比亚迪有点“锰”锂电走中国特色路
近期，锂电池新技术方面消息不断，尤其是关于比亚迪正在研发磷酸铁锰锂电池的新闻引起行业内外媒体争相报道，“其实早在几年前天津斯特兰能源科技有限公司就开发出此产品并送比亚迪小样，现在已完成车间的中试和试生产。”该公司副总经理李积刚表示。王传福介绍，能量密度将较现有磷酸铁锂电池提升超过60%，达到三元材料水平，同时由于利用锰替代现有的钴、镍等高价金属，成本将大幅下降。据悉，LG集团旗下LG化学能源也正研发电动汽车电池，续航能力是目前市场上大部分电池的两倍。
天津斯特兰能源科技有限公司副总经理李积刚接受采访时表示，磷酸铁锰锂理论上容量与磷酸铁锂相同，为170mAh/g，但它相对于Li+/Li的电极电势为4.1V，远高于磷酸铁锂的3.4V，且位于有机电解液体系的稳定电化学窗口。4.1V的高电位使得磷酸锰锂具有潜在的高能量密度的优点，这是它相对于磷酸铁锂的最大优势，如果磷酸锰锂的实际容量发挥到与磷酸铁锂相同的程度，其能量密度将比磷酸铁锂提高35%，与电压相当的锰酸锂相比，其能量密度也可以提高20%以上。另外，磷酸锰锂原料成本低，对环境友好，因此电池和材料的市场前景非常广阔。
李积刚介绍，为解决磷酸锰铁锂的导电性问题，斯特兰采用包覆碳同时结合体相铁掺杂来制备出具有较高电化学活性的磷酸锰铁锂材料，材料的晶相结构完整。包覆碳在一方面抑制颗粒的长大，而减小锂离子的扩散距离，另一方面碳具有优良的导电性，有利于电子的传输，提高材料的电子电导率。体相掺杂铁，从根本上改善材料的导电性，从而获得更高的可逆容量和充放电效率。
李积刚说，目前斯特兰已完成车间的中试和试生产，中试效果比较理想：0.1C，克容量可达到132mAh/g，电压3.94V；在生产线批量试产后，0.1C克容量可达到128mAh/g，电压为3.96V，多次循环后，容量和电压无衰减现象。
业内人士认为，正极材料由于占锂离子电池制造成本比重超过40%，且性能直接决定锂电池整体性能，这将是锂电池技术突破的关键。从行业发展路径看，在锰酸锂、三元材料逐步抢占传统钴酸锂材料市场份额以及磷酸铁锰锂技术不断成熟背景下，锰系产品在正极材料中的应用比例提升趋势明显，结合我国电解锰产能全球占比超过90%，技术方向符合我国产业特点。
A股公司中，湘潭电化锰酸锂专用电解二氧化锰的技术水平不断提升，销量呈逐年上升的趋势；红星发展中报显示，高纯硫酸锰受下游锂电池产业快速发展影响，产销量大幅增长。
动力锂电池应用的中国特色：亟待隔膜国产
消费类锂电池出现新增长点,锂电未来发展转向动力电池。2013年,我国消费类锂电池市场需求为647.54万kWh,较2012年增长49.57%。增长主要来自新兴消费品的强劲需求,其中智能手机出货量为3.2亿台,同比增长64.1%,预计4G手机将在今年迎来爆发性增长;平板电脑出货量为1760万台,预计未来三年以40%-50%的强劲增速增长;移动电源国内销售火爆,销量在4950万台,增速高达70.69%,预计2015年国内移动电源市场规模将达340亿元。2013年,全球锂电池市场规模突破了5150.04万kWh,其中动力电池市场中电动交通工具占比增长到22.22%,较2011年涨幅超过100%;工业储能市场占比升至15.01%,较2011年增长了68%。预计到2015年,动力锂电池市场占比将超过50%,因此锂电池市场的未来还靠动力锂电池产业拉动。
我国动力锂电池下游应用有中国特色,产业政策不断利好。2014年我国在新能源汽车方面利好政策频出,规划到2015年产销量达到50万辆,到2020年达到500万辆;政府机关率先推广新能源汽车,采购比例不低于30%;对新能源汽车的购车补贴、限牌摇号放宽和购置税免征等政策还将带动私人市场“量”的提升。政策的利好体现在销量上,2014年上半年我国新能源汽车销量2.05万辆,同比增长220%,预计全年产量有望超过5万辆。除此之外,电动自行车和低速电动车或将成为我国特色的电动交通化发展之路。2013年我国电动自行车锂电池需求约为155.52万kWh,占比超过50%,增速高达87%,超越市场预期。低速电动车在山东、江苏、河南等地推广迅速,甚至可以开始挂牌程序,预计未来增速在175%左右。
动力锂电应用推广成本是障碍,隔膜国产化或为解决之路。业内人士认为锂电成本要降到一半左右才有利于其推广,而动力锂电隔膜是四大材料中唯一没有实现国产化的,国产隔膜产品质量、市场推广都和国际龙头存在差距。2013年我国对隔膜的需求量(包括本土和进口的)为5.38亿平方米,约为国内产量的1.8倍,其中低端产品过剩,价格战激烈,高端产品依赖进口。但国产隔膜拥有价格优势,国内外锂电池制造企业出于成本压力,都在试图导入。今年上半年国内锂电池隔膜销量为1.61亿平方米,同比增长41%。未来,行业将进入资源整合阶段,部分低端过剩产能将被淘汰。因此,我们看好资本雄厚、科研实力强大、生产经验丰富、已先行进入知名电池企业供应链的隔膜企业,这些企业将形成进口替代,随锂电下游飞速发展而行业上行。
工信部力挺锂电业石墨烯革命正在发生
知情人士向笔者透露，随着石墨烯技术与应用的推进，在此前863项目扶持的基础上，相关部门正在考虑对石墨烯材料和应用加码扶持，其中工信部等相关部门正在考虑统筹研究石墨烯材料，而石墨烯材料也有望进入新材料“十三五”规划。
此前在编制新材料产业“十二五”发展规划时，石墨烯产业应用前景并不明朗，因此没有把石墨烯作为重点。随着技术的推进，业内已经达成初步共识，石墨烯材料与产业化革命已经处于突破的前夜。
北京碳世纪科技有限公司相关人士对笔者表示，不能对石墨烯新材料产业化的进程过于“苛刻”。“石墨烯的工业化生产手段虽然已经找到，但还在进行工业化生产的前期准备，并未实现真正意义上产业化、工业规模化生产。石墨烯的产业化进程仍面临较长周期。”
在产业化方面，碳世纪公司相关专家认为超级电容器和柔性透明电极材料将是石墨烯应用较快的两大领域。而随着工信部、科技部等部委相关扶持政策的落地，石墨烯产业化的脚步也有望提速。
锂电池迎来“碳”时代：石墨烯效力惊人
没有震耳欲聋机器冲压钢板的声音，也没有火花四溅的汽车焊装线，与常见的汽车装配工厂完全不同，在德国一家知名汽车企业在莱比锡的电动汽车制造工厂，记者见到的是另一番景象。
这里生产的电动汽车，采用铝合金做底盘、碳纤维做车身、塑料注塑件做蒙皮，没有传统的电焊工艺，车身是用特制的胶水粘起来的。这是一个没有冲压车间和焊接车间，完全采用新材料、新技术、新工艺生产新能源汽车的工厂。没有噪声的车间作为这家德国豪华车企的第一款纯电动汽车，其装配了一组22千瓦时的锂离子电池和一台电动机，最大功率170马力，峰值扭矩250牛米。其最高车速可达150公里/小时，续航里程在150公里左右。这款电动车使用家用220V电源充电，8小时可充满。而利用专用充电装置下充电只需1个小时。与一些电动车采取与传统能源车相同的制造工艺不同，这款车采用了大量新材料，其中最具看点的是用碳纤维材料制作的车身——其重量仅为铁的四分之一，强度却是铁的10倍。通常情况下，车身自重约消耗70％的燃油，因此降低汽车油耗的首要问题就是减轻汽车自重。日本的碳纤维制造协会曾经做过一个关于碳纤维生命周期的测试，采用碳纤维加固的汽车因减轻了自身重量，不仅燃料应用效率极大提高，而且间接地降低二氧化碳排放。同时，还能提升电池的续航能力并降低电力消耗。这种碳纤维增强复合材料，由该汽车公司和德国西格里公司联合开发，以基于聚丙烯腈的热塑性纺织纤维为原材料，在一定的压力和温度下，转化成极为细长的碳纤维丝线，最后再经过相应的氧化和碳化处理，形成碳纤维车身材料。
记者在莱比锡工厂车间里看到，车身的各个碳纤维部件单独成型后，再用特制的胶水粘贴起来。机器人在娴熟地涂抹胶水、自动更换涂胶水的海绵头——没有噪音、没有火花。装配车身使用的胶水也是特制的，可以快速硬化，仅仅用几秒钟就可以把两个部件牢牢地粘合在一起。而这种胶水的配方至今还是机密。采用碳纤维车身和塑料蒙皮的这款纯电动车安全性如何？莱比锡工厂方面介绍说，经过测试，其安全性能丝毫不逊色于传统能源汽车，而且在行人保护方面更有意想不到的效果。未来豪华电动车的标配据日本东丽经营研究所统计数据，碳纤维的全球市场需求在2011年约为4万吨，其中用于汽车的碳纤维为2000吨左右。而这一数字自2015年左右起将不断扩大，到2020年将达到数万吨。德国西格里公司是世界上最大的碳和石墨产品生产商，在汽车零部件供应领域具有重要的战略地位，该公司在美国西雅图拥有一家生产碳化纤维的合资公司。
2011年11月，宝马汽车宣布购入西格里15.16%的股份，在之后不到一个月的时间内，宝马又再度增持西格里15.7%的股份。2012年，宝马宣布联手美国波音特种公司共同开发碳纤维技术，分别用于各自的汽车和特种制造行业。2013年，美国《商业周刊》报道称，宝马在美国华盛顿州再度投资1亿美元用于生产该公司电动车的碳纤维材料。在亚洲，日本东丽、丰田和东京大学等已经在联手开发全面采用重量轻、强度高的碳纤维汽车，推进加工技术等的研究。预计最早到2020年，重量减轻6成、安全性更高的新能源汽车将全面投入实际应用。据《日本经济新闻》报道，向波音787客机提供碳纤维增强树脂基复合材料的日本东丽集团，于2012年斥资近700亿日元，收购了世界碳纤维排名第三的美国卓尔泰克公司，东丽藉此一跃成为全球最大的碳纤维供应商，将产品的全球份额提高到30%。目前，碳纤维的最大缺点是价格相对昂贵，是钢铁价格的数倍到数十倍，因此普及率低。东丽并购卓尔泰克，旨在开拓廉价碳纤维领域。在东丽的带领下，全球第二大碳纤维厂商日本帝人和第四大厂商日本三菱丽阳，也已经开始扩大产能。业内人士分析指出，碳纤维复合材料在汽车中应用的前景可期，特别是在豪华车和超豪华车的细分市场。碳系，“后摩尔时代”的接班者碳纤维只是碳系家族的一个成员，石墨烯也是碳系家族的一员。将石墨烯运用于锂离子电池，充满一次手机电池大概只需要5秒钟；特斯拉纯电动汽车，充一次电只需5分钟左右。而由石墨烯片层卷曲形成的碳纳米管，也是制造电动车电池的新材料之一。斯坦福的研究人员便成功实现了这一点，他们设计出新的纳米结构，可以极大地增加可充电的次数，足以满足很多商业应用。而沃尔沃汽车已成功研发出采用新蓄电材料的原型车。这种蓄电材料是由多层的碳纤维以及树脂聚合物构成，每一夹层中又有纳米结构的电池以及电容。用超级电容器板替代发动机盖和扭力杆的组合，沃尔沃的工程师就能够替换掉为车载电子供电的12伏电池，同时把重量减半。
碳的概念有多少吸引力？去年发生在英国的一种现象或许可以佐证。当时，英国金融监管机构曾发布警告称，“可疑”的公司盯上了消费者，向他们兜售投资石墨烯的机会。在这一现象的背后，是石墨烯吸引了市场的炒作。事实上，石墨烯自被发现以来，迅速成为全球各国政府、科研机构和跨国企业竟相投入巨资开发的超级材料。欧盟委员会将石墨烯列为仅有的两个“未来新兴技术旗舰项目”之一，提供10亿欧元用于资助石墨烯材料研究。
中国在《新材料产业“十二五”发展规划》中明确提出积极开发石墨烯材料。海外媒体观察指出，各国对于碳材料的关注立足点各不相同。美国致力于碳纳米管的研究，而欧洲专注于石墨稀的实用化，中国则在碳纳米管和石墨稀两方面推进研发和实用化。在碳材料的纳米技术方面，中国处于全球领先地位。有调查表明，拥有石墨稀相关专利数量最多的是中国，其次是美国和韩国。碳系的黄金时代已经到来，上个世纪，戈登·摩尔大胆预言了硅的盛行，如今硅材料渐渐显示出短板，碳开始成为“后摩尔时代”的接班者之一，成为各方资本和产业巨头追逐的对象。而未来的汽车，将可能不再是钢铁造了。
各方发力石墨烯革命正在发生
石墨烯，这个在人们眼中比较生僻的名词最近因为一条新闻“走红”。新闻报道称，鉴于石墨烯所蕴含的无限应用潜力，三星、苹果和谷歌公司开始积累各种与石墨烯有关的专利，未来的竞争之战已在实验室打响。
三大巨头公司的未雨绸缪不无道理。作为目前已知的世上最薄、最坚硬、导电性最好而且拥有强大灵活性的纳米材料，石墨烯成为制造灵活显示屏、可穿戴设备以及其它下一代电子设备的理想材料，未来在触摸屏、传感器、蓄电池等领域的应用充满了想象。
比如，通过它制造出可弯曲的智能手表、可折叠成智能手机的平板电脑、15分钟便充好电且续航能力达500公里的电动车蓄电池，等等。
“一场材料领域的‘革命’正在发生。”昨天上午，石墨烯的发现者和诺贝尔奖获得者AndreGeim教授在深圳向记者表示，预计三五年之内，石墨烯会有一个惊奇的应用。
“石墨烯时代”离我们还有多远？石墨烯对目前的产品有哪些颠覆性的改变？石墨烯与深圳的产业关联度如何？深圳对它的研究和产业化现状如何？在“2014石墨烯高峰论坛”上，记者就此进行了采访。
应用空间无限大
三星苹果谷歌已着手“储备”专利
AndreGeim教授在论坛上介绍，石墨烯是最薄、比表面积最大、最强、最硬、热导率最高、室温下平均自由程最长、载流子迁移率最高的二维纳米材料，具有独特的隧道效应、光学性质、渗透性质等特性。石墨烯材料可以广泛应用于锂离子电池、超级电容器、太阳能电池、生物质材料、传感器、超高频电子及光电子设备、药物载体，同时可以用作触摸屏、保护膜、选择性过滤渗透膜等。
媒体日前发表报道称，石墨烯因为其本身的特质，很可能成为未来的神奇材料，并在硬件设计和制造业中引起新一轮革命。由于它可以让设备变得更薄更柔软，彭博社认为它可能成为苹果和三星的下一个战场。
目前苹果、三星和谷歌貌似已经在竞争收购，欲将这种材料用于移动和可穿戴设备中的相关知识产权都收入囊中。据预测，到2016年全球移动设备销量将高达8470亿美元，未来五年可穿戴设备的销量将高达190亿美元。掌握了石墨烯的开发技术就成为公司未来在电子设备市场发展的关键。
对未来电动汽车的运用或产生革命性影响
清华大学深圳研究生院近年来在石墨烯的基础研究和产业化发展探索方面做出了较大突破。该院院长康飞宇教授向记者介绍，他的研究团队主攻石墨烯在镍锌电池体系的应用，主要瞄准动力电池和新能源储能电池两个方面。目前实验已经取得很好的结果，正准备申请美国、中国的专利技术。
“我们要研究一种‘绿色电池’，用来取代现在的铅酸蓄电池。”康飞宇说，传统的铅酸蓄电池具有污染、寿命短等缺点，新型镍锌电池的特点是便宜、耐用、安全、容量高，而且充电时间可以大大缩短，这对未来电动汽车的普及将是革命性的影响，因为15分钟完成充电、续航500公里不是不可能的事，完全可以解决目前电动车推广中遇到的电池这一核心难题。
产业化还在路上
欧盟投资10亿欧元启动石墨烯旗舰项目
出席论坛的瑞典查尔姆斯理工大学教授JariKinaret是欧盟石墨烯旗舰项目总协调人。他介绍说，2013年，欧委会通过决定，投资10亿欧元、期限10年，启动了欧盟未来新兴技术(FET)石墨烯旗舰项目，旨在把石墨烯和相关层状材料从实验室带入社会，为欧洲诸多产业带来一场革命，促进经济增长，创造就业机会。石墨烯旗舰项目由瑞典查尔姆斯理工大学牵头、欧盟15个成员国的100多个研发团队组成，其中包括4名诺贝尔奖得主。
两三年内价格将从“黄金价”降到“白菜价”
对于石墨烯的产业化，康飞宇教授认为“还在路上”。近期来讲，要重点解决低成本和规模化生产这两大问题。
康飞宇说，低成本预计明年便可实现。石墨烯目前的价格贵过黄金，最便宜的也要500元/克，但一年之后，就可以降到50元/克，再过两年，可能就降到1～5元/克的“白菜价”。在工业化方面，目前通过天然石墨剥层等技术，石墨烯的生产已经接近量产的水平，未来两三年内，便可大规模应用在电池、导电、导热等材料领域，替代现有的材料。
他表示，实验室关于这些方面的应用已经做得很好，正往规模化应用发展。从远期来讲，在触摸屏、传感器等器械上的大规模应用还需要三到五年时间，目前这方面的研究仍停留在实验室阶段。
研发热潮已显现
中国国内专利申请数量占全球一半以上
康飞宇教授说，2004年，AndreGeim教授和他的学生发现石墨烯，到2010年两人因此获得诺贝尔奖，只有6年时间。之后，世界范围内对它的研究、应用、投资快速升温。
欧盟石墨烯旗舰项目总协调人JariKinaret教授用“热火朝天”来形容目前中国人对石墨烯的研发。据他了解，世界各国对于专利申请的门槛不一，但单从数量上讲，中国大陆申请石墨烯技术的专利占到了全球的50%以上。
深圳不妨冷静做好战略布局
石墨烯是新兴的新材料产业中重要成员之一，在我市近年来蓬勃发展的新能源、电子信息、生物材料、导热材料以及复合材料领域都具有广阔的应用空间。石墨烯与我市现有产业具有良好的契合度，为相关企业的升级换代和产业结构升级提供了契机。
康飞宇和他的团队曾对深圳的石墨烯市场做过调研。调研显示，目前深圳有十来家中小企业正在从事石墨烯的生产应用，研究机构大概十家。但相比于国内无锡和常州等在石墨烯的开发和应用走在前列的几个城市，我市的石墨烯产业基本都处于研究阶段，没有形成规模化，产业化进程较慢。
康飞宇认为，这与我市众多企业和机构对石墨烯的认识不足，对下游技术开发和市场需求的反应较慢具有重要的关系。
康飞宇希望深圳在石墨烯热下面要有冷思考。他说，目前全世界对石墨烯的研究和产业化都处在起步阶段，真正离市场化还有一段距离，不宜盲目投资。当前，首先要把基础研究做好，再做投资、规模化生产。对于市政府来说，目前首要的任务并不是“跟风”扶持，而是应该冷静地进行战略布局。
他说，市政府要做的是引进人才，搭建工程中心和实验室，做好市场引导，这对企业都是帮助和支持。
