中国锂电产业能否走向“长治久安”之路？

随着锂离子电池行业近年来发展得风起云涌，业内对中国锂离子电池产业的现状及今后发展的讨论渐趋热烈。是日，中国化学与物理电源行业协会官网记者专访了中国锂电池界的资深人士薛嘉渔博士(以下简称“薛博士”)，以下是他对于中国电池行业目前发展境况的看法以及对今后的期望。

I.锂电材料

以锂离子电池化学而言，目前全世界的锂离子电池制造商主要分为两大阵营：一个是以日韩为主的三元材料/锰酸锂阵营，另一个是以中国和欧美为主的磷酸铁锂阵营。在事实上磷酸铁锂仅适用于大型动力电池。在小型便携式电器产品里还是以钴酸锂与三元材料为主。磷酸铁锂的销售仅占全球正极材料的销量的 8-10%的事实说明了在整个锂离子电池产业里磷酸铁锂还不是主流化学。

这两大阵营选用三元材料或磷酸铁锂来制造电池，理由各不相同。日韩采取三元材料为主的电池化学主要是取其电压平台高、能量密度高的优点。但中国的锂 电制造商们则一窝蜂地采取磷酸铁锂为正极其主要理由是磷酸铁锂电池产品具有较高的安全性。对于中国制造商的这一看法，薛博士不完全认同。他认为锂离子电池 出现安全问题一半以上的原因是由于电池负极上的副反应引起，而非正极。采用磷酸铁锂做正极并不能真正地使我们的锂电产品更安全。中国锂电生产商之所以倾向 于使用磷酸铁锂制造电池的另一个原因是：磷酸铁锂的专利由美国德克萨斯大学的J.B. Goodenough教授的研究小组发明，后由加拿大的魁北克水电公司买断其使用权，后来几经辗转到了巴斯夫公司手中。 因目前对磷酸铁锂的专利权的保护在中国尚较难以执行，致使中国绝大部分的动力电池产品锂电厂家既成事实地采取了磷酸铁锂作为主流化学的产品。与此同时，由 于中国锂电生产商的生产方式中与日韩厂商相比手动成分较多，故产品的安全性较难保证。手动工艺的来源主要由于中国客户的订单量小、型号多变、自动化电池生 产线无法适应这一市场需求。所以锂电生产商们采取的制造工艺在启蒙阶段主要以手动为主，逐步发展到手动与关键部位自动化相结合的半自动工艺路线上。其最终 得到锂电产品的品质也明显低于日韩企业全自动(或No touch)的产品。所以采取磷酸铁锂化学似乎在意识上多一层安全感。但是在事实上磷酸铁锂电池是否真的就安全了?这种以牺牲能量密度为代价的“安全”是 否值得?仍然还是一个有待商榷问题。

尽管如此，在过去的15年内，中国锂电材料产业蓬勃发展已经取得了可喜的成就。从开始几乎为零的状态发展到目前在全球锂电材料产业所占份额正极(LFP、NCM、LMO、NCA) 56%，负极(石墨、无定型碳、LTO) 63%，电解液60% 和隔膜32% 的不容忽视的规模(数据来自XY Zhang, 6th International Regeable Battery Expo, Battery Japan 2015)。其中深圳贝特瑞已在销量上成为全球负极销售的领头羊。回顾贝特瑞的成长历程，其中跨出国门走向世界的关键的一步是他们产品的品质得到了世界一 流电池厂商如三星、LG、索尼、三洋等的认可。相信不久就会有更多的中国锂电材料厂商走向世界!

II.电池的制造与设备

一个高水准的电池生产企业一般都具有优秀的技术与管理人员、先进的生产设备、完备的公司体系。

锂电制造工艺复杂(配料，搅拌，涂布，对辊，组装，注液，化成，老化)主要工艺近30个，细分工艺近百。一步做不好，产品就有缺陷，薛博士强调， “做电池一定先天要足，如果先天不足，后天做再多的美容也无济于事!”，要制造出高品质的电池，对生产的人员，机器设备，原材料，工艺流程以及环境控制 (包括对空气中水分以及粉尘的控制等)都有很高的要求，中国电池厂商长期以来对这些方面的关注度非常不够或不舍得花钱，尤其对生产环境的关注度不够!尽管 中国的电池制造设备在过去的15年内已经有了极大的完善，但与日韩的制造企业相比还存在差距。正所谓“没有金钢钻，别揽瓷器活”，中国的厂家目前只有部分 厂家实现了部分生产设备的自动化，但“真正意义上的全自动必须做到各生产环节之间的无缝连接”。遗憾的是，目前中国的电池企业人工参与程度太高，真正意义 上的全自动化生产线基本没有。因此要制造出具有高度一致性的高品质电池还是有困难的。由于产品品质存在不一致性，中国电池生产商采取的对策是将所生产出来 的电池产品分成三至五个等级，高等级产品就买高价钱，低的就卖低价。甚至对客户宣称：“我们的产品都是经过100% 全检的!” 薛博士说：在这“全检”的背后，客户会问：为什么你们需要100%全检呢?你能保证按你们的“标准”经过那么多道人为检验出来的“高品质产品”里不会混入 低品质的产品吗?被检验出来的低品质产品卖低价，这对公司不是一种亏损呢?其实这种人为检验再分级定价的行为实则上是对自己所生产的产品的不自信，或不得 已而为之。事实上，这种人为检验的标准制定就有问题。刚制造出来电池以容量与内阻作为标准来挑选电池，这时的一致性与它们在实际使用过程中能够保持一致性 是两码事。如果电池制造出来时已有缺陷，它们在使用过程中的容量与电阻就会发散。也就是说高品质产品是被制造出来的，不是能通过“检验”得到的。

谈到电池的质量，这里我们不妨谈一下 “电池的失效机制”。锂电池失效极少是由材料失效引起的。所以说泛泛地谈“磷酸铁锂电池比三元材料电池更安全”是没有道理的。在薛博士本人20多年的锂电 生涯里看到的锂离子电池失效有很大一部分是有机械原因引起的，而非电极材料。电极在大电流放电、高温甚至循环时变形会导致电池内部电流密度不均匀分布。这 不均匀分布的电流又导致部分电极部位电流过大而加剧发热。其后果可以引起电池着火或爆炸。电极在使用过程中的变形往往是由于电池的工程设计中没有考虑为电 极在循环或大功率放电时可能产生的电极形变或电池膨胀留有余地。

电池生产企业自身完备的管理体系也是制造出高质量的电池产品的基本保障。公司是由工程、生产、人事、品质以及财务五个主要部门所组成。这些部门是在公司的管理体系下运作的。这包括：控制计划、工艺流程、质量体系、生产操作规程、BOM、设备管理规范、供应链管理、生产管理、工程管理、客户管理、财务管理、IP管理等等。对购买电池的客户尤其是大客户来说，他们根本就不会考虑购买没有完善的管理体系的电池生产企业的产品。这些体系的有无或有名无实将关系到他们能不能生产出具有高度一致性的电池产品。电池的安全性只有在电池具有一致性的前提下谈才有意义。

值得庆幸的是在过去近20年内，中国的电池设备生产企业已经有了长足的进步。在搅拌、涂布、对辊、电极制备、电池组装、注液、化成等方面都出现了不 少专业厂家。他们制造的设备与中国实际锂电生产工艺相结合，价美物廉。但能够全盘考虑、统筹兼顾地制造出全套“交钥匙工程”的全自动生产线的厂家还没见 到。一条无缝链接的全自动生产线由各个厂家拼凑是难以做到的。这就要求生产线前后段各个设备厂家的多年的密切配合、协同作战。这在当前中国的电池设备商各 自为政的情况下还是比较少见的。这可能需要行业协会来协调创造一个双赢的环境。

III.电源系统(电池模块+BMS+控制线路)

锂电成就了便携式电器包括手机、手提电脑及其他便携式设备从而使人们的生活方式发生了巨大的改观。下一个更大的市场则应该是电动车与储能为代表的市 场。在那些应用领域里锂电池的安全性就将受到更严峻的挑战。薛博士说，由于在实际应用中的电源系统是由多个电池组成模块、再加上电池管理系统(BMS)以 及控制线路系统组成。要保障这个电源系统的安全性，光有电性能一致的单体电池是远远不够的。电池模块(Module)的均一性取决于各个组成电池的一致 性。电池包(pack)的一致性又取决于各电池模块的一致性。电池包的热管理及电磁管理设计将影响电源系统的使用寿命。同时与外部应用连接的控制线路系统 必须有能力把电源系统在实际应用时能量的进出调制在一个安全合理的范围内以延长电源系统的使用寿命。

所以，要保证一个电源系统在实际使用时的安全性远非仅保证电池材料或电池本身的安全性那么简单。 保障电源的安全性是一个系统工程问题!能量虽然是由电池提供，但出现电源不安全问题的根本原因常常不能够简单地归咎于电池本身的安全性!

IV.对我国锂电行业发展的看法与建议

而问及为何日韩锂电企业比中国更先进强大，薛博士表示，三星，LG， 索尼，三洋，松下等成功企业都不是国有企业。但他们 的共性是：都是电子产品界实力雄厚的跨国公司。他们在锂电方面有 20-50年的研发基础，厚积薄发。同时他们生产手机、手提电脑等产品是他们自己的内销市场。相比之下，中国的大部分锂电企业属私企，资金实力薄弱，只能 着眼于眼前利益。他们的工程技术人员忙于解决产品生产问题却无法对锂电各种课题进行深入透彻的研究。国家拨给的863,973项目研究经费对企业产品的升 级换代作用不大。而中国大部分研究所与高校研究的重点在发表学术文章，较多的力量放在科技前沿研究。学生来一拨走一拨，缺乏连续性。与企业结合太松散，不 了解企业里工业生产的实际问题。

据中国化学与物理电源行业协会官网获悉，现下中国的高端客户大部分都采用日韩电池厂的产品(包括从日韩直接采购及从日韩在中国的生产基地采购)，这 对中国电池行业的壮大是不利的。电池市场只有靠这些大客户才能够带动自动化电池生产，从而保证电池产品的一致性及安全性，这也是中国电池产业做大做强的必 由之路，因此中国电池生产商必须积极与日韩企业争夺市场。“明犯强汉者，虽远必诛”，不争就无法长治久安，国内企业一定要把本属于自己的地盘夺回来!

对此，薛博士建议：国家或电池行业应该1)在政策或渠道上为中国成规模的锂电企业在国内高端市场的切入方面创造条件。没有这些高端市场，锂电自动化 生产就无法发展，中国锂电产品在品质上就难以再上一层楼;2)引导并组建几个有实力的锂电研究机构对电池材料、电池设计、电源设计及其应用进行深入持久的 研究。并组成方案公司为中国企业提供最好的生产方案。把钱用在刀刃上!否则中国电池产业就只能在低端市场靠低价血拼的方式苦苦挣扎。