齊穎 馬曉璇 楊曉麗

新能源材料是在環(huán)保理念推出之后引發(fā)的對不可再生資源節(jié)約利用的一種新的科技理念，新能源材料是指具有能量儲存和轉(zhuǎn)換功能的，可以支撐新能源發(fā)展的功能材料或結(jié)構(gòu)功能一體化材料。新能源材料具有以下幾個特點：新能源材料可以有效進行能量轉(zhuǎn)換；新能源材料可以增加能源利用的新途徑。新能源材料的基礎(chǔ)仍然是材料科學與工程基于新能源理念的演化與發(fā)展，研究的范圍涉及金屬、陶瓷、高分子材料（如塑料）、半導體以及復合材料。

新能源材料產(chǎn)業(yè)是形成的具有同一屬性的企業(yè)的集合。它建立在新能源材料技術(shù)基礎(chǔ)之上，開發(fā)生產(chǎn)新能源材料產(chǎn)品，包括新能源材料及其相關(guān)產(chǎn)品和技術(shù)裝備，是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的重要組成部分。新能源材料對新能源的發(fā)展起到了重要作用：①促成新能源系統(tǒng)的誕生，提高了新能源系統(tǒng)的效率；②直接影響著新能源系統(tǒng)的投資與運行成本。

新能源前沿材料主要分為6大類，包括太陽能材料、核材料、風能材料、鋰離子電池關(guān)鍵材料、燃料電池材料、儲氫材料。經(jīng)過前期調(diào)研分析北京新能源前沿材料發(fā)展情況，太陽能材料方面：太陽能材料領(lǐng)域?qū)儆谀芎妮^高項目，在北京只有示范性項目的鋪設(shè)點，在北京發(fā)展優(yōu)勢不明顯，如能解決能耗及污染等問題可在北京發(fā)展布局；核材料方面：北京的基礎(chǔ)研究優(yōu)勢明顯，北京有研科技集團有限公司（簡稱“有研科技”）有色金屬研究院、核工業(yè)北京地質(zhì)研究院等單位；風能材料方面：風能葉片不好降解，北京環(huán)保要求較高，北京優(yōu)勢企業(yè)中材科技風電葉片科技有限公司已搬遷至邯鄲，因此北京發(fā)展風能材料產(chǎn)業(yè)困難較大；鋰離子電池材料方面：北京在新能源汽車領(lǐng)域發(fā)展優(yōu)勢明顯，政策上有《中共北京市委、北京市人民政府關(guān)于印發(fā)加快科技創(chuàng)新構(gòu)建高精尖經(jīng)濟結(jié)構(gòu)系列文件的通知》中明確有提出發(fā)展新能源汽車領(lǐng)域，鋰離子電池材料是新能源汽車的重要組成部分，同時北京擁有鋰離子電池材料行業(yè)領(lǐng)域企業(yè)北京當升材料科技股份有限公司，因此鋰離子電池材料在北京開展全產(chǎn)業(yè)鏈布局具有較大優(yōu)勢；燃料電池方面：北京一直在新能源汽車領(lǐng)域具有發(fā)展優(yōu)勢，根據(jù)《北京市加快科技創(chuàng)新發(fā)展新材料產(chǎn)業(yè)的指導意見》，建議北京可以在房山區(qū)布局相關(guān)產(chǎn)業(yè)；儲氫材料方面：儲氫材料較其他能源材料相比，污染較少、能耗較低領(lǐng)域，同時北京在該領(lǐng)域基礎(chǔ)研究優(yōu)勢明顯，包括有研科技、北京科技大學、清華大學等，同時已有北京浩運金能科技有限公司等產(chǎn)業(yè)化企業(yè)，建議北京可以大力發(fā)展儲氫材料。

綜上，本文基于對北京新能源前沿材料進行梳理分析，并力爭尋找到適合北京重點發(fā)展的新能源前沿材料發(fā)展方向，因此本文將重點介紹較適合北京發(fā)展的鋰離子電池關(guān)鍵材料、燃料電池材料、儲氫材料3個新能源前沿材料方向。

1 鋰離子電池關(guān)鍵材料

鋰離子電池的性能主要由其所用電池內(nèi)部材料的結(jié)構(gòu)和性能來決定，包括電解液、正極材料、負極材料和隔膜等。而鋰離子電池的正、負極材料的選擇和質(zhì)量直接決定了鋰離子電池的性能與價格，正極材料的成本大約占整個電池成本的40%左右。由于目前的碳材料發(fā)展比較成熟，一般選用碳材料作為負極材料。而新的負極材料的研究方向是非碳極材料（例如鈦酸鋰）。制約鋰離子電池性能進一步提高、價格進一步降低的重要因素是正極材料的開發(fā)。對鋰離子動力電池尤其如此。在鋰離子電池正極材料方面，研究最多的是具有α—NaFeO2型層狀結(jié)構(gòu)的LiCoO2、LiNiO2和尖晶石結(jié)構(gòu)的LiMn2O4及它們的摻雜化合物。鋰離子電池負極材料方面，商用鋰離子電池負極材料碳材料以中間相碳微球（M C M B ）和石墨材料為代表。

1.1 代表企業(yè)

北京鋰離子電池關(guān)鍵材料的代表企業(yè)主要有：

1.1.1 北京神州巨電新能源技術(shù)開發(fā)有限公司

北京神州巨電新能源技術(shù)開發(fā)有限公司2007年8月成立于北京中關(guān)村高科技園區(qū)，注冊資金1億元，是新材料企業(yè)的代表之一，具有國際先進、國內(nèi)領(lǐng)先的高安全單體超大容量、固態(tài)聚合物、動力鋰電池規(guī)?；a(chǎn)工藝技術(shù)。也是國際具有智能動力鋰電池產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)、純電動汽車（公交車）集成、智能化動態(tài)實時能源管理技術(shù)、純電動汽車運營管理商業(yè)化模式等全產(chǎn)業(yè)鏈核心技術(shù)企業(yè)之一。2016年投資25.8億元建32億Wh單體大容量、固態(tài)聚合物、動力鋰電池規(guī)?；a(chǎn)基地。神州巨電首創(chuàng)獨特的鋰電池產(chǎn)品已成功地應(yīng)用于國防裝備和純電動汽車、大巴車、移動基站和風能、太陽能儲能等領(lǐng)域。

1.1.2 北京創(chuàng)亞動力電池研發(fā)有限公司

北京創(chuàng)亞動力電池研發(fā)有限公司位于北京中關(guān)村科技園區(qū)昌平園，是一家專業(yè)致力于鋰離子電池關(guān)鍵材料的研發(fā)、生產(chǎn)和經(jīng)營的高新技術(shù)企業(yè)。公司總投資5 000萬元，在國內(nèi)建有2個具有業(yè)內(nèi)先進技術(shù)工藝的生產(chǎn)工廠，具有年產(chǎn)鋰離子電池負極材料1 500t，電解液1 000t的生產(chǎn)能力。生產(chǎn)的負極材料包括中間相碳微球系列（MBG）、改性天然石墨（GNMG）系列、改性人造石墨系列（GHMG）和人造石墨系列（HSG）等10余個品種。生產(chǎn)的電解液產(chǎn)品包括普通型電解液、功能型電解液、動力型電解液等，能夠為鋰離子電池生產(chǎn)企業(yè)量身設(shè)計市場需求的各種功能型電解液：如長壽命、高倍率、鋁塑膜包裝電池高溫防氣脹、過充型、阻燃型電解液以及與鋰離子動力電池新型正負極材料相匹配的電解液等。

1.1.3 北京當升材料科技股份有限公司

北京當升材料科技股份有限公司（以下簡稱“當升科技”）是國內(nèi)鋰電正極材料的龍頭企業(yè)之一，以新能源材料研發(fā)和生產(chǎn)為主，率先成為國內(nèi)出口鋰電正極材料的供應(yīng)商，與全球前6大鋰電巨頭建立了穩(wěn)定的合作關(guān)系。公司于2010年4月成功登陸創(chuàng)業(yè)板，并于后期涉足負極材料領(lǐng)域，成為國內(nèi)前沿的動力鋰電正極材料供應(yīng)商。

2018年，當升科技新品開發(fā)卓有成效，多系列高鎳產(chǎn)品全面推向市場。同時，加快高鎳多元材料新品開發(fā)，形成了高容量、高壓實、高電壓、單晶形貌且性能穩(wěn)定的多系列高鎳產(chǎn)品體系。目前，公司組織專門團隊加大固態(tài)鋰電材料和富鋰錳基材料的開發(fā)，并與國內(nèi)科研機構(gòu)就上述前瞻性材料的開發(fā)建立創(chuàng)新聯(lián)合體，也為歐、美以及國內(nèi)等多個具有固態(tài)鋰電領(lǐng)先技術(shù)的國際知名公司和科研機構(gòu)進行配套開發(fā)，目前已完成對國內(nèi)外多個客戶送樣，產(chǎn)品性能獲得廣泛認可，后續(xù)將繼續(xù)開展合作開發(fā)，推動科研成果高效產(chǎn)業(yè)化。

1.2 發(fā)展建議

1.2.1 政府引導資金支持鋰離子動力電池技術(shù)研究

依托優(yōu)勢單位，支持開展鋰離子動力電池共性制備技術(shù)研究，以戰(zhàn)略需求為導向，開展鋰離子動力電池應(yīng)用性研究與產(chǎn)品開發(fā)；以民生和產(chǎn)業(yè)需求為導向，開展其他鋰離子動力電池應(yīng)用性研究。

1.2.2 成立鋰離子動力電池全產(chǎn)業(yè)鏈聯(lián)盟

聯(lián)盟成員將由鋰離子動力電池全產(chǎn)業(yè)鏈的上下游科研單位、企業(yè)組成，有別于目前國內(nèi)廣泛存在的同領(lǐng)域成員組成的聯(lián)盟模式。產(chǎn)業(yè)鏈聯(lián)盟有利于目標一致、減少競爭，利益共享，形成利益捆綁、鏈條式產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，有益于鋰離子動力電池整體推進。

1.2.3 大力發(fā)展電池回收市場

鋰離子動力電池的電池回收市場規(guī)模巨大，而電池置換成本較高，因此建立完善妥善的回收機制，合理的回收定價，同時監(jiān)管層需注意規(guī)范電池回收市場運營，加強配套鼓勵行業(yè)發(fā)展的優(yōu)惠政策，電池回收市場將得到有效發(fā)展。

1.2.4 大力推進全固態(tài)電池、鋰硫電池等下一代電池技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化進程

全固態(tài)電池技術(shù)被認為是電池技術(shù)的未來，采用全固態(tài)電池技術(shù)可大幅度提高電池的安全性能，同時提升電池的能量密度，世界各大廠商紛紛布局。寶馬公司在2017年2月宣布2026年將公布采用固態(tài)電解質(zhì)的突破性車載電池技術(shù)，將有利于降低重量，提高電池安全性。

當前國內(nèi)鋰離子電池關(guān)鍵材料已經(jīng)基本配套，為我國離子電池產(chǎn)業(yè)的更大發(fā)展創(chuàng)造了有利條件。

2 燃料電池材料

燃料電池不同于蓄電池，它是直接將燃料中的化學能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，且所用的燃料清潔無污染。傳統(tǒng)的燃料電池的燃料多為氫氣，反應(yīng)后的產(chǎn)物是水，不產(chǎn)生一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫、二氧化氮等污染性氣體。燃料電池根據(jù)所用電解質(zhì)的不同，分為堿性燃料電池、質(zhì)子交換膜燃料電池、熔融碳酸鹽燃料電池、磷酸鹽燃料電池、固體氧化物燃料電池。

日韓等汽車巨頭在氫能源汽車領(lǐng)域涉足較早，包括現(xiàn)代ix35 FCV、NEXO、本田Clarity、豐田Mirai等。相比純電動汽車而言，氫燃料電池汽車具有“充氫時間短，續(xù)航持久”的特點。未來，韓國、日本也都紛紛對5～10年后的氫燃料電池乘用車做了具體規(guī)劃與展望。氫能源車產(chǎn)業(yè)正吸引越來越多的車企。

我國很早就形成了以大學研究院為主體的氫能源燃料電池研發(fā)機構(gòu)，并為汽車應(yīng)用打下了一定基礎(chǔ)。企業(yè)中，上汽集團推出了榮威950插電混動燃料汽車，長城汽車此前也收購了上海燃料電池汽車動力系統(tǒng)有限公司51%的股權(quán)，并計劃在2022年推出首款氫燃料電池汽車；在商用車領(lǐng)域，宇通和福田的氫燃料電池客車已經(jīng)得到實際應(yīng)用，中國重汽也研制出了3款氫能源燃料車型。2018年，常州國家高新區(qū)引進安泰創(chuàng)明新能源材料項目，簽訂關(guān)于氫燃料電池及氫能利用產(chǎn)業(yè)投資合作的框架協(xié)議，大力推動常州氫能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。2019年西安新建10億規(guī)模氫堆產(chǎn)業(yè)基地，是國內(nèi)首個規(guī)?；a(chǎn)業(yè)落地項目，總投資 10億元，可年產(chǎn)5萬臺氫燃料發(fā)動機。

2.1 代表企業(yè)

北京燃料電池相關(guān)的代表企業(yè)主要有：

2.1.1 北京動力電池研究中心

北京動力電池研究中心是北京有色金屬研究總院（以下簡稱“有研總院”）下屬二級單位，成立于2010年9月，是由有研總院從事鎳氫電池及材料、鋰離子電池及材料、燃料電池材料、電池檢測技術(shù)與裝備等研究室組建而成。技術(shù)成果實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，其中鋰離子動力電池成果轉(zhuǎn)讓后實現(xiàn)產(chǎn)能5億Wh（約占全國10%），氫氧化鎳材料實現(xiàn)產(chǎn)能約占全國50%、貯氫合金材料占全國40%。

2.1.2 北京億華通科技股份有限公司

北京億華通科技股份有限公司作為中國氫燃料電池發(fā)動機先行者和領(lǐng)導者，自2004年以來，始終專注于氫燃料電池發(fā)動機研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化，致力于打造國際最具實力的氫燃料電池發(fā)動機制造企業(yè)。

2016年，北京億華通科技股份有限公司在新三板正式掛牌，成為“中國氫能第一股”，實現(xiàn)了中國氫能公司在資本市場的零的突破。氫燃料電池發(fā)動機及與之配套的DC/DC、整車控制器、氫系統(tǒng)等。

2.1.3 北京氫璞創(chuàng)能科技有限公司

北京氫璞創(chuàng)能科技有限公司成立于2010年，是一家致力于新能源市場化的創(chuàng)新型企業(yè)，是國內(nèi)在商業(yè)運營及技術(shù)創(chuàng)新上最成功的燃料電池公司之一。自成立以來，氫璞創(chuàng)能一直致力于水冷燃料電池和甲醇制氫技術(shù)的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，是為數(shù)不多的擁有核心技術(shù)自主知識產(chǎn)權(quán)及產(chǎn)業(yè)化技術(shù)的燃料電池廠家，開展水冷燃料電池和甲醇制氫技術(shù)的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化。北京氫璞創(chuàng)能科技有限公司已與國達氫能源科技有限公司簽署了價值1.2億元的500套30kW車用燃料電池電堆訂單，并將在2017年底前陸續(xù)交貨裝車。這些燃料電池電堆將被安裝在氫璞創(chuàng)能與國內(nèi)多家一流整車廠共同合作開發(fā)的燃料電池客車與燃料電池物流車上，并在多地的公交線路和物流園內(nèi)運營。

2.2 發(fā)展建議

《中國制造2025》提出“到2020年，燃料電池堆壽命達到5 000h，功率密度超過2.5kW/L，整車耐久性到達15萬km，續(xù)駛里程500km，加氫時間3min，冷啟動溫度低于-30℃；2025年，燃料電池堆系統(tǒng)可靠性和經(jīng)濟性大幅提高，和傳統(tǒng)汽車、電動汽車相比具有一定的市場競爭力，實現(xiàn)批量生產(chǎn)和市場化推廣。”因此，在國家政策影響下，預計未來我國在燃料電池領(lǐng)域具有較廣闊發(fā)展空間。

2.2.1 立足氫燃料電池汽車發(fā)展優(yōu)勢領(lǐng)域

從技術(shù)特點來看，純電動汽車適用于城市、短途、乘用車等領(lǐng)域，而氫燃料電池汽車可能更適用于長途、大型、商用車等領(lǐng)域，因此依托其技術(shù)優(yōu)勢，下游應(yīng)用產(chǎn)業(yè)可以聚焦在長途車、大型車及商用車。

2.2.2 完善新能源汽車扶持政策

在政策上對動力電池、燃料電池汽車等研發(fā)給予支持，逐步開展智能網(wǎng)聯(lián)汽車示范試點，加大對新增及更新公交車中新能源汽車比例的考核力度。

2.2.3 加強質(zhì)子交換膜燃料電池新材料的研發(fā)和生產(chǎn)

質(zhì)子交換膜燃料電池是最接近商業(yè)化的一種燃料電池，最有希望作為未來電動汽車的發(fā)動機，全球幾乎主要的汽車生產(chǎn)商都在致力于燃料電池汽車的開發(fā)。僅在小型電源領(lǐng)域，全世界已經(jīng)有超過15萬套燃料電池交付使用，總功率超過了15MW，其中96%是質(zhì)子交換膜燃料電池。

2.2.4 重點投資燃料電池汽車的研發(fā)和生產(chǎn)

根據(jù)中汽協(xié)對外公布的數(shù)據(jù)，2018年上半年新能源汽車產(chǎn)銷量分別完成41.3萬輛和41.2萬輛，比上年同期分別增長94.9%和111.5%，新能源汽車市場發(fā)展態(tài)勢持續(xù)向好。隨著大氣環(huán)境問題的日趨嚴重及能源替代品需求的不斷上漲，國家及相關(guān)政府部門繼續(xù)保持對新能源汽車行業(yè)的扶持力度，長期來看整個行業(yè)發(fā)展仍處于快速成長期。雖然短時間內(nèi)難以大規(guī)模商業(yè)化，但我國在燃料電池技術(shù)開發(fā)上仍然擁有一定的優(yōu)勢，因此，應(yīng)當結(jié)合外國先進的汽車制造技術(shù)，盡快將燃料電池汽車推向市場。

3 儲氫材料

氫氣已被認為是最低碳環(huán)保的能源之一，而且反應(yīng)產(chǎn)物無公害，但是由于傳統(tǒng)的儲藏方法不能安全的存儲和運輸來滿足未來的需要，因此研究安全、經(jīng)濟、便攜的儲氫材料從而實現(xiàn)氫氣高效的存儲一直是世界各國的能源開發(fā)者們的研究熱點（見表1）。儲氫材料（見表2）的研究和應(yīng)用已走過半個世紀的歷程，過去近50年的研究發(fā)展不僅使儲氫材料的種類不斷增加、性能不斷提高，也使儲氫材料得到越來越廣泛的應(yīng)用，產(chǎn)生了越來越廣泛的社會影響和經(jīng)濟作用。其應(yīng)用領(lǐng)域已涉及可充電電池、混合動力汽車、燃料電池、熱泵、氫分離、核能等技術(shù)領(lǐng)域。

3.1 代表企業(yè)

北京儲氫材料的代表企業(yè)主要有：

3.1.1 北京浩運金能科技有限公司

北京浩運金能科技有限公司成立于2000年，是注冊中關(guān)村科技園區(qū)海淀園的國家高新技術(shù)企業(yè)，多年來一直致力于新型能源轉(zhuǎn)換材料的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化工作，專注于鎳氫電池、鋰離子電池、燃料電池等新型電池和相關(guān)的能源轉(zhuǎn)換材料及氫制備、儲存和應(yīng)用相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)。北京浩運金能通過自建和合建生產(chǎn)線，已經(jīng)實現(xiàn)年產(chǎn)3 000t儲氫合金材料。目前，浩運金能儲氫合金材料的容量已超過350mAh/g，電池放電倍率已可以達到30C，可以在-40～80℃的溫度下使用。

3.2.2 有研科技集團有限公司

有研科技集團有限公司創(chuàng)建于1952年，是我國有色金屬行業(yè)以創(chuàng)新為引領(lǐng)的綜合性工程技術(shù)研究開發(fā)和高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)培育實體，主要從事微電子與光電子材料、新能源材料、有色金屬特殊功能材料、有色金屬結(jié)構(gòu)材料與制備加工技術(shù)、有色金屬粉末及粉末冶金、有色金屬選礦冶金技術(shù)、特種裝備研制、有色金屬材料分析與測試、有色金屬科技情報與軟科學、材料計算與模擬仿真等領(lǐng)域的工程化技術(shù)研究開發(fā)、服務(wù)和產(chǎn)業(yè)化。在半導體材料、有色金屬復合材料、稀土材料、生物冶金、材料制備加工、分析測試、新能源材料等領(lǐng)域擁有16個國家級研究中心和實驗室。作為國內(nèi)最早開展儲氫材料與技術(shù)研究的單位之一，有研總院在高性能固態(tài)儲氫材料與技術(shù)領(lǐng)域掌握了金屬氫化物儲氫材料與裝置核心關(guān)鍵技術(shù)，研究成果在氫原子鐘、燃料電池電動車、燃料電池備用電源、半導體生產(chǎn)、磁控濺射、紅外光譜分析、陀螺儀、真空電子管等眾多領(lǐng)域中得到了應(yīng)用，研究實力居國內(nèi)領(lǐng)先水平。

3.2 發(fā)展建議

儲氫材料的研究和應(yīng)用已走過半個世紀的歷程，過去近50年的研究發(fā)展不僅使儲氫材料的種類不斷增加、性能不斷提高，也使儲氫材料得到越來越廣泛的應(yīng)用，產(chǎn)生了越來越廣泛的社會影響和經(jīng)濟作用。其應(yīng)用領(lǐng)域已涉及可充電電池、混合動力汽車、燃料電池、熱泵、氫分離、核能等技術(shù)領(lǐng)域。目前儲氫材料主要朝2個方向發(fā)展：

3.2.1 滿足車載動力要求的儲氫材料

即能夠?qū)崿F(xiàn)用氫取代傳統(tǒng)的汽油等燃料的工作要求。我國目前的汽車保有量已超過1.2億輛，各類機動車超過2億輛，機動車排放污染是我國空氣污染的重要來源，采用氫燃料電池對減少汽車污染排放作用巨大。2017年11月，全國首個高效液體有機儲氫材料生產(chǎn)基地落戶宜都。

3.2.2 應(yīng)用于智能電網(wǎng)系統(tǒng)中的儲能和分布式發(fā)電

即通過電解制氫將電網(wǎng)用電低谷的剩余電能儲存起來，在用電高峰并網(wǎng)使用，或是與太陽能、風能等配合，形成分布式能源供應(yīng)系統(tǒng)。大規(guī)模使用智能能源網(wǎng)技術(shù)，對于節(jié)能減排意義重大。這種技術(shù)如果大規(guī)模使用，對儲氫材料的需求不言而喻。

4 結(jié)語

隨著石化能源的減少和環(huán)保的要求，對潔凈能源的需求越來越大，以太陽能材料、鋰離子電池關(guān)鍵材料、核材料、燃料電池材料、儲氫材料和風能材料為代表的新能源材料產(chǎn)業(yè)有望成為拉動經(jīng)濟增長的新興戰(zhàn)略型產(chǎn)業(yè)，符合人類減少對地球資源過度消耗和環(huán)保的需求，擁有巨大的市場前景，新能源可以分散形成很大的產(chǎn)業(yè)鏈，從而創(chuàng)造更多的就業(yè)，新能源材料產(chǎn)業(yè)已進入前所未有的發(fā)展階段。

致謝：

該文章得到北京市經(jīng)濟與信息化局軟課題《北京市新能源領(lǐng)域前沿材料產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展對策研究》支持。