷售侵權商品。A123認為自己的正極材料有不同的晶體結構和化學分子式，不存在專利侵權問題，目前案件仍在審理，但性質已從大學和企業(yè)的專利糾紛轉變?yōu)榭鐕鴮＠V訟。由于通用汽車的Volt電動車將采用A123提供的磷酸鐵鋰電池，若A123被判侵權，則意味著通用也構成侵權，因此從更大的范圍來講，判決結果將影響美國乃至全球電動車市場的發(fā)展格局。此后，又發(fā)生了多起相關專利訴訟事件，結果無一例外的是加拿大Phostech方面獲得最終勝利。
目前，在磷酸鐵鋰電池和材料領域，有兩大核心技術專利，其中一個是包敷碳技術，另一個是碳熱還原技術，前者由加拿大Phostech公司擁有獨家使用權，并且已經在我國申請專利，后者的專利權由美國A123公司所有，目前尚未在我國申請專利，但是美國A123公司現已在蘇州成立了2家公司，分別負責磷酸鐵鋰材料的生產和電池制造，隨著A123等公司搶占市場步伐的加快，專利問題已經很現實地擺在了國內廠家面前。
事實上，專利權之爭短期內對我國國內銷售并無影響，但從長期來看，其將成為行業(yè)發(fā)展的巨大隱患。目前國內大部分生產廠商只掌握磷酸鐵鋰技術和加工工藝，沒有國際專利，無論得州大學與A123專利官司的哪一方獲勝，國內磷酸鐵鋰企業(yè)今后或許都將會面對高昂的專利許可費用。
2.一致性難題須破解。國產磷酸鐵鋰正極材料存在不同程度的質量問題，其主要表現在質量一致性難以保證等方面。此前，國內部分大型鋰離子電池制造商從磷酸鐵鋰材料平均粒徑、電極加工性、電極壓實密度、實際比容量、循環(huán)壽命、倍率放電、溫度特性、安全性等方面對國內幾個磷酸鐵鋰材料供應商和Valence等國外供應商所提供的材料進行了非常系統的試驗評價，試驗數據客觀地表明：國內磷酸鐵鋰產品與Valence等國外供應商產品相比仍有不少差距，且同一供應商提供的產品質量批次一致性差異較大、重復性很差。
究其原因，首當其沖的是技術未吃透，磷酸鐵鋰對合成工藝條件的敏感性遠遠大于目前產業(yè)化的其他正極材料，即合成的工藝條件要做到嚴格一致才能確保批次的穩(wěn)定性。國內企業(yè)在未吃透技術的條件下盲目生產，其產品自然存在“先天不足”現象；其次，科研成果轉化存在銜接問題，從科研成果向中試過渡和從中試向批生產過渡過程期間，缺乏工藝技術系統工程設計的理念；此外，國內的材料廠商的生產過程管理精細度較低，缺乏包括工序、作業(yè)、采購、檢驗等環(huán)節(jié)在內的規(guī)范化、標準化技術和管理體系，也是造成產品一致性低的重要原因?！ ?/span>
3. 投資刺激洗牌競爭。從現有情況來看，我國車用動力電池基本都處于研發(fā)、試驗階段，尚未實現大批量生產，短期內動力電池企業(yè)不太可能實現盈利，故而上游材料企業(yè)多按需生產，其規(guī)模也遠未達到規(guī)模化生產的程度。然而，行業(yè)概念的炒作已經引燃了投資的熱情，我國車用鋰電池現實的有效產能不足成為了最佳“突破口”，此外，在地方經濟利益的驅使下，政府大開綠燈，民間投資也似乎都是各取所需，大有“圈地”之嫌，動輒數億的投資項目遍地開花，行業(yè)已經顯示出產能過剩的端倪。有資料顯示，截至2010年，我國動力鋰電池產能20億Ah，主要分布在珠三角、長三角、東三省和京津唐等汽車產業(yè)聚集區(qū)，在2015年前，動力鋰電池及其上游材料產業(yè)投資仍將大步向前。預計在一系列投資刺激下，2015年我國動力鋰電池產能將達到39億Ah，而我國當年EV/PHEV乘用車和電動商用車產量預計為12萬輛左右，需消耗鋰電池約9億Ah，這僅占動力鋰電池產能的23％。多方投資的磷酸鐵鋰產業(yè)如其他新興產業(yè)一樣，在發(fā)展到一定階段之后，洗牌在所難免，唯有注重技術積累、理性投資、精細化管理和市場運作的企業(yè)方能大浪淘沙始見金。
