隨著鋰離子電池行業(yè)近年來(lái)發(fā)展得風(fēng)起云涌，業(yè)內(nèi)對(duì)中國(guó)鋰離子電池產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀及今后發(fā)展的討論漸趨熱烈。是日，中國(guó)化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)官網(wǎng)記者專(zhuān)訪(fǎng)了中國(guó)鋰電池界的資深人士薛嘉漁博士(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“薛博士”)，以下是他對(duì)于中國(guó)電池行業(yè)目前發(fā)展境況的看法以及對(duì)今后的期望。
I.鋰電材料
以鋰離子電池化學(xué)而言，目前全世界的鋰離子電池制造商主要分為兩大陣營(yíng)：一個(gè)是以日韓為主的三元材料/錳酸鋰陣營(yíng)，另一個(gè)是以中國(guó)和歐美為主的磷酸鐵鋰陣營(yíng)。在事實(shí)上磷酸鐵鋰僅適用于大型動(dòng)力電池。在小型便攜式電器產(chǎn)品里還是以鈷酸鋰與三元材料為主。磷酸鐵鋰的銷(xiāo)售僅占全球正極材料的銷(xiāo)量的 8-10%的事實(shí)說(shuō)明了在整個(gè)鋰離子電池產(chǎn)業(yè)里磷酸鐵鋰還不是主流化學(xué)。
這兩大陣營(yíng)選用三元材料或磷酸鐵鋰來(lái)制造電池，理由各不相同。日韓采取三元材料為主的電池化學(xué)主要是取其電壓平臺(tái)高、能量密度高的優(yōu)點(diǎn)。但中國(guó)的鋰 電制造商們則一窩蜂地采取磷酸鐵鋰為正極其主要理由是磷酸鐵鋰電池產(chǎn)品具有較高的安全性。對(duì)于中國(guó)制造商的這一看法，薛博士不完全認(rèn)同。他認(rèn)為鋰離子電池 出現(xiàn)安全問(wèn)題一半以上的原因是由于電池負(fù)極上的副反應(yīng)引起，而非正極。采用磷酸鐵鋰做正極并不能真正地使我們的鋰電產(chǎn)品更安全。中國(guó)鋰電生產(chǎn)商之所以?xún)A向 于使用磷酸鐵鋰制造電池的另一個(gè)原因是：磷酸鐵鋰的專(zhuān)利由美國(guó)德克薩斯大學(xué)的J.B. Goodenough教授的研究小組發(fā)明，后由加拿大的魁北克水電公司買(mǎi)斷其使用權(quán)，后來(lái)幾經(jīng)輾轉(zhuǎn)到了巴斯夫公司手中。 因目前對(duì)磷酸鐵鋰的專(zhuān)利權(quán)的保護(hù)在中國(guó)尚較難以執(zhí)行，致使中國(guó)絕大部分的動(dòng)力電池產(chǎn)品鋰電廠家既成事實(shí)地采取了磷酸鐵鋰作為主流化學(xué)的產(chǎn)品。與此同時(shí)，由 于中國(guó)鋰電生產(chǎn)商的生產(chǎn)方式中與日韓廠商相比手動(dòng)成分較多，故產(chǎn)品的安全性較難保證。手動(dòng)工藝的來(lái)源主要由于中國(guó)客戶(hù)的訂單量小、型號(hào)多變、自動(dòng)化電池生 產(chǎn)線(xiàn)無(wú)法適應(yīng)這一市場(chǎng)需求。所以鋰電生產(chǎn)商們采取的制造工藝在啟蒙階段主要以手動(dòng)為主，逐步發(fā)展到手動(dòng)與關(guān)鍵部位自動(dòng)化相結(jié)合的半自動(dòng)工藝路線(xiàn)上。其最終 得到鋰電產(chǎn)品的品質(zhì)也明顯低于日韓企業(yè)全自動(dòng)(或No touch)的產(chǎn)品。所以采取磷酸鐵鋰化學(xué)似乎在意識(shí)上多一層安全感。但是在事實(shí)上磷酸鐵鋰電池是否真的就安全了?這種以犧牲能量密度為代價(jià)的“安全”是 否值得?仍然還是一個(gè)有待商榷問(wèn)題。
盡管如此，在過(guò)去的15年內(nèi)，中國(guó)鋰電材料產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展已經(jīng)取得了可喜的成就。從開(kāi)始幾乎為零的狀態(tài)發(fā)展到目前在全球鋰電材料產(chǎn)業(yè)所占份額正極(LFP、NCM、LMO、NCA) 56%，負(fù)極(石墨、無(wú)定型碳、LTO) 63%，電解液60% 和隔膜32% 的不容忽視的規(guī)模(數(shù)據(jù)來(lái)自XY Zhang, 6th International Regeable Battery Expo, Battery Japan 2015)。其中深圳貝特瑞已在銷(xiāo)量上成為全球負(fù)極銷(xiāo)售的領(lǐng)頭羊?；仡欂愄厝鸬某砷L(zhǎng)歷程，其中跨出國(guó)門(mén)走向世界的關(guān)鍵的一步是他們產(chǎn)品的品質(zhì)得到了世界一 流電池廠商如三星、LG、索尼、三洋等的認(rèn)可。相信不久就會(huì)有更多的中國(guó)鋰電材料廠商走向世界!
II.電池的制造與設(shè)備
一個(gè)高水準(zhǔn)的電池生產(chǎn)企業(yè)一般都具有優(yōu)秀的技術(shù)與管理人員、先進(jìn)的生產(chǎn)設(shè)備、完備的公司體系。
鋰電制造工藝復(fù)雜(配料，攪拌，涂布，對(duì)輥，組裝，注液，化成，老化)主要工藝近30個(gè)，細(xì)分工藝近百。一步做不好，產(chǎn)品就有缺陷，薛博士強(qiáng)調(diào)， “做電池一定先天要足，如果先天不足，后天做再多的美容也無(wú)濟(jì)于事!”，要制造出高品質(zhì)的電池，對(duì)生產(chǎn)的人員，機(jī)器設(shè)備，原材料，工藝流程以及環(huán)境控制 (包括對(duì)空氣中水分以及粉塵的控制等)都有很高的要求，中國(guó)電池廠商長(zhǎng)期以來(lái)對(duì)這些方面的關(guān)注度非常不夠或不舍得花錢(qián)，尤其對(duì)生產(chǎn)環(huán)境的關(guān)注度不夠!盡管 中國(guó)的電池制造設(shè)備在過(guò)去的15年內(nèi)已經(jīng)有了極大的完善，但與日韓的制造企業(yè)相比還存在差距。正所謂“沒(méi)有金鋼鉆，別攬瓷器活”，中國(guó)的廠家目前只有部分 廠家實(shí)現(xiàn)了部分生產(chǎn)設(shè)備的自動(dòng)化，但“真正意義上的全自動(dòng)必須做到各生產(chǎn)環(huán)節(jié)之間的無(wú)縫連接”。遺憾的是，目前中國(guó)的電池企業(yè)人工參與程度太高，真正意義 上的全自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)基本沒(méi)有。因此要制造出具有高度一致性的高品質(zhì)電池還是有困難的。由于產(chǎn)品品質(zhì)存在不一致性，中國(guó)電池生產(chǎn)商采取的對(duì)策是將所生產(chǎn)出來(lái) 的電池產(chǎn)品分成三至五個(gè)等級(jí)，高等級(jí)產(chǎn)品就買(mǎi)高價(jià)錢(qián)，低的就賣(mài)低價(jià)。甚至對(duì)客戶(hù)宣稱(chēng)：“我們的產(chǎn)品都是經(jīng)過(guò)100% 全檢的!” 薛博士說(shuō)：在這“全檢”的背后，客戶(hù)會(huì)問(wèn)：為什么你們需要100%全檢呢?你能保證按你們的“標(biāo)準(zhǔn)”經(jīng)過(guò)那么多道人為檢驗(yàn)出來(lái)的“高品質(zhì)產(chǎn)品”里不會(huì)混入 低品質(zhì)的產(chǎn)品嗎?被檢驗(yàn)出來(lái)的低品質(zhì)產(chǎn)品賣(mài)低價(jià)，這對(duì)公司不是一種虧損呢?其實(shí)這種人為檢驗(yàn)再分級(jí)定價(jià)的行為實(shí)則上是對(duì)自己所生產(chǎn)的產(chǎn)品的不自信，或不得 已而為之。事實(shí)上，這種人為檢驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)制定就有問(wèn)題。剛制造出來(lái)電池以容量與內(nèi)阻作為標(biāo)準(zhǔn)來(lái)挑選電池，這時(shí)的一致性與它們?cè)趯?shí)際使用過(guò)程中能夠保持一致性 是兩碼事。如果電池制造出來(lái)時(shí)已有缺陷，它們?cè)谑褂眠^(guò)程中的容量與電阻就會(huì)發(fā)散。也就是說(shuō)高品質(zhì)產(chǎn)品是被制造出來(lái)的，不是能通過(guò)“檢驗(yàn)”得到的。
談到電池的質(zhì)量，這里我們不妨談一下 “電池的失效機(jī)制”。鋰電池失效極少是由材料失效引起的。所以說(shuō)泛泛地談“磷酸鐵鋰電池比三元材料電池更安全”是沒(méi)有道理的。在薛博士本人20多年的鋰電 生涯里看到的鋰離子電池失效有很大一部分是有機(jī)械原因引起的，而非電極材料。電極在大電流放電、高溫甚至循環(huán)時(shí)變形會(huì)導(dǎo)致電池內(nèi)部電流密度不均勻分布。這 不均勻分布的電流又導(dǎo)致部分電極部位電流過(guò)大而加劇發(fā)熱。其后果可以引起電池著火或爆炸。電極在使用過(guò)程中的變形往往是由于電池的工程設(shè)計(jì)中沒(méi)有考慮為電 極在循環(huán)或大功率放電時(shí)可能產(chǎn)生的電極形變或電池膨脹留有余地。
電池生產(chǎn)企業(yè)自身完備的管理體系也是制造出高質(zhì)量的電池產(chǎn)品的基本保障。公司是由工程、生產(chǎn)、人事、品質(zhì)以及財(cái)務(wù)五個(gè)主要部門(mén)所組成。這些部門(mén)是在公司的管理體系下運(yùn)作的。這包括：控制計(jì)劃、工藝流程、質(zhì)量體系、生產(chǎn)操作規(guī)程、BOM、設(shè)備管理規(guī)范、供應(yīng)鏈管理、生產(chǎn)管理、工程管理、客戶(hù)管理、財(cái)務(wù)管理、IP管理等等。對(duì)購(gòu)買(mǎi)電池的客戶(hù)尤其是大客戶(hù)來(lái)說(shuō)，他們根本就不會(huì)考慮購(gòu)買(mǎi)沒(méi)有完善的管理體系的電池生產(chǎn)企業(yè)的產(chǎn)品。這些體系的有無(wú)或有名無(wú)實(shí)將關(guān)系到他們能不能生產(chǎn)出具有高度一致性的電池產(chǎn)品。電池的安全性只有在電池具有一致性的前提下談才有意義。
值得慶幸的是在過(guò)去近20年內(nèi)，中國(guó)的電池設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)已經(jīng)有了長(zhǎng)足的進(jìn)步。在攪拌、涂布、對(duì)輥、電極制備、電池組裝、注液、化成等方面都出現(xiàn)了不 少專(zhuān)業(yè)廠家。他們制造的設(shè)備與中國(guó)實(shí)際鋰電生產(chǎn)工藝相結(jié)合，價(jià)美物廉。但能夠全盤(pán)考慮、統(tǒng)籌兼顧地制造出全套“交鑰匙工程”的全自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)的廠家還沒(méi)見(jiàn) 到。一條無(wú)縫鏈接的全自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)由各個(gè)廠家拼湊是難以做到的。這就要求生產(chǎn)線(xiàn)前后段各個(gè)設(shè)備廠家的多年的密切配合、協(xié)同作戰(zhàn)。這在當(dāng)前中國(guó)的電池設(shè)備商各 自為政的情況下還是比較少見(jiàn)的。這可能需要行業(yè)協(xié)會(huì)來(lái)協(xié)調(diào)創(chuàng)造一個(gè)雙贏的環(huán)境。
III.電源系統(tǒng)(電池模塊+BMS+控制線(xiàn)路)
鋰電成就了便攜式電器包括手機(jī)、手提電腦及其他便攜式設(shè)備從而使人們的生活方式發(fā)生了巨大的改觀。下一個(gè)更大的市場(chǎng)則應(yīng)該是電動(dòng)車(chē)與儲(chǔ)能為代表的市 場(chǎng)。在那些應(yīng)用領(lǐng)域里鋰電池的安全性就將受到更嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。薛博士說(shuō)，由于在實(shí)際應(yīng)用中的電源系統(tǒng)是由多個(gè)電池組成模塊、再加上電池管理系統(tǒng)(BMS)以 及控制線(xiàn)路系統(tǒng)組成。要保障這個(gè)電源系統(tǒng)的安全性，光有電性能一致的單體電池是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。電池模塊(Module)的均一性取決于各個(gè)組成電池的一致 性。電池包(pack)的一致性又取決于各電池模塊的一致性。電池包的熱管理及電磁管理設(shè)計(jì)將影響電源系統(tǒng)的使用壽命。同時(shí)與外部應(yīng)用連接的控制線(xiàn)路系統(tǒng) 必須有能力把電源系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用時(shí)能量的進(jìn)出調(diào)制在一個(gè)安全合理的范圍內(nèi)以延長(zhǎng)電源系統(tǒng)的使用壽命。
所以，要保證一個(gè)電源系統(tǒng)在實(shí)際使用時(shí)的安全性遠(yuǎn)非僅保證電池材料或電池本身的安全性那么簡(jiǎn)單。 保障電源的安全性是一個(gè)系統(tǒng)工程問(wèn)題!能量雖然是由電池提供，但出現(xiàn)電源不安全問(wèn)題的根本原因常常不能夠簡(jiǎn)單地歸咎于電池本身的安全性!
IV.對(duì)我國(guó)鋰電行業(yè)發(fā)展的看法與建議
而問(wèn)及為何日韓鋰電企業(yè)比中國(guó)更先進(jìn)強(qiáng)大，薛博士表示，三星，LG， 索尼，三洋，松下等成功企業(yè)都不是國(guó)有企業(yè)。但他們 的共性是：都是電子產(chǎn)品界實(shí)力雄厚的跨國(guó)公司。他們?cè)阡囯姺矫嬗?20-50年的研發(fā)基礎(chǔ)，厚積薄發(fā)。同時(shí)他們生產(chǎn)手機(jī)、手提電腦等產(chǎn)品是他們自己的內(nèi)銷(xiāo)市場(chǎng)。相比之下，中國(guó)的大部分鋰電企業(yè)屬私企，資金實(shí)力薄弱，只能 著眼于眼前利益。他們的工程技術(shù)人員忙于解決產(chǎn)品生產(chǎn)問(wèn)題卻無(wú)法對(duì)鋰電各種課題進(jìn)行深入透徹的研究。國(guó)家撥給的863,973項(xiàng)目研究經(jīng)費(fèi)對(duì)企業(yè)產(chǎn)品的升 級(jí)換代作用不大。而中國(guó)大部分研究所與高校研究的重點(diǎn)在發(fā)表學(xué)術(shù)文章，較多的力量放在科技前沿研究。學(xué)生來(lái)一撥走一撥，缺乏連續(xù)性。與企業(yè)結(jié)合太松散，不 了解企業(yè)里工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際問(wèn)題。
據(jù)中國(guó)化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)官網(wǎng)獲悉，現(xiàn)下中國(guó)的高端客戶(hù)大部分都采用日韓電池廠的產(chǎn)品(包括從日韓直接采購(gòu)及從日韓在中國(guó)的生產(chǎn)基地采購(gòu))，這 對(duì)中國(guó)電池行業(yè)的壯大是不利的。電池市場(chǎng)只有靠這些大客戶(hù)才能夠帶動(dòng)自動(dòng)化電池生產(chǎn)，從而保證電池產(chǎn)品的一致性及安全性，這也是中國(guó)電池產(chǎn)業(yè)做大做強(qiáng)的必 由之路，因此中國(guó)電池生產(chǎn)商必須積極與日韓企業(yè)爭(zhēng)奪市場(chǎng)。“明犯強(qiáng)漢者，雖遠(yuǎn)必誅”，不爭(zhēng)就無(wú)法長(zhǎng)治久安，國(guó)內(nèi)企業(yè)一定要把本屬于自己的地盤(pán)奪回來(lái)!
對(duì)此，薛博士建議：國(guó)家或電池行業(yè)應(yīng)該1)在政策或渠道上為中國(guó)成規(guī)模的鋰電企業(yè)在國(guó)內(nèi)高端市場(chǎng)的切入方面創(chuàng)造條件。沒(méi)有這些高端市場(chǎng)，鋰電自動(dòng)化 生產(chǎn)就無(wú)法發(fā)展，中國(guó)鋰電產(chǎn)品在品質(zhì)上就難以再上一層樓;2)引導(dǎo)并組建幾個(gè)有實(shí)力的鋰電研究機(jī)構(gòu)對(duì)電池材料、電池設(shè)計(jì)、電源設(shè)計(jì)及其應(yīng)用進(jìn)行深入持久的 研究。并組成方案公司為中國(guó)企業(yè)提供最好的生產(chǎn)方案。把錢(qián)用在刀刃上!否則中國(guó)電池產(chǎn)業(yè)就只能在低端市場(chǎng)靠低價(jià)血拼的方式苦苦掙扎。
