锂离子电池是新能源汽车产业和储能产业的核心部件,其重要性不言而喻。而锂离子电池的四大关键材料正极、负极、隔膜、电解液,又决定了锂离子电池的质量和技术水平,这四大关键材料国内都已实现了产业化,但均处于大而不强的境地。该文通过分析锂电材料产业发展现状和存在问题,提出了国内锂电产业发展的战略建议。
自1992年索尼公司开发出可以商业化应用的锂离子电池以来,锂离子电池随着技术的不断进步已经在人们的生活中得到了广泛的应用。相对于其他二次电池,锂电池具有能量密度高、循环寿命长、自放电率小、无记忆效应和绿色环保等突出优势。
逐步释放的市场需求
据统计,2011年,全球锂电市场规模达963亿,我国锂电占全球19.24%的市场份额。从全球市场看,锂电池在手机、笔记本电脑和电动工具的应用比例位居前三,分别达38%、32%和7%。笔记本电脑和手机的需求增长是拉动锂离子电池增长的主要动力,特别是近年来,苹果和三星依托智能手机、平板电脑的广泛应用,大幅增加了消费锂离子电池的需求。预计未来随着新能源发电规模日益扩大、电动汽车技术日臻完善,储能和动力锂离子电池的市场需求也将逐步释放。
全球锂电池企业目前主要集中在日本、中国和韩国三国,三国占据全球锂离子电池产量的90%以上。2011年,日本、韩国和中国市场的锂电池出货量分别占全球份额的40%、37%和22%。从综合技术实力来看,日、韩企业仍处于绝对的领先地位,我国的锂电产业虽然在全球市场中分得一杯羹,但是国内的锂电池却长期盘踞在低端应用领域,高端市场虽然有所涉足,但处于大而不强的境地,如笔记本电脑用电池主要被韩国三星、LG和日本索尼、三洋、松下等垄断。
我国锂离子电池企业主要集中在以深圳和东莞为代表的珠三角地区。其中广东占全国总量的60%以上,深圳就有比亚迪、比克、邦凯、华粤宝、德赛等领先的国内制造企业,是我国最大的生产基地。动力电池生产主要集中在京津唐和长三角地区。
锂电材料企业发展现状及存在问题
近年来受锂离子电池及其下游行业发展的带动,锂电正极材料增长较为迅猛,2011年全球锂电正极材料的销售量达到59470吨,增长率为29.42%。锂电企业主要集中在日本、中国和韩国,相应的锂电正极材料的生产也主要集中在以上国家,已经逐渐形成了寡头竞争的局面。日本和韩国的锂电正极材料企业整体技术水平和质量控制能力要优于我国多数锂电正极材料企业,在高端锂电正极材料的竞争中有一定优势。
国内2011年锂电正极材料的销售量达到29450吨,同比增长33%,占据全球49.53%的市场份额,居全球第一。经过近十年的发展,国内锂电正极材料行业目前已经形成了以京津地区、长江中下游地区和华南地区三大锂电正极材料产业基地。目前仍有较多的企业在参与市场竞争,由于锂电正极材料行业技术集成度高、下游客户对产品质量要求严格等原因,一些不具备核心竞争力的企业将会逐步退出,行业内的优势企业将占据越来越多的市场份额。
目前我国正极材料企业存在的问题,一是未掌握核心专利,发展之途坎坷。三元材料、磷酸铁锂等核心技术专利仍被美国企业和加拿大把控。对于国内的磷酸铁锂正极材料企业来说,正极材料的毛利率较低,如果国外的企业再在这个基础上进行阻挠或施压,国内的很多企业将很难生存,特别是数量众多的中小型企业。
二是技术不成熟,产品先天不足。在动力锂离子电池的安全性问题中,正极材料是关键,也是引发锂离子动力电池安全隐患的主要原因。从目前的进展看,仍然没有找到正确的解决方法,还需要深入研究和探索。这种研发完善的过程,也就是资本投入的过程。国内企业在未吃透技术的条件下盲目生产正极材料,其产品自然存在“先天不足”现象。同时,科研成果转化存在衔接问题,从科研成果向中试过渡和从中试向批量生产过渡过程期间,缺乏工艺技术系统工程设计的理念。
三是地方投资过热,洗牌在所难免。从现有情况来看,我国车用动力电池基本都处于研发、试验阶段,尚未实现大批量生产,短期内动力电池企业不太可能实现盈利,故而上游材料企业多按需生产,其规模也远未达到规模化生产的程度。然而,新能源汽车概念的炒作已经引燃了投资的热情,纷纷投资建厂投产动力锂离子电池。此外,在地方经济利益的驱使下,政府大开绿灯,民间资本疯狂涌入,动辄数亿的投资项目遍地开花,行业已经显示出产能过剩的端倪。多方投资的锂电正极材料如其他新兴产业一样,在发展到一定阶段之后,洗牌在所难免,唯有注重技术积累、理性投资、精细化管理和市场运作的企业方能大浪淘沙始见金。
同样,我国拥有丰富的天然石墨矿产资源,在以天然石墨为原料的锂离子电池负极材料产业化方面资源优势明显。据高工锂电产业研究所数据显示,截至2012年年底,我国负极材料生产企业数量超过50家。加之我国负极材料生产企业在成熟的碳材料领域和国外的产品在技术和品质上相差不大,而且价格要比国外的便宜,具有一定的竞争优势。不过在高端前沿的钛酸锂、硅合金方面,中国的企业涉入较少,总体研究水平仍要落后于日韩企业。如此,虽然以天然石墨为原料生产锂离子电池负极材料是我国的先天优势。但同时由于较低的技术门槛,各地依托丰富的石墨资源纷纷建厂投产,加上产品差异化较小,产业低端化、深加工技术滞后、缺乏统一规划和监管等,有可能会导致供需的严重失衡,势必对产品售价及企业发展带来巨大的压力。
对我国锂电池企业发展的几点建议
加大科研投入,增强技术创新能力。发挥政府的引导支持作用,加大对锂电池研发的投入力度,由政府设立锂电池科研专项基金,用于攻克锂电池产业化过程中的关键、共性、重大技术,如大容量电池制造工艺、电池成组技术及智能电池管理系统等。培育锂电池行业的创新型领军企业,鼓励企业提高自主研发投入,引进高层次研发人才,加大产学研合作力度,通过构建产学研合作研发平台,加强与高校、科研院所的科研合作,加速锂电池实验室技术的产业化应用,增强锂电池生产企业的技术革新能力。
实现技术突破,抢占高端市场。根据《产业关键共性技术发展指南》,重点聚焦当前制约锂电池产业发展的技术瓶颈,推动低成本高比容量磷酸铁锂和富锂锰基正极材料产业化关键技术研发,大幅提高锂电池性能,提高锂电池的技术含量。通过研发掌握先进锂电池生产技术,调整锂电池产品结构,增加高端锂电池产品比重,降低低端产品比例,提高我国锂电池的国际竞争力。同时,警惕锂电池产业投资连年扩大可能导致的低端过剩问题,通过改变绩效考核体系、加强制度约束等方式遏制地方政府的投资冲动,发挥市场对锂电池产能的调节作用。
根据市场形势,选择发展模式。建议国内锂电池生产企业在分析短期市场走势和长期行业发展趋势基础上,充分考虑企业规模、发展阶段等因素,理性选择适合自身的发展模式。如部分企业可以专门从事电池单体的规模化生产,部分企业可以从事电池模块的规模化生产,部分企业可以从事电池系统的集成,防止盲目无序投资,实现差异化发展。只要企业根据市场行情、自身优势等各自条件,走专业化、技术化路线,国产锂电池生产企业就有望实现多样化发展。
不断完善相关行业标准体系。不断完善锂电池基础标准和产品标准,明确锂电池产业定位,规范锂电池的生产、监管及市场运作;及时编制锂电池产业发展规划,确定锂电池产业发展方向,指导锂电池产业健康发展。界定工信部、发改委、科技部等职能部门在锂电池产业管理中的职能范围和权限,各司其职,避免多头管理,提高监管效率。发挥行业协会的协调组织作用,加强行业协会职能,定期组织大型生产企业就行业发展中存在的问题进行交流沟通,及时向政府部门反映行业困难,协助政府推动锂电池行业发展,维护行业利益,促进市场公开公平竞争。
加强资源保障能力,提高资源利用效率。重视锂资源的战略地位,在加强锂资源保护的同时,规范锂资源开发顺序,增强锂资源综合开发利用能力,积极推广锂资源节约与综合利用高新技术,提高锂资源综合勘察、综合评价和综合利用水平,保证锂资源对锂电池产业发展的及时供应。加大锂电池回收力度,做好废旧锂电池的处理和循环利用,提高资源回收利用率,走集约发展道路。
加强产业链建设,提升产业整体竞争力。加强锂电池全产业链建设,依托产业链开展专业化分工,突出地区特色,发挥地方优势,明确各地锂电池产业的定位和发展方向,通过财政金融等政策优惠吸引上游锂电池材料生产、下游手机、电脑、电动汽车等应用企业积聚,形成有特色、有竞争力的产业集群,提高锂电池产业的整体竞争力。
链接
锂离子电池按照应用领域,可分为消费电子电池、动力电池和储能电池三大类。消费电子电池主要用于移动电子设备,包括手机、笔记本电脑、平板电脑和其它小型数码产品;储能电池主要用于UPS、储能电站等;动力电池主要用于电动工具、电动自行车和电动汽车。锂离子电池主要由电芯和保护板组成。锂离子电池的电芯主要由四部分组成,分别是正极、负极、隔膜和电解液。
正极材料:正极材料在电池运作中提供锂离子,材料性能对动力锂电池安全性、循环寿命等的影响极大。
负极材料:负极材料占锂电池成本比重较低,主要包括人造石墨、天然石墨、中间相炭微球、无定形碳、合金和钛酸锂等。石墨类碳负极材料以其来源广泛、价格便宜,一直是负极材料的主要类型。
隔膜:隔膜连接并隔开电池正负极材料,是电子的绝缘体,以防止出现短路,但允许锂离子通过,还可以在电池过热时,通过闭孔功能来阻隔电池中的电流传导。
电解液:电解液在电池中正负极之间起到传导电子的作用,是锂离子电池获得高电压、高比能等优点的保证。