??? 電動(dòng)汽車(chē)如今已經(jīng)不再是陌生、新鮮的概念。但與宣傳報(bào)道上的熱鬧成對(duì)比的是，現(xiàn)實(shí)道路上的真車(chē)卻依舊寥寥無(wú)幾。造成這種冷熱相映的主要原因便在于過(guò)高的成本，尤其是電動(dòng)汽車(chē)的核心鋰電池。而鋰電池之所以昂貴又與其涉及的化工材料密切相關(guān)。
從這個(gè)意義上而言，中國(guó)鋰電池要想真正實(shí)現(xiàn)獨(dú)立、全面的發(fā)展，還須邁過(guò)“四重門(mén)”。
正極材料缺乏原始創(chuàng)新
鋰電池的正極材料主要有鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳錳鈷三元材料及磷酸鐵鋰等。其中，磷酸鐵鋰由于具有另外幾種材料所不具備的循環(huán)壽命、安全和材料成本方面的潛在優(yōu)勢(shì)，而被業(yè)界看作理想的正極材料。目前存在的問(wèn)題，一是主要原料電子級(jí)碳酸鋰(碳酸鋰含量在99.5%以上)大部分來(lái)自進(jìn)口，二是磷酸鐵鋰生產(chǎn)技術(shù)也來(lái)自國(guó)外。
據(jù)了解，電子極碳酸鋰可由鋰礦石或鹽湖中提取出碳酸鋰再提純而來(lái)。我國(guó)鋰資源居世界第二，但由于技術(shù)問(wèn)題，國(guó)內(nèi)礦石提取碳酸鋰再提純?yōu)殡娮訕O碳酸鋰的產(chǎn)量很低。鹽湖提取電子級(jí)碳酸鋰目前還沒(méi)有產(chǎn)品問(wèn)世。所以只能從國(guó)外大量進(jìn)口電子級(jí)碳酸鋰。因?yàn)檫M(jìn)口量大，導(dǎo)致國(guó)內(nèi)企業(yè)基本沒(méi)有定價(jià)權(quán)，完全由國(guó)外廠商說(shuō)了算。
在技術(shù)上，我國(guó)磷酸鐵鋰發(fā)展本來(lái)與國(guó)際基本同步，但國(guó)內(nèi)尚未誕生真正的領(lǐng)軍企業(yè)，行業(yè)缺乏原始創(chuàng)新技術(shù)。目前，國(guó)際上在磷酸鐵鋰電池行業(yè)處于領(lǐng)先地位的企業(yè)主要有3家，分別是美國(guó)的高博公司和威能公司以及加拿大的佛斯泰克公司。磷酸鐵鋰技術(shù)在國(guó)外被看作戰(zhàn)略性技術(shù)，美國(guó)、加拿大等政府為此不惜以國(guó)家的力量參與技術(shù)壁壘的建立。
在磷酸鐵鋰材料領(lǐng)域，有兩大核心技術(shù)專(zhuān)利，其中一個(gè)是包敷碳技術(shù)，另一個(gè)是碳熱還原技術(shù)。前者由加拿大佛斯泰克公司擁有獨(dú)家使用權(quán)，并且已經(jīng)在我國(guó)申請(qǐng)專(zhuān)利。后者的專(zhuān)利權(quán)由美國(guó)高博公司所有，目前尚未在我國(guó)申請(qǐng)專(zhuān)利，但是該公司現(xiàn)已在蘇州成立了2家公司，分別負(fù)責(zé)磷酸鐵鋰材料的生產(chǎn)和電池制造。磷酸鐵鋰電池方面的核心專(zhuān)利被幾家外國(guó)公司掌握，外國(guó)公司專(zhuān)利轉(zhuǎn)讓至中國(guó)企業(yè)將會(huì)面臨高昂的專(zhuān)利許可費(fèi)，對(duì)該產(chǎn)業(yè)構(gòu)成巨大的潛在威脅。
電解液核心成分受制于人
電解液在鋰電池正、負(fù)極之間起到傳導(dǎo)電子的作用，是鋰離子電池獲得高電壓、高比能等優(yōu)點(diǎn)的保證。電解液一般由高純度的有機(jī)溶劑、電解質(zhì)鋰鹽、必要的添加劑等原料，在一定條件下、按一定比例配制而成的。
鋰電池主要使用的電解質(zhì)有高氯酸鋰、六氟磷酸鋰等。但用高氯酸鋰制成的電池低溫效果不好，有爆炸的危險(xiǎn)，日本和美國(guó)已禁止使用。而用含氟鋰鹽制成的電池性能好，無(wú)爆炸危險(xiǎn)，適用性強(qiáng)，特別是用六氟磷酸鋰制成的電池，除上述優(yōu)點(diǎn)外，將來(lái)廢棄電池的處理工作相對(duì)簡(jiǎn)單，對(duì)生態(tài)環(huán)境友好，因此該類(lèi)電解質(zhì)的市場(chǎng)前景十分廣泛。
目前電解液配套基本已實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，但軟肋是占電解液成本約一半的電解質(zhì)六氟磷酸鋰，國(guó)內(nèi)基本沒(méi)有企業(yè)能夠生產(chǎn)。國(guó)內(nèi)電解液生產(chǎn)廠家所用的六氟磷酸鋰主要從日本和德國(guó)進(jìn)口。
出現(xiàn)這一狀況的主要原因是六氟磷酸鋰的技術(shù)門(mén)檻相當(dāng)高。六氟磷酸鋰要求純度高、水分低，但由于產(chǎn)品本身極易吸潮分解，因此生產(chǎn)難度極大，對(duì)原料及設(shè)備要求苛刻，屬于典型的高科技、高危生產(chǎn)環(huán)境、高難生產(chǎn)的“三高”技術(shù)產(chǎn)品。六氟磷酸鋰的三大主要原料是五氯化磷、無(wú)水氫氟酸和氟化鋰，其中又以后兩者的生產(chǎn)難度最大，需要國(guó)內(nèi)企業(yè)在生產(chǎn)工藝上取得突破。
隔膜有待沖擊高端
隔膜在鋰電池中起著防止正、負(fù)極短路的作用，并在鋰電池充放電過(guò)程中提供鋰離子運(yùn)輸通道。簡(jiǎn)而言之，隔膜就是一層多孔的塑料薄膜。但它直接影響了電池的容量、循環(huán)性能以及安全性能。在鋰電池的部件中它是技術(shù)含量最高的，占鋰電池成本的20%—30%。而目前我國(guó)80%的鋰電池隔膜依靠進(jìn)口。
隔膜技術(shù)含量高的原因在于它的造孔工藝難度大。目前國(guó)際和國(guó)內(nèi)市場(chǎng)基本被幾家實(shí)力強(qiáng)大的國(guó)外廠商掌控。國(guó)內(nèi)許多企業(yè)都在嘗試突破國(guó)外技術(shù)壁壘，開(kāi)發(fā)鋰電池隔膜，但難度較大，主要體現(xiàn)在以下3個(gè)方面：一是傳統(tǒng)制備隔膜工藝的相關(guān)專(zhuān)利基本被美國(guó)和日本的少數(shù)企業(yè)所壟斷，我國(guó)在生產(chǎn)技術(shù)方面缺乏自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)；二是國(guó)內(nèi)企業(yè)在生產(chǎn)隔膜的關(guān)鍵技術(shù)方面特別是產(chǎn)業(yè)化技術(shù)方面較為欠缺，很多企業(yè)在小試時(shí)往往能夠拿出較好的樣品，但大規(guī)模生產(chǎn)時(shí)產(chǎn)品的一致性較差；三是我國(guó)在新工藝、新方法的研究方面與國(guó)際同步，但新的工藝往往對(duì)設(shè)備和工藝過(guò)程控制要求較高，我國(guó)的精密加工設(shè)備基礎(chǔ)比較薄弱，限制了產(chǎn)業(yè)化。
盡管難度大，但是國(guó)產(chǎn)隔膜已經(jīng)開(kāi)始起步。現(xiàn)在國(guó)內(nèi)一些企業(yè)在國(guó)產(chǎn)化方面已取得了一些技術(shù)突破，但目前大多是供應(yīng)中、低端市場(chǎng)，還需要膜技術(shù)的進(jìn)一步成熟。
負(fù)極需要另辟蹊徑
負(fù)極材料技術(shù)含量比較低，一般用石墨做負(fù)極，是國(guó)內(nèi)鋰離子電池四大關(guān)鍵組件中唯一實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的材料。
在技術(shù)含量低的領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)企業(yè)做得頗有成就。但是，石墨負(fù)極材料雖成功商品化，可由于碳作為負(fù)極總是存在一些難以克服的弱點(diǎn)，未來(lái)肯定要被非碳材料取代。因?yàn)槭陔娊庖褐袝?huì)形成鈍化膜，該膜雖可傳遞鋰離子，但會(huì)引起能量的損耗。而且當(dāng)電池過(guò)充電時(shí)，石墨負(fù)極表面會(huì)析出金屬鋰從而引起電池短路。隨著溫度的升高，嵌鋰狀態(tài)下的石墨負(fù)極將首先與電解液發(fā)生放熱反應(yīng)，有可能會(huì)生成易燃?xì)怏w，發(fā)生燃燒。所以石墨不是最理想的負(fù)極材料，尋找性能更為良好的非碳負(fù)極材料是鋰離子電池研究的重要課題。
盡管當(dāng)前人們廣泛研究了各種非碳負(fù)極材料，特別是近年來(lái)納米結(jié)構(gòu)的非碳負(fù)極材料如錫的復(fù)合氧化物、鈦氧化合物及鈦酸鹽類(lèi)化合物等，受到許多鋰電工作者的關(guān)注，但是這些材料還有許多問(wèn)題沒(méi)有解決，仍然無(wú)法大量應(yīng)用，還需要生產(chǎn)路線(xiàn)和工藝的不斷改進(jìn)。
從這個(gè)意義上而言，中國(guó)鋰電池要想真正實(shí)現(xiàn)獨(dú)立、全面的發(fā)展，還須邁過(guò)“四重門(mén)”。
正極材料缺乏原始創(chuàng)新
鋰電池的正極材料主要有鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳錳鈷三元材料及磷酸鐵鋰等。其中，磷酸鐵鋰由于具有另外幾種材料所不具備的循環(huán)壽命、安全和材料成本方面的潛在優(yōu)勢(shì)，而被業(yè)界看作理想的正極材料。目前存在的問(wèn)題，一是主要原料電子級(jí)碳酸鋰(碳酸鋰含量在99.5%以上)大部分來(lái)自進(jìn)口，二是磷酸鐵鋰生產(chǎn)技術(shù)也來(lái)自國(guó)外。
據(jù)了解，電子極碳酸鋰可由鋰礦石或鹽湖中提取出碳酸鋰再提純而來(lái)。我國(guó)鋰資源居世界第二，但由于技術(shù)問(wèn)題，國(guó)內(nèi)礦石提取碳酸鋰再提純?yōu)殡娮訕O碳酸鋰的產(chǎn)量很低。鹽湖提取電子級(jí)碳酸鋰目前還沒(méi)有產(chǎn)品問(wèn)世。所以只能從國(guó)外大量進(jìn)口電子級(jí)碳酸鋰。因?yàn)檫M(jìn)口量大，導(dǎo)致國(guó)內(nèi)企業(yè)基本沒(méi)有定價(jià)權(quán)，完全由國(guó)外廠商說(shuō)了算。
在技術(shù)上，我國(guó)磷酸鐵鋰發(fā)展本來(lái)與國(guó)際基本同步，但國(guó)內(nèi)尚未誕生真正的領(lǐng)軍企業(yè)，行業(yè)缺乏原始創(chuàng)新技術(shù)。目前，國(guó)際上在磷酸鐵鋰電池行業(yè)處于領(lǐng)先地位的企業(yè)主要有3家，分別是美國(guó)的高博公司和威能公司以及加拿大的佛斯泰克公司。磷酸鐵鋰技術(shù)在國(guó)外被看作戰(zhàn)略性技術(shù)，美國(guó)、加拿大等政府為此不惜以國(guó)家的力量參與技術(shù)壁壘的建立。
在磷酸鐵鋰材料領(lǐng)域，有兩大核心技術(shù)專(zhuān)利，其中一個(gè)是包敷碳技術(shù)，另一個(gè)是碳熱還原技術(shù)。前者由加拿大佛斯泰克公司擁有獨(dú)家使用權(quán)，并且已經(jīng)在我國(guó)申請(qǐng)專(zhuān)利。后者的專(zhuān)利權(quán)由美國(guó)高博公司所有，目前尚未在我國(guó)申請(qǐng)專(zhuān)利，但是該公司現(xiàn)已在蘇州成立了2家公司，分別負(fù)責(zé)磷酸鐵鋰材料的生產(chǎn)和電池制造。磷酸鐵鋰電池方面的核心專(zhuān)利被幾家外國(guó)公司掌握，外國(guó)公司專(zhuān)利轉(zhuǎn)讓至中國(guó)企業(yè)將會(huì)面臨高昂的專(zhuān)利許可費(fèi)，對(duì)該產(chǎn)業(yè)構(gòu)成巨大的潛在威脅。
電解液核心成分受制于人
電解液在鋰電池正、負(fù)極之間起到傳導(dǎo)電子的作用，是鋰離子電池獲得高電壓、高比能等優(yōu)點(diǎn)的保證。電解液一般由高純度的有機(jī)溶劑、電解質(zhì)鋰鹽、必要的添加劑等原料，在一定條件下、按一定比例配制而成的。
鋰電池主要使用的電解質(zhì)有高氯酸鋰、六氟磷酸鋰等。但用高氯酸鋰制成的電池低溫效果不好，有爆炸的危險(xiǎn)，日本和美國(guó)已禁止使用。而用含氟鋰鹽制成的電池性能好，無(wú)爆炸危險(xiǎn)，適用性強(qiáng)，特別是用六氟磷酸鋰制成的電池，除上述優(yōu)點(diǎn)外，將來(lái)廢棄電池的處理工作相對(duì)簡(jiǎn)單，對(duì)生態(tài)環(huán)境友好，因此該類(lèi)電解質(zhì)的市場(chǎng)前景十分廣泛。
目前電解液配套基本已實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，但軟肋是占電解液成本約一半的電解質(zhì)六氟磷酸鋰，國(guó)內(nèi)基本沒(méi)有企業(yè)能夠生產(chǎn)。國(guó)內(nèi)電解液生產(chǎn)廠家所用的六氟磷酸鋰主要從日本和德國(guó)進(jìn)口。
出現(xiàn)這一狀況的主要原因是六氟磷酸鋰的技術(shù)門(mén)檻相當(dāng)高。六氟磷酸鋰要求純度高、水分低，但由于產(chǎn)品本身極易吸潮分解，因此生產(chǎn)難度極大，對(duì)原料及設(shè)備要求苛刻，屬于典型的高科技、高危生產(chǎn)環(huán)境、高難生產(chǎn)的“三高”技術(shù)產(chǎn)品。六氟磷酸鋰的三大主要原料是五氯化磷、無(wú)水氫氟酸和氟化鋰，其中又以后兩者的生產(chǎn)難度最大，需要國(guó)內(nèi)企業(yè)在生產(chǎn)工藝上取得突破。
隔膜有待沖擊高端
隔膜在鋰電池中起著防止正、負(fù)極短路的作用，并在鋰電池充放電過(guò)程中提供鋰離子運(yùn)輸通道。簡(jiǎn)而言之，隔膜就是一層多孔的塑料薄膜。但它直接影響了電池的容量、循環(huán)性能以及安全性能。在鋰電池的部件中它是技術(shù)含量最高的，占鋰電池成本的20%—30%。而目前我國(guó)80%的鋰電池隔膜依靠進(jìn)口。
隔膜技術(shù)含量高的原因在于它的造孔工藝難度大。目前國(guó)際和國(guó)內(nèi)市場(chǎng)基本被幾家實(shí)力強(qiáng)大的國(guó)外廠商掌控。國(guó)內(nèi)許多企業(yè)都在嘗試突破國(guó)外技術(shù)壁壘，開(kāi)發(fā)鋰電池隔膜，但難度較大，主要體現(xiàn)在以下3個(gè)方面：一是傳統(tǒng)制備隔膜工藝的相關(guān)專(zhuān)利基本被美國(guó)和日本的少數(shù)企業(yè)所壟斷，我國(guó)在生產(chǎn)技術(shù)方面缺乏自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)；二是國(guó)內(nèi)企業(yè)在生產(chǎn)隔膜的關(guān)鍵技術(shù)方面特別是產(chǎn)業(yè)化技術(shù)方面較為欠缺，很多企業(yè)在小試時(shí)往往能夠拿出較好的樣品，但大規(guī)模生產(chǎn)時(shí)產(chǎn)品的一致性較差；三是我國(guó)在新工藝、新方法的研究方面與國(guó)際同步，但新的工藝往往對(duì)設(shè)備和工藝過(guò)程控制要求較高，我國(guó)的精密加工設(shè)備基礎(chǔ)比較薄弱，限制了產(chǎn)業(yè)化。
盡管難度大，但是國(guó)產(chǎn)隔膜已經(jīng)開(kāi)始起步。現(xiàn)在國(guó)內(nèi)一些企業(yè)在國(guó)產(chǎn)化方面已取得了一些技術(shù)突破，但目前大多是供應(yīng)中、低端市場(chǎng)，還需要膜技術(shù)的進(jìn)一步成熟。
負(fù)極需要另辟蹊徑
負(fù)極材料技術(shù)含量比較低，一般用石墨做負(fù)極，是國(guó)內(nèi)鋰離子電池四大關(guān)鍵組件中唯一實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的材料。
在技術(shù)含量低的領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)企業(yè)做得頗有成就。但是，石墨負(fù)極材料雖成功商品化，可由于碳作為負(fù)極總是存在一些難以克服的弱點(diǎn)，未來(lái)肯定要被非碳材料取代。因?yàn)槭陔娊庖褐袝?huì)形成鈍化膜，該膜雖可傳遞鋰離子，但會(huì)引起能量的損耗。而且當(dāng)電池過(guò)充電時(shí)，石墨負(fù)極表面會(huì)析出金屬鋰從而引起電池短路。隨著溫度的升高，嵌鋰狀態(tài)下的石墨負(fù)極將首先與電解液發(fā)生放熱反應(yīng)，有可能會(huì)生成易燃?xì)怏w，發(fā)生燃燒。所以石墨不是最理想的負(fù)極材料，尋找性能更為良好的非碳負(fù)極材料是鋰離子電池研究的重要課題。
盡管當(dāng)前人們廣泛研究了各種非碳負(fù)極材料，特別是近年來(lái)納米結(jié)構(gòu)的非碳負(fù)極材料如錫的復(fù)合氧化物、鈦氧化合物及鈦酸鹽類(lèi)化合物等，受到許多鋰電工作者的關(guān)注，但是這些材料還有許多問(wèn)題沒(méi)有解決，仍然無(wú)法大量應(yīng)用，還需要生產(chǎn)路線(xiàn)和工藝的不斷改進(jìn)。
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