鋰電池產業的發展現狀研究
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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，然后詳細論述了鋰電池的國內外研究與發展現狀。通過綜述國內外學者鋰電池方面的相關文獻展示了國內外鋰電池產業的研究概況，然后以日本和韓國，以及歐美國家為代表闡述了鋰電池產業的發展現狀。最后，以我國鋰電池產業典型企業——杉杉科技為例展示了的鋰電池產業的企業發展情況。
關鍵詞：鋰電池;鋰電池類型;研究現狀;發展現狀;鋰電池企業
一、引言
在公元前后，人們對化學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大的范圍內任意組合等許多優點，受到了人們的重視和青睞?；瘜W電源發展至今已有200多年歷史，在這段時間中，化學電源朝著多元化多功能化發展，直到1990年日本索尼公司研發出了鋰離子電池，成了化學電源上一個重大的里程碑。
鋰電池是指電化學體系中（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，且內含金屬態的鋰。鋰離子電池不含有金屬態的鋰，并且是可以充電的。由于鋰離子電池性能優越，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（含鋰氧化物或復合氧化物）如鈷酸鋰、鎳酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰等。鋰離子負極材料常用鋰離子插入化合物，主要有鋰-碳層間化合物LixC6、TiS2、WO3、NbS2、V2O5等，其中LixC6應用最為廣泛，通常用石墨結構碳素材料，也可用焦炭素材料。在充電過程中，鋰離子從正極脫嵌經過電解質嵌入負極，負極處于富鋰狀態;而放電過程則是相反。鋰離子電池的電解質溶液有兩種，一種是有機溶劑-無機電解質體系，碳酸丙酯是常用的有機溶劑，常用的無機電解質是LiPF6。另一種則是固體聚合物電解質，如凝膠聚合物和全固態聚合物等。鋰離子電池這樣在正負極之間往返，被形象地稱為搖椅電池。
20世紀70年代爆發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向無污染又可再生的化學電池的迫切性又增強。鋰電池憑借比能量大、循環壽命長、安全性能好、無公害、無記憶效應、自放電小、工作溫度范圍高等優點逐漸地取代了電動車的市場成為當今電動車電池的主流。
鋰電本身的應用也很廣，從市場統計來看，鋰離子電池在電子產品方面主要是手機、筆記本電腦、數碼相機等便攜式數碼產品;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用。本文所研究的鋰電池不僅是一個新興產業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號在中國知網上檢索到1080篇有關論文，且近期論文的發表數量呈迅速增長態勢。圖1為1982年到2014年論文年數量年度分布圖。
這說明近十年來我國學者較為關注鋰電池方面的研究。譬如：中國科學院沈陽自動化研究所文獻情報中心徐睿（2013）發表的論文《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論文數量，并進行了分析，通過對航空用鋰離子電池領域研究論文的計量分析與研究挖掘、發明專利分析與技術領域挖掘發現該領域研究特點與趨勢。青島科學技術信息研究所管泉、厲娜等人于2014年發表的《基于Orbit專利數據庫的鋰電池全球創新資源分析》論文利用專利統計軟件Orbit從全球鋰電池專利數量、國別分布、技術領域以及主要專利權人等方面分析鋰電池專利現狀，揭示鋰電池全球創新資源的分布情況及特征，為國家、企業制定技術戰略布局提供決策參考。
2012年在《中國科學》發表了一篇《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年蔣斌發表的《鋰離子電池正極材料的發展現狀和研究進展》中講述了不同正極材料的優缺點，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將朝著一個多品種、多元化的方向發展，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、楊軍發表的《鋰離子電池硅復合負極材料研究進展》講述了硅基負極材料的優缺點，并說明了硅基負極材料在未來中成為最有潛力的下一代鋰離子電池負極材料之一。2011年吳凱等人發表的《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用領域擴展的主要原因之一。
筆者通過大量的閱讀文獻發現我國學者對于鋰電池的研究主要集中在鋰電池正負極材料進展、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方案。
三、鋰電池產業發展現狀
在國際上，鋰電池的研究和發明方面日本一直處于世界領先地位。自從索尼公司在1991年把鋰電池產業化以后，全世界的鋰電池產業基本上是日本人的。從1996年的數據上來看，全球生產的1.254億只鋰電池基本上都是日本生產的。根據不完全的統計，在1997年之后日本生產鋰電池的廠家就有19家，且其中有5家企業鋰電池月產量超過一千萬只，超過兩百萬只以上的大于5家。這些廠家不止生產液態鋰離子電池，還生產固態鋰離子電池。 在2000年之前，全球鋰電池95%都是日本生產的。近些年，由于中國、韓國以及歐美國家在鋰電池行業上的迅速崛起，日本獨占鋰電行業的局面已經被打破了，同時在鋰電行業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品的迅速發展，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材料的研發熱潮。
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。1997年底數據顯示韓國LG公司和STC公司的鋰離子電池的月產量就達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線。韓國最近幾年借助三星等代表的鋰電池產業的迅速發展，在便攜式移動電子領域已經領先了日本。韓國不僅注重對市場的占領，且在大型充電電池市場也持勢在必行的態度。而日本卻是在意動力電池上技術的突破，希望能夠在動力電池行業取得主宰地位。
歐美的一些國家雖然在研制和發明以及生產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驗，采用跨越式的發展方法，首先掀起了固態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，靠自己的設備來生產裝備鋰離子電池。根據不完全統計，歐美到目前為止制作鋰離子電池的工廠有20多家，其中液態電解質鋰離子電池有：Duracell、Polystor、美國Moli能源公司、德國Varta、波蘭ZEW公司等。生產固態電解質鋰離子電池的有：Ultra life UBI、combridge、鋰技術公司、moltech、3M公司等。
2011年3月美國總統奧巴馬表示，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）”，鼓勵企業在工作場所建設電動汽車充電設施。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“十二五規劃”指出，重點實現動力鋰電池隔膜在技術上的突破。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業以及鋰電在中國的發展。
四、我國鋰電池產業發展現狀——以杉杉科技為例
杉杉股份為生產鋰電池正負極材料代表企業之一，杉杉股份的子公司杉杉科技是具有自主知識產權的、國內規模較大的鋰離子電池負極材料生產企業，且杉杉科技生產的鋰離子負極材料指標還比國外某些產品優秀，還擁有自己穩固的銷售市場。
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、成立時間及主營業務等信息表，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。杉杉股份為生產鋰電池正負極材料代表企業之一，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年持續下滑，總市值從101.52億下滑到41.70億。2012年到2015年緩慢平穩上升，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年的數據可以看出來，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。經過筆者了解，2010年杉杉股份與戶田工業株式會社、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“關于資本合作及業務合作的備忘錄”，以進一步推動公司鋰離子電池材料產業的發展。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極規劃設計已完成，并拓展未來鋰離子電池負極材料發展的空間。2012年之后又平穩地上升。且在2014年的3月份，隨著鋰電池版塊的持續走強，杉杉股份漲停。一方面由于企業不斷地向鋰離子電池產業投資，另一方面國家關于新能源政策的紛紛出臺，預計在未來幾年里杉杉股份持上漲的趨勢。
五、總結
本文討論了在石油資源稀缺與環境問題的雙重壓力下，清潔可再生能源的出現顯得格外迫切與重要，而鋰電池憑借自身諸多優勢，如壽命長、安全、對環境造成的危害較少等脫穎而出。此外，其應用也十分廣泛，從各類便攜式數碼產品，到交通工具，再到國防軍事領域，都有較大的應用前景。近些年來，國內外學者有關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展，經營有關鋰電池產業的企業在世界范圍內都開始興起。本文以鋰離子電池負極材料生產企業——杉杉科技為典型案例，分析了其近年來的企業經營與發展情況，預計未來會有上漲的趨勢。
考慮到以上的諸多因素，筆者認為鋰電產業在未來會有較大的發展潛力與前景。
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