合作专利新能源汽车

【专家解说】：新能源汽车及其电池的发展 一、混合动力车 2006年，混合动力车的市场份额占日本全部新能源汽车销量的94.2%。 美国2001-2007年混合动力汽车销售数据来看，其复合增长率达到58.4%，处于高速增长期。奥巴马就任后宣布，到2015年，美国混合动力汽车的保有量将超过100万辆。 万钢:“到2012年，国内有10%新生产的汽车将是节能与新能源汽车。”照此推算，2008年中国汽车产量约为930万辆，即使2012年产量增至1000万辆，新能源汽车也将达到年产100万辆的规模。按每辆混合动力轿车电池成本5万元，正极磷酸铁锂材料50公斤，负极材料40公斤，电解液40公斤计算。100万辆混合动力汽车将带动5万吨正极材料，4万吨负极材料，4万吨电解液的需求。而如果按客车计算，这一数值还将提高3倍--每辆混合动力客车的电池需求是轿车的4倍。目前，中国汽车保有量已达到6289.3万辆，如果未来每年有10%的车辆更换动力电池，又将创造出一个更具想象空间的市场。 科技部“十城千辆”计划最直接的受益者之一莫过于福田汽车的欧V客车，其与北京公交集团签订了800辆混合动力客车整车及底盘的采购协议，这也是迄今国内数量最大的一笔新能源汽车采购订单。 福田集团北京客车分公司副总经理刘国强透露，目前福田混合动力客车已形成了2000台/年的整车加底盘的产能，占欧V客车总产能的四成，2009年产量预计为1200台。“2009年客车计划总销量3950台，混合动力客车将占到近30%。”刘国强表示，现阶段新能源客车的推广一定要有政府支持。“车辆运营企业购买混合动力客车仍有顾虑，如能否通过节能收回额外投资?能否维持运营等?”欧V普通客车约为40万元/辆，而混合动力客车为90万元/辆，纯电动客车则为150万元/辆，政府此次对混合动力客车的补贴为25-30万元/辆。按此标准，车辆运营企业购买混合动力客车至少要比普通客车多付出20万元。 在电机制造环节上，中国南车下属的南车株洲电力机车研究所有限公司的技术最成熟，“发源于动车组的技术，比较可靠，大部分汽车厂商在关键部件选购上都用其产品。”在电池采购上，福田的欧V客车目前采用的是日本日立车辆能源公司的锰锂电池。 二、电池 虽然镍氢电池由于技术成熟度和成本上的优势，在短期内仍将是混合动力汽车的首选动力，但由于其比能量低和记忆效应的缺点，在成本问题解决后，锂电池将成为纯电动汽车和插电式混合动力汽车的主要动力选择。 锂电池成本之所以高于镍氢电池，主要原因就在于其正极材料使用的是以贵金属钴为原料的钴酸锂，锰酸锂和磷酸铁锂由于成本优势更为明显，正逐步成为锂电池的主要发展方向。也即，锂电池之战主要在锰酸锂与磷酸铁锂之间展开。 磷酸铁锂的成本也要低于锰酸锂。但其致命弱点则是“导电性”不好，目前解决这一问题的主流技术有用导电碳包覆颗粒、用金属氧化物包覆颗粒、用纳米制程让颗粒微粒化等。若该问题得到有效解决，磷酸铁锂的巨大优势将促其成为车用电池的首选材料。 目前，国内在锰锂电池生产领域，中信国安下属子公司盟固利研发的动力锰锂电池，已通过国家安全检测，并经过两三年示范运行，成为配套2008年北京奥运会电动汽车的唯一电池。 磷酸铁锂电池方面，除比亚迪外，比克电池也有生产。此外，咸阳偏转控股子公司咸阳威力克技术也相对成熟，但缺乏资金批量生产。 在锰锂电池中，二氧化锰比较活跃，高温状态下氧化为四氧化三锰，过程中有可能存在安全隐患。 但是，锰锂电池对温度环境要求较高，55摄氏度以上就不能工作了，需要用空调系统冷却。值得欣慰的是，在广东行驶的30辆混合动力客车，并没有出问题。 目前国内车用锂电池组装技术并不成熟，关键问题是没有成熟的电源管理系统，如果一节单体电池烧毁，整个电池组都有烧毁的危险。目前看来，解决这一问题是解决中国汽车锂动力电池产业化发展的重中之重。据介绍，福田欧V混合动力客车的锂电池电源管理的关键技术是由美国易登公司提供。 车载动力电池的成本占混合动力汽车总成本的30%-50%，是产业链中利润最丰厚的环节，但目前国内能够真正工业化生产汽车动力电池的厂家几乎没有。 国内呼声最高的比亚迪公司声称，该公司 2015年实现汽车产销量中国第一、2025年全球第一。王传福表示，2020年将是电动车的天下，比亚迪掌握了电动车的核心技术。 如果世界原油价格继续下跌，原油进口成本降到20美元附近，汽油价格估计也要2元/升左右，加上0.8元的税，实际成本要2.8-3元/升，即便未来汽车百公里耗油量达到5升，成本也要15元以上。而目前电动汽车百公里耗电量是16度，按照每度电0.7元计算，成本不过10元。 这并没有考虑电池成本。但由于锂电池技术的进步，电池组循环寿命已超过1000次，每千瓦时电池的成本低于3000元。锂电汽车在10年内用电成本约为1万元。传统燃油车在10年内的加油费用至少8万元。即使10年内更换一次电池，使用成本多花7.2万元，总共8.2万元。两种车的使用成本基本相同。 三、电池材料 1、磷酸铁锂 2000年左右，有机构发现在磷酸铁锂表面包裹一层碳后可以改善导电性。2002年，麻省理工学院的几个教授发现在锂的位置上掺杂高价位元素，可以大幅度提高电导率，基本与钴酸锂和锰酸锂相当。美国的A123公司便是建立在此合成技术专利基础之上。 此外，美国Valence公司提出了三价铁碳热还原合成磷酸铁锂的方式。 中国磷酸铁锂的合成方式也不同，如比亚迪磷酸铁锂电池正极材料的供应商天津斯特兰公司，磷酸铁锂正极材料是由碳酸锂、磷酸二氢氨、草酸亚铁合成。其路径是不掺杂高价位元素，而是将锂减少，留出锂的空位，进一步提高了导电性。 斯特兰曾就专利的使用问题与国外机构多次磋商，其总经理段镇忠介绍，“从目前谈判的情况看，我们磷酸铁锂的合成技术不侵权，从化学上来说，只要磷酸铁锂的分子式一公开，有化学常识的人都可以去合成。所谓侵权是指使用磷酸铁锂作为电池材料。”据介绍，现在国际上专利权的诉讼点是，“将磷酸铁锂材料用在电池生产上”。从2000年开始，围绕这一专利问题，有好几个官司在诉讼。 全球磷酸铁锂电池正极材料的主要生产厂商来自于美国的Valence、A123和天津斯特兰。两家美国公司合计产能在1000吨左右，生产基地都在中国，但都不对国内客户提供电池材料。 2008年，斯特兰将具备2000吨/年的产能，成为全球第一的磷酸铁锂电池正极材料供应商。同时计划在2010年将产能扩张到4000吨/年。 此外，烟台卓能、北京锂先锋、苏州恒正、北大先行、合肥国轩、深圳贝特瑞、新乡华鑫、新乡创佳等公司都在从事磷酸铁锂材料的生产，但产能难与斯特兰相比。 段镇忠介绍，2007年全球磷酸铁锂正极材料的需求只有700吨，2008年增长到1800吨。从新能源汽车发展带动的增量上来看，每辆混合动力轿车需用磷酸铁锂正极材料50-100公斤，纯电动轿车和混合动力客车需用磷酸铁锂材料200公斤左右。一辆电动自行车的磷酸铁锂用量是1公斤，按2008年2000万辆的销量计算，如果铅酸电池全部被磷酸铁锂电池替代，则磷酸铁锂材料需求每年将增加两万吨。段镇忠认为，未来磷酸铁锂最大的需求会来自于太阳能、风力、水力的大型储能设施，“要比电动自行车、电动汽车的用量大多了，而目前还在用铅酸电池。” 2010年国内混合动力汽车产业化的初期，磷酸铁锂的年需求量将超过1.5万吨。而根据A123的预测，到2010年，全球磷酸铁锂的供给缺口将达到10万吨，严重供应短缺。 2、负极材料 与正极材料相比，负极材料占锂电池成本比重较低，而且国内已经实现产业化，行业前三甲企业是深圳贝特瑞、上海杉杉、长沙海容，基本能够满足国内市场的需求。 深圳贝特瑞国内锂电池碳负极材料标准制定者。其碳负极材料产能是6000吨/年，价格为6万元/吨左右，市场占有率高达80%，居全球第二。客户包括松下、日立、三星、TCL、比亚迪等130多家厂商。2008年，贝特瑞收购了天津铁诚公司，使其碳负极材料成本下降30%。 杉杉股份是贝特瑞的一大竞争对手。杉杉股份在1999年开始涉足电池负极材料时采用CMS(中间相炭微球)技术，之后为降低成本转用人工石墨和天然石墨，此后，因为电池循环放电次数不高，又回到了CMS的技术上。目前，杉杉股份的CMS价格每吨在10万元以上，年产能为1200吨。 3、电解液 除杉杉股份外，国内主要生产电解液的企业还有华荣化工、珠海赛纬电子、天津金牛、汕头金光、广州天赐。 华荣化工、珠海赛纬电子定位高端市场，其他企业只能做中低端市场。 电解液主要原材料为六氟磷酸锂，占电解液成本的50%左右，其生产成本为10万元/吨，售价为40万元/吨，毛利率高达75%，国内却没有企业能够生产。目前市场被关东电化学工业、SUTERAKEMIFA、森田化学等几家日本企业垄断。 江苏国泰控股子公司华荣化工是全国最大的锂电池电解液生产商。据华荣化工董事长蒋德生介绍，2008年实际产量3000吨，是第二名的两倍。到2010年产能达到5000吨/年，有可能成为全球最大的生产企业。 锂电池对电解液要求比较高，但目前用量却很少。比如一块手机电池只用3克，比重很小，2000吨电解液可供生产6亿块手机电池。汽车动力电池可就不一样了，一辆车就要40公斤。 4、碳酸锂 磷酸铁锂中的锂含量约为4.4%，碳酸锂中的锂含量为18.9%，以此推算生产1吨磷酸铁锂所需的碳酸锂为0.23吨。相对于政府规划，假设车载电池全部为磷酸铁锂电池，2012年磷酸铁锂需求达到5万吨，则需要碳酸锂1.15万吨，加上其他行业，总需求不超过3万吨，相对于国内产能，该行业在2012年之前都是过剩的。 国内碳酸锂资源目前主要被中信国安、西藏矿业掌控，但这两家企业只限于工业级碳酸锂，电池级碳酸锂则由天齐锂业、尼科国润供应，其中天齐锂业技术最成熟，是行业标准制定者，约占国内60%的市场份额。斯特兰的碳酸锂原料便来自电池级碳酸锂厂商。 5.隔膜材料 隔膜是锂电材料中技术壁垒最高的一种高附加值材料，毛利率维持在70%以上，占锂电池成本的20%-30%。隔膜价格居高不下，也是影响锂电池应用的重要原因之一。国内能生产隔膜的企业仅有星源科技、金辉高科两家技术相对成熟，市场供应量严重不足，大部分依赖进口，市场主要被日本旭化成工业、东燃化学，及美国Celgard把持。隔膜具有典型的“高技术、高资本”特点，而且项目周期很长，投资风险较大，国内企业的投资热情并不高。