石墨烯或成特斯拉電池理想候選材料

特斯拉CEO馬斯克在接受英國汽車雜志采訪時表示，目前正在研究高性能電池，特斯拉汽車很快將能行駛805公里，相比目前增長近70%。特斯拉對電池技術(shù)的革新，將引發(fā)市場對提升鋰電池能量密度材料的關(guān)注。石墨烯具有高導電性和良好的柔韌性，是柔性儲能器件的理想候選材料之一。

柔性屏、鋰電池、超級電容是石墨烯短期最具吸引力的三個應(yīng)用領(lǐng)域。（1）柔性屏將給消費電子領(lǐng)域帶來革命性變化，手機與平板電腦實現(xiàn)完美統(tǒng)一；（2）石墨烯可用于鋰電池的負極復合材料和導電添加劑，鋰電池比容量可以從370mAh/g提升到540mAh/g，同時大幅提升電池充放電速度；（3）超級電容器的正負極換成石墨烯后（原為石墨），可大幅提高其比電容密度和額定電壓，同時降低電容器的等效電阻。

對于鋰電池而言，電極材料是決定其能量密度的關(guān)鍵因素。目前鋰電池負極材料的主要種類有天然石墨（59%），人造石墨（30%），中間相炭微球（8%）及其他類型（3%），石墨類負極材料仍然占據(jù)主流地位。由于現(xiàn)有技術(shù)限制，當前主流負極材料（如人造石墨、中間相碳微球等）并不能大幅提高鋰電池能量密度，負極材料市場急需高效的新型材料。

公開資料顯示，近年來石墨烯等新型負極材料的研發(fā)與應(yīng)用，開始受到業(yè)內(nèi)的關(guān)注。石墨烯是一種新型材料，是已知材料中最薄的一種。由于它的電阻率低，電子遷移的速度極快，表面積大和電性能良好，被科學家認為是鋰離子電池的理想電極材料。

研究證明，將石墨烯應(yīng)用于鋰離子電池負極材料中，可以大幅度提高負極材料的電容量和大倍率充放電性能。石墨烯可阻止復合材料中納米粒子的團聚，緩解充放電過程中的體積效應(yīng)，延長材料的循環(huán)壽命。粒子在石墨烯表面的附著，可減少材料形成SEI膜過程中與電解質(zhì)反應(yīng)的能量損失。

近年來，國內(nèi)高校和研究機構(gòu)進行了石墨烯材料的研究工作，企業(yè)也開始推進石墨烯負極材料的產(chǎn)業(yè)化進程。2011年11月，常州第六元素材料科技股份有限公司成立，將生產(chǎn)用于鋰電池負極材料的石墨烯。2012年4月，大連麗昌新材料有限公司建成了全自動石墨烯負極材料生產(chǎn)線，年產(chǎn)能達300噸。機構(gòu)預(yù)計，隨著石墨烯技術(shù)的突飛猛進，石墨烯的特性將提升鋰電池的能量密度，進而解決電動汽車的續(xù)航里程問題。

動力鋰電池材料路線之爭中日韓三元材料大戰(zhàn)

在嘗試了市面上超過300種電池后，特斯拉才認定三元鋰電池。

特斯拉電池技術(shù)總監(jiān)KurtKelty給出的理由是：能量密度更大且穩(wěn)定性、一致性更好；可以有效降低電池系統(tǒng)的成本；尺寸小但可控性和安全性都不斷提高。

事實證明，KurtKelty的選擇絕對正確。

在特斯拉從首款車型Roadster向目前最風靡的ModelS“轉(zhuǎn)型”的4年時間里，電池組成本已經(jīng)下降了約44%，并且會繼續(xù)下降。

現(xiàn)在，MODELS續(xù)航里程能夠達到486公里，電池容量達到85kWh（1kwh=1度），采用8142個3.4AH（AH，安時數(shù)，是反映電池容量大小的指標之一）的松下18650型電池。工程師們將這些電池以磚、片形式逐一平均分配，最終組成一整個電池包，放置于車身底板。

就在7日，特斯拉發(fā)布今年第一季度財報，首席執(zhí)行官馬斯克說，特斯拉與松下達成協(xié)議，將建造一座耗資約50億美元的超級鋰離子電池廠。

當特斯拉MODELS在高速公路上飛馳的時候，各方對三元鋰電池的關(guān)注度也以幾何級數(shù)飛增。

三元聚合物鋰電池

是指正極材料使用鋰鎳鈷錳三元正極材料的鋰電池，鋰離子電池的正極材料有很多種，主要有鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳酸鋰、三元材料、磷酸鐵鋰等。目前三元材料的電芯代替了之前廣泛使用的鈷酸鋰電芯，在筆記本電池領(lǐng)域廣泛被使用。

“用蘋果和安卓（智能手機）的都是好孩子，因為每天必須按時回家……充電。”

這個流傳甚廣的段子不僅調(diào)侃了當下人們對電子產(chǎn)品嚴重的依賴性，更有意思的是，它還折射了一種科技界的流行癥——對電池容量小、充電次數(shù)頻繁的焦慮。

焦慮癥蔓延的時候，特斯拉出現(xiàn)了，還帶來一個救星：三元鋰電池。

“旋風”突襲之前，有關(guān)電池以及充電問題的討論被不斷放大，篇幅遠遠超過特斯拉汽車的其他性能。但很快，當特斯拉最知名車型MODELS采用三元鋰電池（即以鎳鈷鋁三元材料為正極材料的鋰電池）的消息傳出，整個電池業(yè)豁然開朗。

大而化小。這款應(yīng)用于電動汽車的技術(shù)，適時緩解了從智能手機到可穿戴設(shè)備，甚至充電寶等小型電子產(chǎn)品的“充電焦慮癥”。鋰電池，也正式迎來三元材料時代。

正極材料鋰電池之心

我們的手機里、手表里、平板電腦里，鋰電池無所不在。

這種在當代被廣泛應(yīng)用的產(chǎn)品，據(jù)考證靈感最早來源于愛迪生。他曾使金屬鋰和二氧化錳發(fā)生作用，產(chǎn)生放電反應(yīng)。

經(jīng)過這么多年的技術(shù)發(fā)展和改進，今天，一顆合格鋰電池的基本組成包括外殼、正極材料、負極材料、隔膜、電解液等。其中，正極材料對于鋰電池的能量密度、安全性、循環(huán)壽命等起著決定性作用，占鋰電池成本的40%，其技術(shù)發(fā)展也變得尤為關(guān)鍵。

目前，主流的正極材料包括鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰以及鎳鈷錳酸鋰三元材料等。就能量密度、成本、安全性、熱穩(wěn)定性和循環(huán)壽命來看，上述主流正極材料的表現(xiàn)各有千秋，這也導致動力鋰電池正極材料技術(shù)路線出現(xiàn)分化。

但無論如何，對鋰電池而言，鈷金屬是必不可少的材料。

不過，金屬鈷一方面價格高昂，一方面存在毒性，無論技術(shù)領(lǐng)先的日韓企業(yè)還是國產(chǎn)電池廠商近年來都致力于電池“少鈷化”。

在這種趨勢下，以鎳鹽、鈷鹽、錳鹽為原料制備而成的鎳鈷錳酸鋰三元材料漸漸受到推崇。從化學性質(zhì)角度出發(fā)，三元材料屬于過度金屬氧化物，電池的能量密度較高。

盡管在三元材料中，鈷的作用仍不可缺少，但質(zhì)量分數(shù)通常控制在20%左右，成本顯著下降。而且同時兼具鈷酸鋰和鎳酸鋰的優(yōu)點。

隨著近年來國內(nèi)外廠商不斷加碼生產(chǎn)，以三元材料為正極材料的鋰電池取代商用鈷酸鋰的趨勢已十分明顯。

大到電動汽車，小到智能手機、可穿戴設(shè)備或者充電寶，這種新型技術(shù)都完全適用。

特斯拉大手筆三元材料迎高峰

在特斯拉之前，各界對三元材料知之甚少。

直到特斯拉宣布在其風靡全球的高端跑車MODELS車型上采用三元材料作為電池正極材料，這一技術(shù)才漸漸被廣泛認可。如今儼然已是未來動力電池的發(fā)展方向。

公開資料顯示，特斯拉MODELS續(xù)航里程能夠達到486公里，電池容量達到85kWh，采用了8142個3.4AH的松下18650型電池。工程師將這些電池以磚、片的形式逐一平均分配最終組成一整個電池包，電池包位于車身底板。

任何事物都有兩面性。盡管鎳鈷鋁能量密度高，但由于鎳鈷鋁的高溫結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，導致高溫安全性差，且pH值過高易使單體脹氣，進而引發(fā)危險。

最終，特斯拉通過有效的電力管理系統(tǒng)解決了三元鋰電池的安全性問題，并使單位成本卻遠低于其他電動車型，大約為416美元/kWh。

特斯拉7日稱，該公司已與日本松下公司簽署共建超級電池廠的意向書，這項工程可望下月動工。

特斯拉今年2月宣布，為適應(yīng)量產(chǎn)電動車的需求，將建造一座耗資約50億美元的超級鋰離子電池廠，預(yù)計將滿足特斯拉年產(chǎn)50萬輛電動車的需求，電池組每千瓦時的成本將降低逾30％。

特斯拉7日發(fā)布今年第一季度財報，首席執(zhí)行官馬斯克表示，特斯拉與松下就共建超級電池廠簽署了意向書，雙方已組建電池生產(chǎn)的研發(fā)團隊。

松下目前是特斯拉的主要電池供貨商。根據(jù)雙方2011年簽署的協(xié)議，松下在4年內(nèi)為特斯拉提供6．4億塊汽車級鋰離子電池。這一供貨量后來又增加到18億塊。

關(guān)于電池廠的最終選址，特斯拉尚未敲定，備選地包括亞利桑那、內(nèi)華達、新墨西哥、得克薩斯以及加利福尼亞等5個州。馬斯克表示，為最大限度減少延期風險，特斯拉將在至少兩個地點建電池廠。

特斯拉在最新財報中說，全球市場對ＭｏｄｅｌＳ全電動汽車的需求增長較快，公司今年將交付3．5萬輛。目前特斯拉的生產(chǎn)能力是每周近700輛，今年年底有望增至每周1000輛。

松下曾在2010年向特斯拉投資3000萬美元，成為其股東之一。并且于2011年達成戰(zhàn)略協(xié)議，將負責特斯拉今后5年全部車輛的電池供應(yīng)。

電池行業(yè)人士告訴記者，鑒于特斯拉和松下在三元材料電池方面的合作，再加上特斯拉建設(shè)超級電池廠這一大手筆。未來，三元材料電池將進入一個全新的發(fā)展高峰。

值得注意的是，除了特斯拉MODELS，有消息稱雪佛蘭Volt沃藍達汽車采用的是LG化學提供的三元正極材料電池。電池保質(zhì)期達到8年，行程可達16萬公里左右。2011年，雪佛蘭Volt沃藍達從位于上海金橋的通用汽車中國總部出發(fā)，途經(jīng)多種路況，完成了約248公里省道的不間斷行駛，也在一定程度上證明了這種電池高效的性能。

“雖然國內(nèi)電動車廠商（比如比亞迪）主流觀點仍是堅持采用磷酸鐵鋰（材料制造商如天津斯特蘭科技）電池，但也有部分電池廠商明顯踏上了追隨日韓企業(yè)的步伐，把重點對準了三元材料。”有研究人士說。

可以預(yù)見，未來隨著電動汽車的普及，三元材料的需求量必將進一步上升。而且，三元材料還將在復合電池材料中占據(jù)一席之地，以更好地平衡成本和性能。

日韓技術(shù)領(lǐng)先國內(nèi)企業(yè)忙追趕

從全球范圍來看，各方對三元材料的研發(fā)生產(chǎn)都在不斷推進。在這個過程中，材料性能大幅提升，應(yīng)用領(lǐng)域也一再拓展。

2009年8月，美國總統(tǒng)奧巴馬宣布用24億美元支持企業(yè)發(fā)展“下一代”電池和電動車計劃，三元材料電池生產(chǎn)企業(yè)被納入補貼范圍。

2012年2月，我國工信部發(fā)布的《新材料產(chǎn)業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》中，提出到2015年將新增正極材料產(chǎn)能4.5萬噸/年，將組織開發(fā)包含高效率、大容量、長壽命、安全性能能的鎳鈷錳三元系電池正極材料。

不過截至目前，高端三元材料生產(chǎn)技術(shù)主要集中在日韓企業(yè)中。一些知名電池廠商從2010年就開始全面使用三元材料。

有資料稱，日本的三元材料電池性能甚至已接近于鈷酸鋰電池。能得到特斯拉的青睞，也證明了日本廠商提供的三元材料具備高品質(zhì)。

從供應(yīng)角度來看，日亞化學、韓國L&F、比利時UMICORE這三家公司是全球鋰電池正極材料主要供應(yīng)商，2012年上述3家企業(yè)市場份額合計為36%。

國內(nèi)三元材料生產(chǎn)從2005年左右起步，截至目前也已出現(xiàn)了10家左右規(guī)模企業(yè)，其中不乏上市公司。

不少企業(yè)長期與日韓電池企業(yè)保持上下游合作關(guān)系，也有企業(yè)獲得美國3M公司授權(quán)代工，總體而言，這些企業(yè)在三元材料技術(shù)制造和應(yīng)用領(lǐng)域方面仍面臨較大的局限，幾乎沒有產(chǎn)品面向動力電池領(lǐng)域，難與日韓企業(yè)正面對抗。

最近一則新聞顯示，中國企業(yè)終于也開始涉足動力電池領(lǐng)域。再生資源龍頭企業(yè)格林美近日公告稱，該公司控股子公司江蘇凱力克鈷業(yè)股份有限公司以現(xiàn)金5298.2萬元收購清美化學株式會社、長瀨產(chǎn)業(yè)株式會社、上海信銘國際貿(mào)易有限公司合計持有的清美通達鋰能59%的股權(quán)。

而清美通達鋰能研發(fā)的重點方向就包括三元正極材料。而公司高管不久前曾透露，鎳鈷錳三元電池材料項目已在進行中，并且看好三元材料在新能源汽車領(lǐng)域的應(yīng)用。

中國鋰電20年：2014求發(fā)展尋破局

經(jīng)過20多年的發(fā)展，中國的鋰離子電池產(chǎn)業(yè)步入了高速發(fā)展期。在國家相繼出臺的刺激政策推動下，2014年我國鋰離子電池產(chǎn)量增速將繼續(xù)加快，全年產(chǎn)量有望突破54億只。

事實上，從上世紀90年代初，我國就開始重視鋰離子電池的研發(fā)，并將其列入863計劃及“九五”重點攻關(guān)項目。2012年，我國鋰離子電池產(chǎn)量約40億只，占全球總產(chǎn)量的三分之二以上，但我國企業(yè)規(guī)模及技術(shù)實力與國際巨頭還有很大差距。

進入2013年以來，全球鋰離子電池市場競爭進一步加劇，行業(yè)巨頭加快布局新興市場，而國內(nèi)鋰離子電池產(chǎn)業(yè)無序發(fā)展的勢頭日益明顯，整個產(chǎn)業(yè)面臨更加嚴峻的發(fā)展局面。

三大掣肘

鋰離子電池的市場需求主要來源于消費電子市場和以電動汽車為代表的新興市場。近年來，消費電子產(chǎn)品增長趨于緩慢，鋰電新興市場發(fā)展遠低于預(yù)期，國際市場競爭環(huán)境進一步惡化。

就我國情況來看，2009年之后，受電動汽車概念熱潮影響，我國鋰離子電池投資驟然高漲。供需矛盾的進一步激化使得鋰離子電池市場陷入無序發(fā)展的窘境，也造成了我國鋰離子電池行業(yè)“小、散、弱”的局面。

小是指我國鋰離子電池企業(yè)規(guī)模較小。我國最大的4家鋰離子電池生產(chǎn)企業(yè)為力神、比亞迪、飛毛腿和比克。2012年力神銷售收入30億元，鋰離子電池產(chǎn)量超過2.5億只。而全球最大的鋰離子電池生產(chǎn)企業(yè)SDI，2012年鋰離子電池業(yè)務(wù)營業(yè)收入超過140億元，電池產(chǎn)量近11億只，均是力神的四倍以上。

散是指我國鋰離子電池企業(yè)分散，沒有形成集團優(yōu)勢，主要表現(xiàn)為數(shù)量眾多并且區(qū)域分布較廣。截至2012年底我國規(guī)模以上鋰離子電池生產(chǎn)企業(yè)超過350家，遠遠超過了日本、韓國等鋰離子電池強國的企業(yè)數(shù)量。從區(qū)域分布上看，基本可以說全國各地都在生產(chǎn)鋰離子電池。多數(shù)企業(yè)呈現(xiàn)出“特種特種”的態(tài)勢，不少企業(yè)仍采取近似“手工作坊”式的生產(chǎn)方式，其產(chǎn)品在數(shù)量、質(zhì)量、自動化水平、客戶認可度等方面均缺乏競爭力。

弱是指我國鋰離子電池企業(yè)實力較弱，尚難以與國際行業(yè)巨頭競爭，在核心材料和關(guān)鍵技術(shù)方面差距仍然較大，關(guān)鍵材料仍然依賴進口，電池成組技術(shù)尚待突破。我國企業(yè)的技術(shù)研發(fā)水平相對偏低，在基礎(chǔ)研究方面投入較少，所獲得專利方面主要以實用新型為主，發(fā)明專利占比低。同時，企業(yè)生產(chǎn)技術(shù)自動化程度不高，產(chǎn)品質(zhì)量控制與國際行業(yè)巨頭有較大差距。我國鋰離子電池領(lǐng)軍企業(yè)的各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)也實現(xiàn)了自動化，但仍有較多環(huán)節(jié)還依賴人工，而SDI、LG、松下等已經(jīng)基本實現(xiàn)全自動化生產(chǎn)。此外，由于知識產(chǎn)權(quán)和認證等方面缺失，我國大部分企業(yè)難以參與國際競爭，這也使得國內(nèi)市場競爭異常激烈。

借力國際品牌穩(wěn)步擴大傳統(tǒng)市場

由于我國鋰離子電池出口方面限制因素較多，同時我國也是世界上最大的鋰離子電池消費國，要打破當前的被動局面必須充分挖掘本土市場潛力，以市場促進產(chǎn)業(yè)發(fā)展，加快推進我國由鋰離子電池大國向鋰離子電池強國的轉(zhuǎn)變。

一直以來，消費電子產(chǎn)品和電動工具是當前我國鋰離子電池產(chǎn)業(yè)的主要應(yīng)用領(lǐng)域，約占我國鋰離子電池市場的80%。經(jīng)過10多年的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，在鋰離子單體電池生產(chǎn)技術(shù)以及產(chǎn)品性能方面，我國企業(yè)的產(chǎn)品與國際先進水平相差不大。要改變目前狀況，一方面可以通過攻克核心技術(shù)，進一步提高鋰離子電池產(chǎn)品性能以及一致性；另一方面，還可以借助關(guān)鍵材料的本土化，進一步降低生產(chǎn)成本，利用日本消費電子企業(yè)處于低潮的階段，借力國際品牌如蘋果、谷歌、亞馬遜、華碩、聯(lián)想等，積極打入其供應(yīng)鏈，穩(wěn)步擴大傳統(tǒng)市場。

比如說，手機以及數(shù)碼相機等市場需要的是單個鋰離子電池。韓國三星SDI和LG化學、日本松下、索尼等品牌都有各自的鋰離子電池生產(chǎn)企業(yè)。而像蘋果、諾基亞、HTC等品牌無自有電池生產(chǎn)企業(yè)，我國鋰離子電池企業(yè)很有可能通過市場競爭進入其供應(yīng)鏈，如欣旺達就為蘋果提供手機電池模組。這也是當前我國鋰離子電池行業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)能夠積極爭取的市場之一。

再比如說，消費類電池組供應(yīng)商有兩種：一種是鋰離子電池生產(chǎn)企業(yè)實力足夠強，能夠生產(chǎn)出滿足要求的電池組，但我國這類企業(yè)較少，這應(yīng)該是我國鋰離子電池領(lǐng)軍企業(yè)的重點發(fā)展方向之一。另一種是電池組生產(chǎn)企業(yè)，其鋰離子單體電池需要向電池生產(chǎn)企業(yè)采購。德賽、欣旺達就屬于這種類型企業(yè)，但其為蘋果提供電池組的單體電池均來自東莞新能源(ATL)。對于我國企業(yè)來說，可以通過兩個途徑來提升自己：一是我國電池模組生產(chǎn)企業(yè)以更好的性價比切入蘋果、谷歌、華碩等國際品牌供應(yīng)鏈；二是我國鋰離子電池生產(chǎn)企業(yè)通過蘋果、谷歌、華碩等國際品牌的認證，成為新普、順達科、欣旺達、德賽等模組企業(yè)的電池供應(yīng)商。

立足本土優(yōu)勢找準新興市場突破口

要打開新興市場，首先要提升我國鋰離子電池組的性能并降低價格。僅靠電池生產(chǎn)企業(yè)來完成這一任務(wù)非常困難，需要上游原材料(如正極材料和電解液等)以及下游應(yīng)用(如電池組和電動汽車)的生產(chǎn)企業(yè)通力合作，解決性能難題，完全實現(xiàn)原材料本地化采購。

而要解決電池問題僅靠研發(fā)難以完成，還需要市場的支持。新興市場如何打開，需要在清晰認識我國行業(yè)形勢基礎(chǔ)上，立足本土優(yōu)勢，找準突破口。

第一個突破口是電動公共交通車輛。對于公共交通車輛來說，其行駛路線比較固定，一次行程基本在100公里以下，對于城際公交來說也不會超過200公里，完全在當前鋰離子電池的續(xù)航里程之內(nèi)。同時公共交通車輛都有專用停車場以及停車位，稍加改造即可充電。推廣電動公共交通車輛還可以節(jié)能減排，優(yōu)化城市空氣環(huán)境。因此，公交車輛是當前我國電動汽車的發(fā)展重點。

第二個突破口是電動自行車。由于快捷、方便等優(yōu)點，電動自行車一問世就受到了廣泛歡迎。我國是全球最大的電動自行車生產(chǎn)國，但目前電動自行車所用電池基本上為鉛酸電池，鋰離子電池占比極低。如果鋰離子電池占比提高至30%，鋰離子電池的需求量將達到4GWh，相當于2012年全球鋰離子動力電池市場總和。

規(guī)范行業(yè)管理保障產(chǎn)業(yè)健康有序發(fā)展

由于鋰離子電池行業(yè)進入門檻不高，加之各地紛紛上馬鋰離子電池項目，造成我國鋰離子電池市場較為混亂，不少低水平企業(yè)充斥其中。因此，加強行業(yè)規(guī)范管理刻不容緩。

一是利用《電動自行車用鋰離子電池規(guī)格尺寸》行業(yè)標準實施契機，建立鋰離子電池行業(yè)準入條件，從技術(shù)水平、企業(yè)規(guī)模等方面建立行業(yè)門檻。

二是對動力電池組產(chǎn)品建立追溯制度。一旦安全事故認定是由于動力電池產(chǎn)品質(zhì)量導致的，追溯鋰離子動力電池以及電池組生產(chǎn)企業(yè)的責任，并加大處罰力度。多次發(fā)生安全事故的鋰離子動力電池以及電池組生產(chǎn)企業(yè)要取消其準入資格。

三是建立健全的鋰離子電池標準體系，包括汽車用鋰離子電池組的標準。

與此同時，要打破當前的被動局面，還需要國家在技術(shù)研發(fā)、行業(yè)管理、資源整合等方面給予政策支持。如國家應(yīng)鼓勵優(yōu)秀企業(yè)通過兼并重組、強強聯(lián)合等方式擴大優(yōu)質(zhì)的生產(chǎn)經(jīng)營規(guī)模，實現(xiàn)集約化發(fā)展。提倡骨干企業(yè)同上下游企業(yè)展開深入合作，在努力降低成本的同時進一步打開應(yīng)用市場，實現(xiàn)多方共贏。此外，應(yīng)引導財政、金融、人才等優(yōu)質(zhì)資源向具有一定規(guī)模、自主創(chuàng)新能力強、具有品牌知名度且信譽良好的骨干企業(yè)傾斜，加快形成產(chǎn)業(yè)核心競爭力。