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）

我國鋰離子電池經(jīng)過十幾年的飛速發(fā)展，取得了驚人的成績，鋰離子電池的年產(chǎn)量已達到國際年產(chǎn)量的三分之一。在產(chǎn)品應用方面，鋰離子電池受到越來越多的關注，其應用范圍也在不斷被拓展。

1 國內(nèi)鋰離子電池產(chǎn)業(yè)概況

鋰離子二次電池（簡稱“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年進入電池市場。我國是在80年代初期開始進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3 100萬只，經(jīng)過十幾年的飛速發(fā)展，2011年鋰離子電池的年產(chǎn)量已達到近23億只，產(chǎn)量在16年間增長了70倍。我國現(xiàn)已是全球電池制造大國，但我國鋰離子電池產(chǎn)業(yè)卻是近幾年才快速成長起來的。我國鋰離子電池產(chǎn)業(yè)化始于1997年后期，走過了一條引進、學習、研發(fā)的產(chǎn)業(yè)化道路。2000年我國的鋰離子電池年產(chǎn)量僅為0.35億只，與韓國相近，而當時日本年產(chǎn)量已達5億只，約占全球市場90%多。進入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，我國的鋰電池產(chǎn)業(yè)開始進入快速成長階段，2004年達到8億只，在全球市場的份額猛增長38%，僅次于日本。在其后的幾年間，我國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年三國產(chǎn)量約占到世界產(chǎn)量的94%左右，根據(jù)中國化學與物理電源行業(yè)協(xié)會的統(tǒng)計分析，2011年全球鋰離子電池產(chǎn)量約為53億只，同比增長7%。其中，日本企業(yè)16億只，約占全世界產(chǎn)量的30.1%，韓國企業(yè)18億只，約占33.9%，中國企業(yè)15.5億只，約占29.2%。

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

我國鋰離子電池產(chǎn)業(yè)經(jīng)過十幾年的快速發(fā)展，涌現(xiàn)了一批優(yōu)秀的鋰離子電池生產(chǎn)企業(yè)，2011年我國前十大鋰離子電池企業(yè)的產(chǎn)量合計為16.1億只，占全國總產(chǎn)量的70%，其中外資企業(yè)四家，產(chǎn)量為8億只，占全國的34.7%；國內(nèi)企業(yè)六家，8.1億只，占全國的35.2%[1]。具體如表1所示。

2 國內(nèi)外鋰離子電池的的應用情況

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

隨著新材料的出現(xiàn)和電池設計技術的改進，鋰離子電池的應用范圍不斷被拓展。民用領域已從信息產(chǎn)業(yè)（移動信息產(chǎn)業(yè)，移動電話、筆記本電腦等）擴展到能源交通（電動汽車、電動助力車等），而在航空、航天、軍事等領域，鋰離子電池也被越來越多地推廣、應用。根據(jù)不同的功能要求，本文對鋰離子電池進行了市場細分，如表2所示。

表1 我國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 電動汽車應用領域

隨著世界石油資源的日益枯竭，汽車的動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，這直接推動著汽車業(yè)的一次重大技術革命，未來新能源汽車替代傳統(tǒng)汽車趨勢將成為必然。而鋰離子電池則是電動汽車較為理想的車用蓄電池動力。主要在于：首先鋰離子電池擁有高比能量，且自放電率低；其次，它工作電壓較高，一個鋰離子電池單體的工作電壓為3.7 V（平均值），相當于三個串聯(lián)的鎘鎳或氫鎳電池；同時，鋰離子電池不含鎘、鉛、汞等有毒有害物質(zhì)，被視為綠色、無污染電池。

目前在國內(nèi)市場，動力鋰電池的銷售量還很低，鋰電池的銷售收入主要來源于手機、電腦等小型鋰電池領域，然而一臺純電動車是單個手機電池耗用量的一萬倍左右，隨著未來新能源汽車逐漸走向成熟，鋰電池的需求也將越來越大。一些具有實力的整車制造商正在布局未來鋰動力電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展：通用汽車在美國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)商三洋公司締結合作協(xié)議，兩家將攜手開發(fā)基于鋰離子技術的新型高效高能的電池模塊系統(tǒng)；雷諾-日產(chǎn)位于英國森德蘭的高級鋰電池工廠已經(jīng)動工。在國內(nèi)，萬向集團鋰動力電池生產(chǎn)基地已正式投產(chǎn)，并為上海世博會提供了電動汽車和混合動力車用鋰離子電池；天津力神股份有限公司將在重慶建設生產(chǎn)基地，開始生產(chǎn)封裝鋰動力電池，為重慶電動汽車產(chǎn)業(yè)配套；上海汽車不僅與比亞迪、上?？臻g電源研究所加強合作，同時也與在全球鋰電池領域技術領先的美國A123組建了合資公司，開發(fā)生產(chǎn)和銷售車用動力電池系統(tǒng)。鋰離子電池將在電動汽車領域取得很好的應用前景。

2.2 航天應用領域

因鋰離子電池具有循環(huán)壽命長、比能量高、無記憶效應等優(yōu)點，近幾年被越來越多的國家應用于航天器領域，美國航天局（NASA）、Eagle-Picher電池公司、歐空局（ESA），法國的 SAFT公司，日本的JAXA都在致力于研究把鋰離子電池技術用于星級登陸器、低軌道/地球同步軌道飛行器及其它航天設備等。

國際上，鋰離子電池在空間電源領域的應用早已進入工程化應用階段。目前已有幾十顆航天器采用了鋰離子電池作為儲能電源。鋰離子電池在航天領域的發(fā)展勢頭非常強勁。ESA在2003年發(fā)射的火星快車項目的儲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)射的勇氣號和機遇號火星探測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)星的儲能電源，預計可使小衛(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)星對電源系統(tǒng)越來越高的要求，同時也達到了提高有效載荷、減輕衛(wèi)星發(fā)射質(zhì)量的目的，從而可以產(chǎn)生明顯的技術經(jīng)濟效益。我國第一顆以鋰離子電池為儲能電源的小衛(wèi)星已于2008年實現(xiàn)在軌成功運行。該電池組質(zhì)量僅為3 kg，而傳統(tǒng)電池至少是9 kg。除了電池質(zhì)量是衛(wèi)星電源的一項重要參數(shù)，電池的高比能量、長壽命等指標對衛(wèi)星來說都是極其重要的，目前國內(nèi)空間用圓形鋰離子電池的比能量已達到110～140Wh/kg，在電池地面壽命試驗方面，高軌衛(wèi)星，80%放電深度，已達到15年壽命水平；低軌衛(wèi)星，30%放電深度，已達到5年壽命水平。

2.3 航空應用領域

在阿富汗戰(zhàn)爭和伊拉克戰(zhàn)爭中曾使用小型無人偵察機，其動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）無人機。該無人機重2.3 kg，升限90～150m，以76 km/h速度飛行，可飛行60min。具有全自動，可返回和手持發(fā)射等特點。據(jù)報道美海軍陸戰(zhàn)隊為每個連隊都配備“龍眼”小型無人偵察機。繼小型無人機后，又有微型無人偵察機試飛成功，如航空環(huán)境公司研制的“黃蜂”無人機，桑德斯公司研制的“微星”無人機。這些微型無人機均使用鋰離子電池作為動力源[2]。

2.4 其他應用領域

鋰離子電池早已被應用在歐美發(fā)達國家的軍事作戰(zhàn)系統(tǒng)中，例如：單兵系統(tǒng)、陸軍戰(zhàn)車、軍用通信設備等。

對于軍用的水下航行設備（例如潛艇），在水下航行時間越長，其隱蔽性就越強。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、充電時間短等特征，已被歐美發(fā)達國家應用于潛艇及水下航行器。

部隊在野外宿營時，要靠發(fā)電機來供電，但發(fā)電機的聲音，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 結論

鋰離子電池技術已不是一項單純的產(chǎn)業(yè)技術，它已成為攸關信息產(chǎn)業(yè)和新能源產(chǎn)業(yè)的重要能源。我國鋰離子電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展的前景廣闊，但產(chǎn)業(yè)基礎薄弱，一方面技術層面有待進一步提高，特別是安全性問題；另一方面新興產(chǎn)業(yè)容易引起地方政府及相關企業(yè)盲目投資、重復投資等問題。如何科學合理地規(guī)劃國家鋰資源發(fā)展，優(yōu)先掌握鋰電池-新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展先機，如何利用和掌握好這項西方發(fā)達國家激烈競爭的高新技術產(chǎn)業(yè)和朝陽產(chǎn)業(yè)，這不僅需要鋰資源企業(yè)的科學決策，也需要各級政府與相關管理部門的合理約束與科學規(guī)劃。在科學技術迅猛發(fā)展的今天，希望鋰離子電池產(chǎn)業(yè)能夠扎實、良性地發(fā)展，也希望在更多高科技領域進行推廣和應用。

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

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