鋰電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀研究

王君妍

摘 要：本文首先簡要分析了鋰電池的基本概念和類型，以及鋰離子電池的作用過程，然后詳細(xì)論述了鋰電池的國內(nèi)外研究與發(fā)展現(xiàn)狀。通過綜述國內(nèi)外學(xué)者鋰電池方面的相關(guān)文獻展示了國內(nèi)外鋰電池產(chǎn)業(yè)的研究概況，然后以日本和韓國，以及歐美國家為代表闡述了鋰電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀。最后，以我國鋰電池產(chǎn)業(yè)典型企業(yè)——杉杉科技為例展示了的鋰電池產(chǎn)業(yè)的企業(yè)發(fā)展情況。

關(guān)鍵詞：鋰電池;鋰電池類型;研究現(xiàn)狀;發(fā)展現(xiàn)狀;鋰電池企業(yè)

一、引言

在公元前后，人們對化學(xué)電源有了原始的了解，由于使用方便、性能可靠、便于攜帶，容量、電流和電壓可在相當(dāng)大的范圍內(nèi)任意組合等許多優(yōu)點，受到了人們的重視和青睞?；瘜W(xué)電源發(fā)展至今已有200多年歷史，在這段時間中，化學(xué)電源朝著多元化多功能化發(fā)展，直到1990年日本索尼公司研發(fā)出了鋰離子電池，成了化學(xué)電源上一個重大的里程碑。

鋰電池是指電化學(xué)體系中（包括金屬鋰、鋰合金和鋰離子、鋰聚合物）的電池。鋰電池大致可以分為兩類：鋰金屬電池和鋰離子電池。鋰金屬電池通常是不可充電的，且內(nèi)含金屬態(tài)的鋰。鋰離子電池不含有金屬態(tài)的鋰，并且是可以充電的。由于鋰離子電池性能優(yōu)越，鋰金屬電池逐漸被淘汰，通常人們喜歡把鋰離子電池叫做鋰電池。

鋰離子電池是指以鋰離子嵌入化合物為正極材料電池的總稱。是一種充電電池，它主要依靠鋰離子在正極和負(fù)極之間來回移動工作。鋰離子電池正極材料常用鋰離子嵌入化合物（含鋰氧化物或復(fù)合氧化物）如鈷酸鋰、鎳酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰等。鋰離子負(fù)極材料常用鋰離子插入化合物，主要有鋰-碳層間化合物L(fēng)ixC6、TiS2、WO3、NbS2、V2O5等，其中LixC6應(yīng)用最為廣泛，通常用石墨結(jié)構(gòu)碳素材料，也可用焦炭素材料。在充電過程中，鋰離子從正極脫嵌經(jīng)過電解質(zhì)嵌入負(fù)極，負(fù)極處于富鋰狀態(tài);而放電過程則是相反。鋰離子電池的電解質(zhì)溶液有兩種，一種是有機溶劑-無機電解質(zhì)體系，碳酸丙酯是常用的有機溶劑，常用的無機電解質(zhì)是LiPF6。另一種則是固體聚合物電解質(zhì)，如凝膠聚合物和全固態(tài)聚合物等。鋰離子電池這樣在正負(fù)極之間往返，被形象地稱為搖椅電池。

20世紀(jì)70年代爆發(fā)了兩次世界性的石油危機使人們意識到了能源的重要性，而實驗證明電能是最干凈最便捷的能源。此外，我們知道石油資源是不可再生的，而我國又是資源短缺的大國，這使得我國從使用有污染的石油資源轉(zhuǎn)向無污染又可再生的化學(xué)電池的迫切性又增強。鋰電池憑借比能量大、循環(huán)壽命長、安全性能好、無公害、無記憶效應(yīng)、自放電小、工作溫度范圍高等優(yōu)點逐漸地取代了電動車的市場成為當(dāng)今電動車電池的主流。

鋰電本身的應(yīng)用也很廣，從市場統(tǒng)計來看，鋰離子電池在電子產(chǎn)品方面主要是手機、筆記本電腦、數(shù)碼相機等便攜式數(shù)碼產(chǎn)品;在交通工具上則是電動自行車和電動汽車等電動交通工具;同樣也在國防軍事上、在航天航空方面以及儲能方面的應(yīng)用。本文所研究的鋰電池不僅是一個新興產(chǎn)業(yè)也是未來充電電池市場以及電動車市場的主流電池。

二、文獻綜述

我國對鋰電池的研究始于1982年，此后，截至2015年4月19號在中國知網(wǎng)上檢索到1080篇有關(guān)論文，且近期論文的發(fā)表數(shù)量呈迅速增長態(tài)勢。圖1為1982年到2014年論文年數(shù)量年度分布圖。

這說明近十年來我國學(xué)者較為關(guān)注鋰電池方面的研究。譬如：中國科學(xué)院沈陽自動化研究所文獻情報中心徐睿（2013）發(fā)表的論文《基于ISI Web of Knowledge的航空用鋰離子電池的計量分析》，論文通過檢索1997年-2012年間航空用鋰離子電池的研究相關(guān)論文數(shù)量，并進行了分析，通過對航空用鋰離子電池領(lǐng)域研究論文的計量分析與研究挖掘、發(fā)明專利分析與技術(shù)領(lǐng)域挖掘發(fā)現(xiàn)該領(lǐng)域研究特點與趨勢。青島科學(xué)技術(shù)信息研究所管泉、厲娜等人于2014年發(fā)表的《基于Orbit專利數(shù)據(jù)庫的鋰電池全球創(chuàng)新資源分析》論文利用專利統(tǒng)計軟件Orbit從全球鋰電池專利數(shù)量、國別分布、技術(shù)領(lǐng)域以及主要專利權(quán)人等方面分析鋰電池專利現(xiàn)狀，揭示鋰電池全球創(chuàng)新資源的分布情況及特征，為國家、企業(yè)制定技術(shù)戰(zhàn)略布局提供決策參考。

2012年在《中國科學(xué)》發(fā)表了一篇《鋰離子電池若干正極材料體系的研究進展》的論文，里面講述了富鋰層狀氧化物及新型聚陰離子化合物作為下一代高能鋰離子電池的正極材料的研究。2011年蔣斌發(fā)表的《鋰離子電池正極材料的發(fā)展現(xiàn)狀和研究進展》中講述了不同正極材料的優(yōu)缺點，并指出只能用鈷酸鋰作為鋰離子電池的正極材料的局面將會打破，在未來較長的時間內(nèi)將朝著一個多品種、多元化的方向發(fā)展，文章最后還提出三元材料和磷酸鐵鋰將會成為下一代動力電池的首選。2011年高鵬飛、楊軍發(fā)表的《鋰離子電池硅復(fù)合負(fù)極材料研究進展》講述了硅基負(fù)極材料的優(yōu)缺點，并說明了硅基負(fù)極材料在未來中成為最有潛力的下一代鋰離子電池負(fù)極材料之一。2011年吳凱等人發(fā)表的《鋰離子電池安全性能研究》，文章概述了鋰離子電池的安全性是目前制約其應(yīng)用領(lǐng)域擴展的主要原因之一。

筆者通過大量的閱讀文獻發(fā)現(xiàn)我國學(xué)者對于鋰電池的研究主要集中在鋰電池正負(fù)極材料進展、鋰電池電解液及隔膜方面的研究。同時在鋰電池安全性能和回收價值方面我國學(xué)者對此也有部分的研究。在國外，Smith M的Batteries versus biomass as a transport solution文章提出以電代石油的時代已經(jīng)來臨，且未來汽車采用電能作為主要動力來源，是解決未來交通的唯一長遠(yuǎn)方案。

三、鋰電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

在國際上，鋰電池的研究和發(fā)明方面日本一直處于世界領(lǐng)先地位。自從索尼公司在1991年把鋰電池產(chǎn)業(yè)化以后，全世界的鋰電池產(chǎn)業(yè)基本上是日本人的。從1996年的數(shù)據(jù)上來看，全球生產(chǎn)的1.254億只鋰電池基本上都是日本生產(chǎn)的。根據(jù)不完全的統(tǒng)計，在1997年之后日本生產(chǎn)鋰電池的廠家就有19家，且其中有5家企業(yè)鋰電池月產(chǎn)量超過一千萬只，超過兩百萬只以上的大于5家。這些廠家不止生產(chǎn)液態(tài)鋰離子電池，還生產(chǎn)固態(tài)鋰離子電池。

在2000年之前，全球鋰電池95%都是日本生產(chǎn)的。近些年，由于中國、韓國以及歐美國家在鋰電池行業(yè)上的迅速崛起，日本獨占鋰電行業(yè)的局面已經(jīng)被打破了，同時在鋰電行業(yè)中日本的份額也在不斷地下跌。由于手機、筆記本電腦等便攜式電子產(chǎn)品的迅速發(fā)展，為了滿足其需要，目前世界上各個國家掀起了高能鋰離子電池以及相關(guān)材料的研發(fā)熱潮。

在1996年，韓國火箭電氣公司就開始對鋰離子電池投入批量生產(chǎn)。1997年底數(shù)據(jù)顯示韓國LG公司和STC公司的鋰離子電池的月產(chǎn)量就達100萬只，Taeil公司達60萬只每月。HailVolence公司在1998年6月建立了鋰離子電池生產(chǎn)線。韓國最近幾年借助三星等代表的鋰電池產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，在便攜式移動電子領(lǐng)域已經(jīng)領(lǐng)先了日本。韓國不僅注重對市場的占領(lǐng)，且在大型充電電池市場也持勢在必行的態(tài)度。而日本卻是在意動力電池上技術(shù)的突破，希望能夠在動力電池行業(yè)取得主宰地位。

歐美的一些國家雖然在研制和發(fā)明以及生產(chǎn)鋰電池方面落后于日本，但是他們靠著自己的實力和多年來累積的經(jīng)驗，采用跨越式的發(fā)展方法，首先掀起了固態(tài)鋰離子電池的研制高潮。有的歐美國家的廠商就直接用日本的電極組件，靠自己的設(shè)備來生產(chǎn)裝備鋰離子電池。根據(jù)不完全統(tǒng)計，歐美到目前為止制作鋰離子電池的工廠有20多家，其中液態(tài)電解質(zhì)鋰離子電池有：Duracell、Polystor、美國Moli能源公司、德國Varta、波蘭ZEW公司等。生產(chǎn)固態(tài)電解質(zhì)鋰離子電池的有：Ultra life UBI、combridge、鋰技術(shù)公司、moltech、3M公司等。

2011年3月美國總統(tǒng)奧巴馬表示，到2015年美國政府將只采購混合動力和電動汽車等新能源汽車。2013年3月，美國能源部部長朱棣文宣布啟動“工作場所充電計劃（Workplace Charging Challenge）”，鼓勵企業(yè)在工作場所建設(shè)電動汽車充電設(shè)施。用此來促進動電動汽車在美國的普及。

我國對鋰電池的研究基本上和國際同步，我國的“十二五規(guī)劃”指出，重點實現(xiàn)動力鋰電池隔膜在技術(shù)上的突破。我國對于鋰離子電池的研究也處于白熱化的階段。國際上有每兩年舉行一次的國際鋰電會議，同樣中國也有類似的會議，中國鋰電新能源展和中國鋰電新能源高峰論壇會。這些會議和會展旨在促進和展示中國鋰電產(chǎn)業(yè)以及鋰電在中國的發(fā)展。

四、我國鋰電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀——以杉杉科技為例

杉杉股份為生產(chǎn)鋰電池正負(fù)極材料代表企業(yè)之一，杉杉股份的子公司杉杉科技是具有自主知識產(chǎn)權(quán)的、國內(nèi)規(guī)模較大的鋰離子電池負(fù)極材料生產(chǎn)企業(yè)，且杉杉科技生產(chǎn)的鋰離子負(fù)極材料指標(biāo)還比國外某些產(chǎn)品優(yōu)秀，還擁有自己穩(wěn)固的銷售市場。

表1、表2以及圖2均為杉杉股份公司信息表圖，表1主要是杉杉股份所在地點、成立時間及主營業(yè)務(wù)等信息表，而表2則是杉杉股份2010年到2014年歷年的收盤價、流通市值、總市值表。圖2為杉杉股份流通市值、總市值柱形圖。杉杉股份為生產(chǎn)鋰電池正負(fù)極材料代表企業(yè)之一，股票代碼為600884。

由表2和圖2可以看到杉杉股份市值在2010年到2012年持續(xù)下滑，總市值從101.52億下滑到41.70億。2012年到2015年緩慢平穩(wěn)上升，總市值從41.70億漲到68.16億。從每年年末的收盤價也可以看到，杉杉股份從2010年的24.27元下降到2014年的16.59元，總體來說是有所下滑的，可是再看2011年、2012年以及2013年的數(shù)據(jù)可以看出來，實際上杉杉股份從2012年之后就開始上漲，只是漲幅沒有2010年到2012年的降幅大。經(jīng)過筆者了解，2010年杉杉股份與戶田工業(yè)株式會社、伊藤忠商事株式會社兩家日企就鋰電池正極材料制造簽署了“關(guān)于資本合作及業(yè)務(wù)合作的備忘錄”，以進一步推動公司鋰離子電池材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。2010年杉杉股份市值達到最高。由于受到金融危機的影響，2010年之后開始下滑，并且在2012年杉杉股份在上海的臨港負(fù)極規(guī)劃設(shè)計已完成，并拓展未來鋰離子電池負(fù)極材料發(fā)展的空間。2012年之后又平穩(wěn)地上升。且在2014年的3月份，隨著鋰電池版塊的持續(xù)走強，杉杉股份漲停。一方面由于企業(yè)不斷地向鋰離子電池產(chǎn)業(yè)投資，另一方面國家關(guān)于新能源政策的紛紛出臺，預(yù)計在未來幾年里杉杉股份持上漲的趨勢。

五、總結(jié)

本文討論了在石油資源稀缺與環(huán)境問題的雙重壓力下，清潔可再生能源的出現(xiàn)顯得格外迫切與重要，而鋰電池憑借自身諸多優(yōu)勢，如壽命長、安全、對環(huán)境造成的危害較少等脫穎而出。此外，其應(yīng)用也十分廣泛，從各類便攜式數(shù)碼產(chǎn)品，到交通工具，再到國防軍事領(lǐng)域，都有較大的應(yīng)用前景。近些年來，國內(nèi)外學(xué)者有關(guān)鋰電池的研究也在不斷增加，我國也舉辦了諸多會議以展示和促進鋰電池在我國的發(fā)展，經(jīng)營有關(guān)鋰電池產(chǎn)業(yè)的企業(yè)在世界范圍內(nèi)都開始興起。本文以鋰離子電池負(fù)極材料生產(chǎn)企業(yè)——杉杉科技為典型案例，分析了其近年來的企業(yè)經(jīng)營與發(fā)展情況，預(yù)計未來會有上漲的趨勢。

考慮到以上的諸多因素，筆者認(rèn)為鋰電產(chǎn)業(yè)在未來會有較大的發(fā)展?jié)摿εc前景。

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