I.鋰電材料
以鋰離子電池化學而言，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業(yè)里磷酸鐵鋰還不是主流化學。
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主要是取其電壓平臺高、能量密度高的優(yōu)點。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，薛博士不完全認同。他認為鋰離子電池出現安全問題一半以上的原因是由于電池負極上的副反應引起，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品更安全。中國鋰電生產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，后來幾經輾轉到了巴斯夫公司手中。 因目前對磷酸鐵鋰的專利權的保護在中國尚較難以執(zhí)行，致使中國絕大部分的動力電池產品鋰電廠家既成事實地采取了磷酸鐵鋰作為主流化學的產品。與此同時，由于中國鋰電生產商的生產方式中與日韓廠商相比手動成分較多，故產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、自動化電池生產線無法適應這一市場需求。所以鋰電生產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)展到手動與關鍵部位自動化相結合的半自動工藝路線上。其最終得到鋰電產品的品質也明顯低于日韓企業(yè)全自動（或No touch）的產品。所以采取磷酸鐵鋰化學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，中國鋰電材料產業(yè)蓬勃發(fā)展已經取得了可喜的成就。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業(yè)所占份額為：正極（LFP、NCM、LMO、NCA） 56%， 負極（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（數據來自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極銷售的領頭羊?；仡欂愄厝鸬某砷L歷程，其中跨出國門走向世界的關鍵的一步是他們產品的品質得到了世界一流電池廠商如三星、LG、索尼、三洋等的認可。相信不久就會有更多的中國鋰電材料廠商走向世界！
II.電池的制造與設備
一個高水準的電池生產企業(yè)一般都具有優(yōu)秀的技術與管理人員、先進的生產設備、完備的公司體系。
鋰電制造工藝復雜（配料，攪拌，涂布，對輥，組裝，注液，化成，老化）主要工藝近30個，細分工藝近百。一步做不好，產品就有缺陷，薛博士強調，“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于事！”，要制造出高品質的電池，對生產的人員，機器設備，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注度非常不夠或不舍得花錢，尤其對生產環(huán)境的關注度不夠！盡管中國的電池制造設備在過去的15年內已經有了極大的完善，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了部分生產設備的自動化，但“真正意義上的全自動必須做到各生產環(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線基本沒有。因此要制造出具有高度一致性的高品質電池還是有困難的。由于產品品質存在不一致性，中國電池生產商采取的對策是將所生產出來的電池產品分成三至五個等級，高等級產品就買高價錢，低的就賣低價。甚至對客戶宣稱：“我們的產品都是經過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“標準”經過那么多道人為檢驗出來的“高品質產品”里不會混入低品質的產品嗎？被檢驗出來的低品質產品賣低價，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的產品的不自信，或不得已而為之。事實上，這種人為檢驗的標準制定就有問題。剛制造出來電池以容量與內阻作為標準來挑選電池，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。也就是說高品質產品是被制造出來的，不是能通過“檢驗”得到的。
談到電池的質量，這里我們不妨談一下 “電池的失效機制”。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)時變形會導致電池內部電流密度不均勻分布。這不均勻分布的電流又導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計中沒有考慮為電極在循環(huán)或大功率放電時可能產生的電極形變或電池膨脹留有余地。
電池生產企業(yè)自身完備的管理體系也是制造出高質量的電池產品的基本保障。公司是由工程、生產、人事、品質以及財務五個主要部門所組成。這些部門是在公司的管理體系下運作的。這包括：控制計劃、工藝流程、質量體系、生產操作規(guī)程、BOM、設備管理規(guī)范、供應鏈管理、生產管理、工程管理、客戶管理、財務管理、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企業(yè)的產品。這些體系的有無或有名無實將關系到他們能不能生產出具有高度一致性的電池產品。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，中國的電池設備生產企業(yè)已經有了長足的進步。在攪拌、涂布、對輥、電極制備、電池組裝、注液、化成等方面都出現了不少專業(yè)廠家。他們制造的設備與中國實際鋰電生產工藝相結合，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”的全自動生產線的廠家還沒見到。一條無縫鏈接的全自動生產線由各個廠家拼湊是難以做到的。這就要求生產線前后段各個設備廠家的多年的密切配合、協(xié)同作戰(zhàn)。這在當前中國的電池設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、手提電腦及其他便攜式設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該是電動車與儲能為代表的市場。在那些應用領域里鋰電池的安全性就將受到更嚴峻的挑戰(zhàn)。薛博士說，由于在實際應用中的電源系統(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遠不夠的。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計將影響電源系統(tǒng)的使用壽命。同時與外部應用連接的控制線路系統(tǒng)必須有能力把電源系統(tǒng)在實際應用時能量的進出調制在一個安全合理的范圍內以延長電源系統(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)比中國更先進強大，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，厚積薄發(fā)。同時他們生產手機、手提電腦等產品是他們自己的內銷市場。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。他們的工程技術人員忙于解決產品生產問題卻無法對鋰電各種課題進行深入透徹的研究。國家撥給的863,973項目研究經費對企業(yè)產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在發(fā)表學術文章，較多的力量放在科技前沿研究。學生來一撥走一撥，缺乏連續(xù)性。與企業(yè)結合太松散，不了解企業(yè)里工業(yè)生產的實際問題。
據中國化學與物理電源行業(yè)協(xié)會官網獲悉，現下中國的高端客戶大部分都采用日韓電池廠的產品（包括從日韓直接采購及從日韓在中國的生產基地采購），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，從而保證電池產品的一致性及安全性，這也是中國電池產業(yè)做大做強的必由之路，因此中國電池生產商必須積極與日韓企業(yè)爭奪市場。“明犯強漢者，雖遠必誅”，不爭就無法長治久安，國內企業(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，鋰電自動化生產就無法發(fā)展，中國鋰電產品在品質上就難以再上一層樓；2）引導并組建幾個有實力的鋰電研究機構對電池材料、電池設計、電源設計及其應用進行深入持久的研究。并組成方案公司為中國企業(yè)提供最好的生產方案。把錢用在刀刃上！否則中國電池產業(yè)就只能在低端市場靠低價血拼的方式苦苦掙扎。
（本文由中國化學與物理電源行業(yè)協(xié)會官網制作方鑫欏資訊采寫）