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：一個是以日韓為主的三元材料/錳酸鋰陣營，另一個是以中國和歐美為主的磷酸鐵鋰陣營。在事實上磷酸鐵鋰僅適用于大型動力電池。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。磷酸鐵鋰的銷售僅占全球正極材料的銷量的8-10%的事實說明了在整個鋰離子電池產(chǎn)業(yè)里磷酸鐵鋰還不是主流化學(xué)。
這兩大陣營選用三元材料或磷酸鐵鋰來制造電池，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高、能量密度高的優(yōu)點(diǎn)。但中國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。對于中國制造商的這一看法，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。中國鋰電生產(chǎn)商之所以傾向于使用磷酸鐵鋰制造電池的另一個原因是：磷酸鐵鋰的專利由美國德克薩斯大學(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斷其使用權(quán)，后來幾經(jīng)輾轉(zhuǎn)到了巴斯夫公司手中。 因目前對磷酸鐵鋰的專利權(quán)的保護(hù)在中國尚較難以執(zhí)行，致使中國絕大部分的動力電池產(chǎn)品鋰電廠家既成事實地采取了磷酸鐵鋰作為主流化學(xué)的產(chǎn)品。與此同時，由于中國鋰電生產(chǎn)商的生產(chǎn)方式中與日韓廠商相比手動成分較多，故產(chǎn)品的安全性較難保證。手動工藝的來源主要由于中國客戶的訂單量小、型號多變、自動化電池生產(chǎn)線無法適應(yīng)這一市場需求。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為主，逐步發(fā)展到手動與關(guān)鍵部位自動化相結(jié)合的半自動工藝路線上。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（或No touch）的產(chǎn)品。所以采取磷酸鐵鋰化學(xué)似乎在意識上多一層安全感。但是在事實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的“安全”是否值得？仍然還是一個有待商榷問題。
盡管如此，在過去的15年內(nèi)，中國鋰電材料產(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)所占份額為：正極（LFP、NCM、LMO、NCA） 56%， 負(fù)極（石墨、無定型碳、LTO） 63%，電解液 60% 和隔膜 32% 的不容忽視的規(guī)模（數(shù)據(jù)來自XY Zhang, 6th International Rechargeable Battery Expo, Battery Japan 2015）。其中深圳貝特瑞已在銷量上成為全球負(fù)極銷售的領(lǐng)頭羊?；仡欂愄厝鸬某砷L歷程，其中跨出國門走向世界的關(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。相信不久就會有更多的中國鋰電材料廠商走向世界！
II.電池的制造與設(shè)備
一個高水準(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，對輥，組裝，注液，化成，老化）主要工藝近30個，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濟(jì)于事！”，要制造出高品質(zhì)的電池，對生產(chǎn)的人員，機(jī)器設(shè)備，原材料，工藝流程以及環(huán)境控制（包括對空氣中水分以及粉塵的控制等）都有很高的要求，中國電池廠商長期以來對這些方面的關(guān)注度非常不夠或不舍得花錢，尤其對生產(chǎn)環(huán)境的關(guān)注度不夠！盡管中國的電池制造設(shè)備在過去的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“沒有金鋼鉆，別攬瓷器活”，中國的廠家目前只有部分廠家實現(xiàn)了部分生產(chǎn)設(shè)備的自動化，但“真正意義上的全自動必須做到各生產(chǎn)環(huán)節(jié)之間的無縫連接”。遺憾的是，目前中國的電池企業(yè)人工參與程度太高，真正意義上的全自動化生產(chǎn)線基本沒有。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，中國電池生產(chǎn)商采取的對策是將所生產(chǎn)出來的電池產(chǎn)品分成三至五個等級，高等級產(chǎn)品就買高價錢，低的就賣低價。甚至對客戶宣稱：“我們的產(chǎn)品都是經(jīng)過100% 全檢的！” 薛博士說：在這“全檢”的背后，客戶會問：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)過那么多道人為檢驗出來的“高品質(zhì)產(chǎn)品”里不會混入低品質(zhì)的產(chǎn)品嗎？被檢驗出來的低品質(zhì)產(chǎn)品賣低價，這對公司不是一種虧損呢？其實這種人為檢驗再分級定價的行為實則上是對自己所生產(chǎn)的產(chǎn)品的不自信，或不得已而為之。事實上，這種人為檢驗的標(biāo)準(zhǔn)制定就有問題。剛制造出來電池以容量與內(nèi)阻作為標(biāo)準(zhǔn)來挑選電池，這時的一致性與它們在實際使用過程中能夠保持一致性是兩碼事。如果電池制造出來時已有缺陷，它們在使用過程中的容量與電阻就會發(fā)散。也就是說高品質(zhì)產(chǎn)品是被制造出來的，不是能通過“檢驗”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。所以說泛泛地談“磷酸鐵鋰電池比三元材料電池更安全”是沒有道理的。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)時變形會導(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。電極在使用過程中的變形往往是由于電池的工程設(shè)計中沒有考慮為電極在循環(huán)或大功率放電時可能產(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)以及財務(wù)五個主要部門所組成。這些部門是在公司的管理體系下運(yùn)作的。這包括：控制計劃、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、客戶管理、財務(wù)管理、IP管理等等。對購買電池的客戶尤其是大客戶來說，他們根本就不會考慮購買沒有完善的管理體系的電池生產(chǎn)企業(yè)的產(chǎn)品。這些體系的有無或有名無實將關(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。
值得慶幸的是在過去近20年內(nèi)，中國的電池設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)已經(jīng)有了長足的進(jìn)步。在攪拌、涂布、對輥、電極制備、電池組裝、注液、化成等方面都出現(xiàn)了不少專業(yè)廠家。他們制造的設(shè)備與中國實際鋰電生產(chǎn)工藝相結(jié)合，價美物廉。但能夠全盤考慮、統(tǒng)籌兼顧地制造出全套“交鑰匙工程”的全自動生產(chǎn)線的廠家還沒見到。一條無縫鏈接的全自動生產(chǎn)線由各個廠家拼湊是難以做到的。這就要求生產(chǎn)線前后段各個設(shè)備廠家的多年的密切配合、協(xié)同作戰(zhàn)。這在當(dāng)前中國的電池設(shè)備商各自為政的情況下還是比較少見的。這可能需要行業(yè)協(xié)會來協(xié)調(diào)創(chuàng)造一個雙贏的環(huán)境。
III.電源系統(tǒng)（電池模塊+BMS+控制線路）
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。下一個更大的市場則應(yīng)該是電動車與儲能為代表的市場。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，由于在實際應(yīng)用中的電源系統(tǒng)是由多個電池組成模塊、再加上電池管理系統(tǒng)（BMS）以及控制線路系統(tǒng)組成。要保障這個電源系統(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)計將影響電源系統(tǒng)的使用壽命。同時與外部應(yīng)用連接的控制線路系統(tǒng)必須有能力把電源系統(tǒng)在實際應(yīng)用時能量的進(jìn)出調(diào)制在一個安全合理的范圍內(nèi)以延長電源系統(tǒng)的使用壽命。
所以，要保證一個電源系統(tǒng)在實際使用時的安全性遠(yuǎn)非僅保證電池材料或電池本身的安全性那么簡單。 保障電源的安全性是一個系統(tǒng)工程問題！能量雖然是由電池提供，但出現(xiàn)電源不安全問題的根本原因常常不能夠簡單地歸咎于電池本身的安全性！
IV.對我國鋰電行業(yè)發(fā)展的看法與建議
而問及為何日韓鋰電企業(yè)比中國更先進(jìn)強(qiáng)大，薛博士表示，三星，LG， 索尼，三洋，松下等成功企業(yè)都不是國有企業(yè)。但他們的共性是：都是電子產(chǎn)品界實力雄厚的跨國公司。他們在鋰電方面有 20-50年的研發(fā)基礎(chǔ)，厚積薄發(fā)。同時他們生產(chǎn)手機(jī)、手提電腦等產(chǎn)品是他們自己的內(nèi)銷市場。相比之下，中國的大部分鋰電企業(yè)屬私企，資金實力薄弱，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)問題卻無法對鋰電各種課題進(jìn)行深入透徹的研究。國家撥給的863,973項目研究經(jīng)費(fèi)對企業(yè)產(chǎn)品的升級換代作用不大。而中國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)的實際問題。
據(jù)中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會官網(wǎng)獲悉，現(xiàn)下中國的高端客戶大部分都采用日韓電池廠的產(chǎn)品（包括從日韓直接采購及從日韓在中國的生產(chǎn)基地采購），這對中國電池行業(yè)的壯大是不利的。電池市場只有靠這些大客戶才能夠帶動自動化電池生產(chǎn)，從而保證電池產(chǎn)品的一致性及安全性，這也是中國電池產(chǎn)業(yè)做大做強(qiáng)的必由之路，因此中國電池生產(chǎn)商必須積極與日韓企業(yè)爭奪市場。“明犯強(qiáng)漢者，雖遠(yuǎn)必誅”，不爭就無法長治久安，國內(nèi)企業(yè)一定要把本屬于自己的地盤奪回來！
對此，薛博士建議：國家或電池行業(yè)應(yīng)該1）在政策或渠道上為中國成規(guī)模的鋰電企業(yè)在國內(nèi)高端市場的切入方面創(chuàng)造條件。沒有這些高端市場，鋰電自動化生產(chǎn)就無法發(fā)展，中國鋰電產(chǎn)品在品質(zhì)上就難以再上一層樓；2）引導(dǎo)并組建幾個有實力的鋰電研究機(jī)構(gòu)對電池材料、電池設(shè)計、電源設(shè)計及其應(yīng)用進(jìn)行深入持久的研究。并組成方案公司為中國企業(yè)提供最好的生產(chǎn)方案。把錢用在刀刃上！否則中國電池產(chǎn)業(yè)就只能在低端市場靠低價血拼的方式苦苦掙扎。
（本文由中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會官網(wǎng)制作方鑫欏資訊采寫）