李凌云， 任 斌

（1.天津電源研究所，天津 300384；2.海軍裝備部，北京 100841）

我國(guó)鋰離子電池經(jīng)過(guò)十幾年的飛速發(fā)展，取得了驚人的成績(jī)，鋰離子電池的年產(chǎn)量已達(dá)到國(guó)際年產(chǎn)量的三分之一。在產(chǎn)品應(yīng)用方面，鋰離子電池受到越來(lái)越多的關(guān)注，其應(yīng)用范圍也在不斷被拓展。

1 國(guó)內(nèi)鋰離子電池產(chǎn)業(yè)概況

鋰離子二次電池（簡(jiǎn)稱“鋰離子電池”）是繼氫鎳電池之后的新一代可充電電池，是日本索尼公司于1990年開發(fā)成功，并于1992年進(jìn)入電池市場(chǎng)。我國(guó)是在80年代初期開始進(jìn)行鋰離子電池的開發(fā)研制工作的，1995年的年產(chǎn)量大約為3 100萬(wàn)只，經(jīng)過(guò)十幾年的飛速發(fā)展，2011年鋰離子電池的年產(chǎn)量已達(dá)到近23億只，產(chǎn)量在16年間增長(zhǎng)了70倍。我國(guó)現(xiàn)已是全球電池制造大國(guó)，但我國(guó)鋰離子電池產(chǎn)業(yè)卻是近幾年才快速成長(zhǎng)起來(lái)的。我國(guó)鋰離子電池產(chǎn)業(yè)化始于1997年后期，走過(guò)了一條引進(jìn)、學(xué)習(xí)、研發(fā)的產(chǎn)業(yè)化道路。2000年我國(guó)的鋰離子電池年產(chǎn)量?jī)H為0.35億只，與韓國(guó)相近，而當(dāng)時(shí)日本年產(chǎn)量已達(dá)5億只，約占全球市場(chǎng)90%多。進(jìn)入2001年以后，隨著深圳比亞迪、比克、邦凱、天津力神等鋰離子電池企業(yè)的迅速崛起，我國(guó)的鋰電池產(chǎn)業(yè)開始進(jìn)入快速成長(zhǎng)階段，2004年達(dá)到8億只，在全球市場(chǎng)的份額猛增長(zhǎng)38%，僅次于日本。在其后的幾年間，我國(guó)的鋰離子電池全球份額穩(wěn)定在30%左右，自此形成了中日韓三足鼎立的局面。2011年三國(guó)產(chǎn)量約占到世界產(chǎn)量的94%左右，根據(jù)中國(guó)化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)的統(tǒng)計(jì)分析，2011年全球鋰離子電池產(chǎn)量約為53億只，同比增長(zhǎng)7%。其中，日本企業(yè)16億只，約占全世界產(chǎn)量的30.1%，韓國(guó)企業(yè)18億只，約占33.9%，中國(guó)企業(yè)15.5億只，約占29.2%。

2011年我國(guó)鋰離子電池產(chǎn)量超過(guò)23億只（含日本、韓國(guó)等國(guó)企業(yè)在中國(guó)的產(chǎn)量約7.5億只），同比2010年增長(zhǎng)15%以上。主要市場(chǎng)為手機(jī)市場(chǎng)，其次為筆記本電腦市場(chǎng)，具體市場(chǎng)劃分如圖1。

我國(guó)鋰離子電池產(chǎn)業(yè)經(jīng)過(guò)十幾年的快速發(fā)展，涌現(xiàn)了一批優(yōu)秀的鋰離子電池生產(chǎn)企業(yè)，2011年我國(guó)前十大鋰離子電池企業(yè)的產(chǎn)量合計(jì)為16.1億只，占全國(guó)總產(chǎn)量的70%，其中外資企業(yè)四家，產(chǎn)量為8億只，占全國(guó)的34.7%；國(guó)內(nèi)企業(yè)六家，8.1億只，占全國(guó)的35.2%[1]。具體如表1所示。

2 國(guó)內(nèi)外鋰離子電池的的應(yīng)用情況

圖1 2011年鋰離子電池產(chǎn)量產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)劃分情況

隨著新材料的出現(xiàn)和電池設(shè)計(jì)技術(shù)的改進(jìn)，鋰離子電池的應(yīng)用范圍不斷被拓展。民用領(lǐng)域已從信息產(chǎn)業(yè)（移動(dòng)信息產(chǎn)業(yè)，移動(dòng)電話、筆記本電腦等）擴(kuò)展到能源交通（電動(dòng)汽車、電動(dòng)助力車等），而在航空、航天、軍事等領(lǐng)域，鋰離子電池也被越來(lái)越多地推廣、應(yīng)用。根據(jù)不同的功能要求，本文對(duì)鋰離子電池進(jìn)行了市場(chǎng)細(xì)分，如表2所示。

表1 我國(guó)前十大鋰離子電池企業(yè)產(chǎn)量

表2 鋰離子電池的類別劃分

2.1 電動(dòng)汽車應(yīng)用領(lǐng)域

隨著世界石油資源的日益枯竭，汽車的動(dòng)力源將不得不逐步擺脫石油資源的束縛而采用一些新的能源，這直接推動(dòng)著汽車業(yè)的一次重大技術(shù)革命，未來(lái)新能源汽車替代傳統(tǒng)汽車趨勢(shì)將成為必然。而鋰離子電池則是電動(dòng)汽車較為理想的車用蓄電池動(dòng)力。主要在于：首先鋰離子電池?fù)碛懈弑饶芰?，且自放電率低；其次，它工作電壓較高，一個(gè)鋰離子電池單體的工作電壓為3.7 V（平均值），相當(dāng)于三個(gè)串聯(lián)的鎘鎳或氫鎳電池；同時(shí)，鋰離子電池不含鎘、鉛、汞等有毒有害物質(zhì)，被視為綠色、無(wú)污染電池。

目前在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，動(dòng)力鋰電池的銷售量還很低，鋰電池的銷售收入主要來(lái)源于手機(jī)、電腦等小型鋰電池領(lǐng)域，然而一臺(tái)純電動(dòng)車是單個(gè)手機(jī)電池耗用量的一萬(wàn)倍左右，隨著未來(lái)新能源汽車逐漸走向成熟，鋰電池的需求也將越來(lái)越大。一些具有實(shí)力的整車制造商正在布局未來(lái)鋰動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展：通用汽車在美國(guó)密歇根州的鋰電池生產(chǎn)基地宣布正式投產(chǎn)；大眾汽車也宣布與日本電池開發(fā)商三洋公司締結(jié)合作協(xié)議，兩家將攜手開發(fā)基于鋰離子技術(shù)的新型高效高能的電池模塊系統(tǒng)；雷諾-日產(chǎn)位于英國(guó)森德蘭的高級(jí)鋰電池工廠已經(jīng)動(dòng)工。在國(guó)內(nèi)，萬(wàn)向集團(tuán)鋰動(dòng)力電池生產(chǎn)基地已正式投產(chǎn)，并為上海世博會(huì)提供了電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力車用鋰離子電池；天津力神股份有限公司將在重慶建設(shè)生產(chǎn)基地，開始生產(chǎn)封裝鋰動(dòng)力電池，為重慶電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)配套；上海汽車不僅與比亞迪、上?？臻g電源研究所加強(qiáng)合作，同時(shí)也與在全球鋰電池領(lǐng)域技術(shù)領(lǐng)先的美國(guó)A123組建了合資公司，開發(fā)生產(chǎn)和銷售車用動(dòng)力電池系統(tǒng)。鋰離子電池將在電動(dòng)汽車領(lǐng)域取得很好的應(yīng)用前景。

2.2 航天應(yīng)用領(lǐng)域

因鋰離子電池具有循環(huán)壽命長(zhǎng)、比能量高、無(wú)記憶效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，近幾年被越來(lái)越多的國(guó)家應(yīng)用于航天器領(lǐng)域，美國(guó)航天局（NASA）、Eagle-Picher電池公司、歐空局（ESA），法國(guó)的 SAFT公司，日本的JAXA都在致力于研究把鋰離子電池技術(shù)用于星級(jí)登陸器、低軌道/地球同步軌道飛行器及其它航天設(shè)備等。

國(guó)際上，鋰離子電池在空間電源領(lǐng)域的應(yīng)用早已進(jìn)入工程化應(yīng)用階段。目前已有幾十顆航天器采用了鋰離子電池作為儲(chǔ)能電源。鋰離子電池在航天領(lǐng)域的發(fā)展勢(shì)頭非常強(qiáng)勁。ESA在2003年發(fā)射的火星快車項(xiàng)目的儲(chǔ)能電源采用了鋰離子電池，電池組比能量為115Wh/kg；2003年NASA發(fā)射的勇氣號(hào)和機(jī)遇號(hào)火星探測(cè)器也采用了鋰離子電池。

鋰離子電池的質(zhì)量只是同等容量鎘鎳電池、氫鎳電池的一半，體積也比后者分別小40%～50%和20%～30%。若能以大容量鋰離子電池作為小衛(wèi)星的儲(chǔ)能電源，預(yù)計(jì)可使小衛(wèi)星電壓系統(tǒng)的質(zhì)量減少50%，體積減小30%，不但滿足了小衛(wèi)星對(duì)電源系統(tǒng)越來(lái)越高的要求，同時(shí)也達(dá)到了提高有效載荷、減輕衛(wèi)星發(fā)射質(zhì)量的目的，從而可以產(chǎn)生明顯的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。我國(guó)第一顆以鋰離子電池為儲(chǔ)能電源的小衛(wèi)星已于2008年實(shí)現(xiàn)在軌成功運(yùn)行。該電池組質(zhì)量?jī)H為3 kg，而傳統(tǒng)電池至少是9 kg。除了電池質(zhì)量是衛(wèi)星電源的一項(xiàng)重要參數(shù)，電池的高比能量、長(zhǎng)壽命等指標(biāo)對(duì)衛(wèi)星來(lái)說(shuō)都是極其重要的，目前國(guó)內(nèi)空間用圓形鋰離子電池的比能量已達(dá)到110～140Wh/kg，在電池地面壽命試驗(yàn)方面，高軌衛(wèi)星，80%放電深度，已達(dá)到15年壽命水平；低軌衛(wèi)星，30%放電深度，已達(dá)到5年壽命水平。

2.3 航空應(yīng)用領(lǐng)域

在阿富汗戰(zhàn)爭(zhēng)和伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)中曾使用小型無(wú)人偵察機(jī)，其動(dòng)力電源為鋰離子電池。其中最有名的是航空環(huán)境公司研制的“龍眼”（dragoneye）無(wú)人機(jī)。該無(wú)人機(jī)重2.3 kg，升限90～150m，以76 km/h速度飛行，可飛行60min。具有全自動(dòng)，可返回和手持發(fā)射等特點(diǎn)。據(jù)報(bào)道美海軍陸戰(zhàn)隊(duì)為每個(gè)連隊(duì)都配備“龍眼”小型無(wú)人偵察機(jī)。繼小型無(wú)人機(jī)后，又有微型無(wú)人偵察機(jī)試飛成功，如航空環(huán)境公司研制的“黃蜂”無(wú)人機(jī)，桑德斯公司研制的“微星”無(wú)人機(jī)。這些微型無(wú)人機(jī)均使用鋰離子電池作為動(dòng)力源[2]。

2.4 其他應(yīng)用領(lǐng)域

鋰離子電池早已被應(yīng)用在歐美發(fā)達(dá)國(guó)家的軍事作戰(zhàn)系統(tǒng)中，例如：?jiǎn)伪到y(tǒng)、陸軍戰(zhàn)車、軍用通信設(shè)備等。

對(duì)于軍用的水下航行設(shè)備（例如潛艇），在水下航行時(shí)間越長(zhǎng)，其隱蔽性就越強(qiáng)。鋰離子電池以其優(yōu)于鉛酸電池的質(zhì)量比容量、循環(huán)壽命長(zhǎng)、充電時(shí)間短等特征，已被歐美發(fā)達(dá)國(guó)家應(yīng)用于潛艇及水下航行器。

部隊(duì)在野外宿營(yíng)時(shí)，要靠發(fā)電機(jī)來(lái)供電，但發(fā)電機(jī)的聲音，輻射熱將降低其隱蔽性，若采用鋰離子電池做成的電源為指揮所、戰(zhàn)地醫(yī)院供電，則可以提高隱蔽性。

3 結(jié)論

鋰離子電池技術(shù)已不是一項(xiàng)單純的產(chǎn)業(yè)技術(shù)，它已成為攸關(guān)信息產(chǎn)業(yè)和新能源產(chǎn)業(yè)的重要能源。我國(guó)鋰離子電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展的前景廣闊，但產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)薄弱，一方面技術(shù)層面有待進(jìn)一步提高，特別是安全性問(wèn)題；另一方面新興產(chǎn)業(yè)容易引起地方政府及相關(guān)企業(yè)盲目投資、重復(fù)投資等問(wèn)題。如何科學(xué)合理地規(guī)劃國(guó)家鋰資源發(fā)展，優(yōu)先掌握鋰電池-新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展先機(jī)，如何利用和掌握好這項(xiàng)西方發(fā)達(dá)國(guó)家激烈競(jìng)爭(zhēng)的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)，這不僅需要鋰資源企業(yè)的科學(xué)決策，也需要各級(jí)政府與相關(guān)管理部門的合理約束與科學(xué)規(guī)劃。在科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展的今天，希望鋰離子電池產(chǎn)業(yè)能夠扎實(shí)、良性地發(fā)展，也希望在更多高科技領(lǐng)域進(jìn)行推廣和應(yīng)用。

[1] 劉彥龍.中國(guó)鋰離子電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀[J].電池世界，2012（9）：34.

[2] 安平，王劍.鋰離子電池在國(guó)防軍事領(lǐng)域的應(yīng)用[J].新材料產(chǎn)業(yè)，2006（9）：38.