锂电池产业的发展现状研究

作者:未知

  摘 要:本文首先简要分析了锂电池的基本概念和类型,以及锂离子电池的作用过程,然后详细论述了锂电池的国内外研究与发展现状。通过综述国内外学者锂电池方面的相关文献展示了国内外锂电池产业的研究概况,然后以日本和韩国,以及欧美国家为代表阐述了锂电池产业的发展现状。最后,以我国锂电池产业典型企业——杉杉科技为例展示了的锂电池产业的企业发展情况。
  关键词:锂电池;锂电池类型;研究现状;发展现状;锂电池企业
   一、引言
   在公元前后,人们对化学电源有了原始的了解,由于使用方便、性能可靠、便于携带,容量、电流和电压可在相当大的范围内任意组合等许多优点,受到了人们的重视和青睐。化学电源发展至今已有200多年历史,在这段时间中,化学电源朝着多元化多功能化发展,直到1990年日本索尼公司研发出了锂离子电池,成了化学电源上一个重大的里程碑。
   锂电池是指电化学体系中(包括金属锂、锂合金和锂离子、锂聚合物)的电池。锂电池大致可以分为两类:锂金属电池和锂离子电池。锂金属电池通常是不可充电的,且内含金属态的锂。锂离子电池不含有金属态的锂,并且是可以充电的。由于锂离子电池性能优越,锂金属电池逐渐被淘汰,通常人们喜欢把锂离子电池叫做锂电池。
   锂离子电池是指以锂离子嵌入化合物为正极材料电池的总称。是一种充电电池,它主要依靠锂离子在正极和负极之间来回移动工作。锂离子电池正极材料常用锂离子嵌入化合物(含锂氧化物或复合氧化物)如钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂等。锂离子负极材料常用锂离子插入化合物,主要有锂-碳层间化合物LixC6、TiS2、WO3、NbS2、V2O5等,其中LixC6应用最为广泛,通常用石墨结构碳素材料,也可用焦炭素材料。在充电过程中,锂离子从正极脱嵌经过电解质嵌入负极,负极处于富锂状态;而放电过程则是相反。锂离子电池的电解质溶液有两种,一种是有机溶剂-无机电解质体系,碳酸丙酯是常用的有机溶剂,常用的无机电解质是LiPF6。另一种则是固体聚合物电解质,如凝胶聚合物和全固态聚合物等。锂离子电池这样在正负极之间往返,被形象地称为摇椅电池。
   20世纪70年代爆发了两次世界性的石油危机使人们意识到了能源的重要性,而实验证明电能是最干净最便捷的能源。此外,我们知道石油资源是不可再生的,而我国又是资源短缺的大国,这使得我国从使用有污染的石油资源转向无污染又可再生的化学电池的迫切性又增强。锂电池凭借比能量大、循环寿命长、安全性能好、无公害、无记忆效应、自放电小、工作温度范围高等优点逐渐地取代了电动车的市场成为当今电动车电池的主流。
   锂电本身的应用也很广,从市场统计来看,锂离子电池在电子产品方面主要是手机、笔记本电脑、数码相机等便携式数码产品;在交通工具上则是电动自行车和电动汽车等电动交通工具;同样也在国防军事上、在航天航空方面以及储能方面的应用。本文所研究的锂电池不仅是一个新兴产业也是未来充电电池市场以及电动车市场的主流电池。
   二、文献综述
   我国对锂电池的研究始于1982年,此后,截至2015年4月19号在中国知网上检索到1080篇有关论文,且近期论文的发表数量呈迅速增长态势。图1为1982年到2014年论文年数量年度分布图。
   这说明近十年来我国学者较为关注锂电池方面的研究。譬如:中国科学院沈阳自动化研究所文献情报中心徐睿(2013)发表的论文《基于ISI Web of Knowledge的航空用锂离子电池的计量分析》,论文通过检索1997年-2012年间航空用锂离子电池的研究相关论文数量,并进行了分析,通过对航空用锂离子电池领域研究论文的计量分析与研究挖掘、发明专利分析与技术领域挖掘发现该领域研究特点与趋势。青岛科学技术信息研究所管泉、厉娜等人于2014年发表的《基于Orbit专利数据库的锂电池全球创新资源分析》论文利用专利统计软件Orbit从全球锂电池专利数量、国别分布、技术领域以及主要专利权人等方面分析锂电池专利现状,揭示锂电池全球创新资源的分布情况及特征,为国家、企业制定技术战略布局提供决策参考。
   2012年在《中国科学》发表了一篇《锂离子电池若干正极材料体系的研究进展》的论文,里面讲述了富锂层状氧化物及新型聚阴离子化合物作为下一代高能锂离子电池的正极材料的研究。2011年蒋斌发表的《锂离子电池正极材料的发展现状和研究进展》中讲述了不同正极材料的优缺点,并指出只能用钴酸锂作为锂离子电池的正极材料的局面将会打破,在未来较长的时间内将朝着一个多品种、多元化的方向发展,文章最后还提出三元材料和磷酸铁锂将会成为下一代动力电池的首选。2011年高鹏飞、杨军发表的《锂离子电池硅复合负极材料研究进展》讲述了硅基负极材料的优缺点,并说明了硅基负极材料在未来中成为最有潜力的下一代锂离子电池负极材料之一。2011年吴凯等人发表的《锂离子电池安全性能研究》,文章概述了锂离子电池的安全性是目前制约其应用领域扩展的主要原因之一。
   笔者通过大量的阅读文献发现我国学者对于锂电池的研究主要集中在锂电池正负极材料进展、锂电池电解液及隔膜方面的研究。同时在锂电池安全性能和回收价值方面我國学者对此也有部分的研究。在国外,Smith M的Batteries versus biomass as a transport solution文章提出以电代石油的时代已经来临,且未来汽车采用电能作为主要动力来源,是解决未来交通的唯一长远方案。
   三、锂电池产业发展现状
   在国际上,锂电池的研究和发明方面日本一直处于世界领先地位。自从索尼公司在1991年把锂电池产业化以后,全世界的锂电池产业基本上是日本人的。从1996年的数据上来看,全球生产的1.254亿只锂电池基本上都是日本生产的。根据不完全的统计,在1997年之后日本生产锂电池的厂家就有19家,且其中有5家企业锂电池月产量超过一千万只,超过两百万只以上的大于5家。这些厂家不止生产液态锂离子电池,还生产固态锂离子电池。    在2000年之前,全球锂电池95%都是日本生产的。近些年,由于中国、韩国以及欧美国家在锂电池行业上的迅速崛起,日本独占锂电行业的局面已经被打破了,同时在锂电行业中日本的份额也在不断地下跌。由于手机、笔记本电脑等便携式电子产品的迅速发展,为了满足其需要,目前世界上各个国家掀起了高能锂离子电池以及相关材料的研发热潮。
   在1996年,韩国火箭电气公司就开始对锂离子电池投入批量生产。1997年底数据显示韩国LG公司和STC公司的锂离子电池的月产量就达100万只,Taeil公司达60万只每月。HailVolence公司在1998年6月建立了锂离子电池生产线。韩国最近几年借助三星等代表的锂电池产业的迅速发展,在便携式移动电子领域已经领先了日本。韩国不仅注重对市场的占领,且在大型充电电池市场也持势在必行的态度。而日本却是在意动力电池上技术的突破,希望能够在动力电池行业取得主宰地位。
   欧美的一些国家虽然在研制和发明以及生产锂电池方面落后于日本,但是他们靠着自己的实力和多年来累积的经验,采用跨越式的发展方法,首先掀起了固态锂离子电池的研制高潮。有的欧美国家的厂商就直接用日本的电极组件,靠自己的设备来生产装备锂离子电池。根据不完全统计,欧美到目前为止制作锂离子电池的工厂有20多家,其中液态电解质锂离子电池有:Duracell、Polystor、美国Moli能源公司、德国Varta、波兰ZEW公司等。生产固态电解质锂离子电池的有:Ultra life UBI、combridge、锂技术公司、moltech、3M公司等。
   2011年3月美国总统奥巴马表示,到2015年美国政府将只采购混合动力和电动汽车等新能源汽车。2013年3月,美国能源部部长朱棣文宣布启动“工作场所充电计划(Workplace Charging Challenge)”,鼓励企业在工作场所建设电动汽车充电设施。用此来促进动电动汽车在美国的普及。
   我国对锂电池的研究基本上和国际同步,我国的“十二五规划”指出,重点实现动力锂电池隔膜在技术上的突破。我国对于锂离子电池的研究也处于白热化的阶段。国际上有每两年举行一次的国际锂电会议,同样中国也有类似的会议,中国锂电新能源展和中国锂电新能源高峰论坛会。这些会议和会展旨在促进和展示中国锂电产业以及锂电在中国的发展。
   四、我国锂电池产业发展现状——以杉杉科技为例
   杉杉股份为生产锂电池正负极材料代表企业之一,杉杉股份的子公司杉杉科技是具有自主知识产权的、国内规模较大的锂离子电池负极材料生产企业,且杉杉科技生产的锂离子负极材料指标还比国外某些产品优秀,还拥有自己稳固的销售市场。
   表1、表2以及图2均为杉杉股份公司信息表图,表1主要是杉杉股份所在地点、成立时间及主营业务等信息表,而表2则是杉杉股份2010年到2014年历年的收盘价、流通市值、总市值表。图2为杉杉股份流通市值、总市值柱形图。杉杉股份为生产锂电池正负极材料代表企业之一,股票代码为600884。
   由表2和图2可以看到杉杉股份市值在2010年到2012年持续下滑,总市值从101.52亿下滑到41.70亿。2012年到2015年缓慢平稳上升,总市值从41.70亿涨到68.16亿。从每年年末的收盘价也可以看到,杉杉股份从2010年的24.27元下降到2014年的16.59元,总体来说是有所下滑的,可是再看2011年、2012年以及2013年的数据可以看出来,实际上杉杉股份从2012年之后就开始上涨,只是涨幅没有2010年到2012年的降幅大。经过笔者了解,2010年杉杉股份与户田工业株式会社、伊藤忠商事株式会社两家日企就锂电池正极材料制造签署了“关于资本合作及业务合作的备忘录”,以进一步推动公司锂离子电池材料产业的发展。2010年杉杉股份市值达到最高。由于受到金融危机的影响,2010年之后开始下滑,并且在2012年杉杉股份在上海的临港负极规划设计已完成,并拓展未来锂离子电池负极材料发展的空间。2012年之后又平稳地上升。且在2014年的3月份,随着锂电池版块的持续走强,杉杉股份涨停。一方面由于企业不断地向锂离子电池产业投资,另一方面国家关于新能源政策的纷纷出台,预计在未来几年里杉杉股份持上涨的趋势。
   五、总结
   本文讨论了在石油资源稀缺与环境问题的双重压力下,清洁可再生能源的出现显得格外迫切与重要,而锂电池凭借自身诸多优势,如寿命长、安全、对环境造成的危害较少等脱颖而出。此外,其应用也十分广泛,从各类便携式数码产品,到交通工具,再到国防军事领域,都有较大的应用前景。近些年来,国内外学者有关锂电池的研究也在不断增加,我国也举办了诸多会议以展示和促进锂电池在我国的发展,经营有关锂电池产业的企业在世界范围内都开始兴起。本文以锂离子电池负极材料生产企业——杉杉科技为典型案例,分析了其近年来的企业经营与发展情况,预计未来会有上涨的趋势。
   考虑到以上的诸多因素,笔者认为锂电产业在未来会有较大的发展潜力与前景。
  参考文献:
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